全球轮状病毒疫苗研究进展

2024-01-13

疫苗临床研究上市批准

中文摘要轮状病毒是引起儿童急性腹泻的主要病原体，目前尚无特效治疗药物，疫苗接种是最有效的预防措施。近年来，随着轮状病毒疫苗在全球的广泛使用，急性腹泻的发病率和死亡率逐年下降。目前已有6款轮状病毒疫苗获批上市，此外多种候选疫苗正处于研发阶段。此文对国内外轮状病毒疫苗研究进展进行综述，为进一步的研究提供参考。正文轮状病毒（rotavirus，RV）是引起世界范围内儿童非细菌性急性腹泻的主要病原体。RV腹泻的主要临床症状为大便性状改变、次数增多，可伴有恶心、呕吐、发热等，主要发生于学龄前儿童，其中重症和死亡病例多见于1岁以内的婴幼儿。RV导致的急性腹泻目前尚无临床特效药，RV疫苗接种是当前最有效的预防措施。本文将从已上市的RV疫苗、候选疫苗、影响疫苗效力因素等方面进行综述。1RV流行病学RV为双链RNA病毒，直径约70 nm，具有感染性的病毒颗粒，有三层衣壳结构，外衣壳蛋白为VP4、VP7，中间层为VP6，最内层为VP1、VP2、VP3。目前根据血清学分类方法鉴定的RV可分为A—J 10个群，其中引起婴幼儿腹泻的主要为A群。根据VP4、VP7的抗原性，A群RV又分为G血清型和P血清型，其中最常见的人类G血清型为G1—G4和G9，最常见的P血清型为P[4]、P[6]和P[8]。据统计，全球每年5岁以下儿童感染RV的病例多达2亿，其中需要门诊治疗的病例约2 500万，需要住院治疗的病例约200万。2016年全球疾病负担研究结果发现，全球5岁以下儿童因感染RV死亡的病例数为12.85万，其中撒哈拉以南非洲地区死亡病例数为104 733，RV感染是印度5岁以下儿童严重腹泻入院的重要原因。2000年RV腹泻造成全球50万例以上儿童死亡和200万例以上儿童住院。中国RV的流行特点为发病率低，死亡率低，但死亡病例数较多。虽然中国5岁以下儿童因感染RV导致的腹泻死亡率从65/10万（1990年）下降至2.9/10万（2017年），属于全球腹泻死亡率较低的国家，死亡率低于全球中位数，但我国人口基数大，RV导致的实际死亡例数并不少。我国2008年5岁以下儿童RV腹泻死亡病例数估算为4 716。在亚洲各国中，中国5岁以下儿童RV腹泻死亡率排在前列。中国RV腹泻所造成的经济负担居于亚洲国家首位。2RV疫苗的使用情况2.1已上市的RV疫苗1998年，第1款RV疫苗RotaShield在美国获准上市，1999年调查结果显示，该疫苗可以导致肠套叠不良事件，因此退市。目前已上市的6款RV疫苗均为口服减毒活疫苗，其中RotaTeq、Rotarix、Rotavac和Rotasiil 已通过 WHO预认证，Rotavin-M1 M1和羊轮状病毒疫苗（LLR）分别仅在越南和中国使用。美国默沙东公司生产的RotaTeq于2006年在美国获批上市，已被美国、比利时等多个国家纳入国家免疫规划（national immunization program，NIP）。该疫苗为五价口服减毒活疫苗，含人-牛毒株重组的G1、G2、G3、G4和P1A 5个型别，免疫程序为口服3剂。英国葛兰素史克公司生产的Rotarix于2005年在墨西哥获批上市，2006年获欧盟批准，随后在美国、欧盟等123个国家和地区上市，为单价口服减毒活疫苗，含G1P型RIX4414株，免疫程序为口服2剂。印度巴拉特公司生产的Rotavac于2014年在印度获批上市，含G9P型116E株，免疫程序为口服3剂。印度血清研究所生产的Rotasiil为人-牛重配五价减毒活疫苗。该疫苗是目前唯一的热稳定RV疫苗，可在37°C保存长达18个月，免疫程序为口服3剂。越南POLYVAC公司生产的Rotavin-M1 M1于2014年在越南获批上市，目前仅在越南使用。该疫苗源自2003年急性胃肠炎儿童患者粪便中分离到的减毒G1P毒株，含G1P8型人RV株。兰州生物制品研究所研制的LLR疫苗株分离自中国青海省感染RV绵羊，并在小牛肾细胞中传代37次后研制成功，于2001年在中国上市，目前仅在中国批准使用。该疫苗有效成分为羊RV株。2.2RV疫苗免疫策略及引入效果分析WHO建议从6周龄开始尽早接种第1剂RV疫苗，采用3剂或者2剂免疫程序。截至2022年底，RV疫苗已在121个国家推行。目前中国尚未将RV疫苗纳入NIP，属于个人自愿自费接种。2006年美国将RV疫苗纳入NIP后，美国RV腹泻疾病负担大幅下降。2011—2015年，随着RV疫苗的应用，每年平均减少约11.8万例住院、8.6万人次的急诊就诊和46万次门诊就诊。2009年，芬兰将RV疫苗纳入NIP，芬兰5岁以下儿童因RV腹泻住院率下降了96%。此外，在引入RV疫苗后的10年间，所有年龄组的RV胃肠炎发病率维持在较低水平。2015年，塔吉克斯坦成为中亚第2个将RV疫苗纳入NIP的国家。在引入疫苗之前，据估算因RV导致塔吉克斯坦儿童腹泻住院例数占总腹泻住院例数的40%以上。引入疫苗后，RV阳性率从42%下降至25%。阿根廷于2015年1月将RV疫苗纳入NIP，之后3年内，2岁以下儿童的急性腹泻报告病例减少了22.1%，其中<2岁和<1岁儿童中感染病例分别减少了 54.0%和59.4%。除疾病负担减轻外，RV疫苗的引入也给国家带来经济负担的降低。爱尔兰自引入RV疫苗后，每年可以节省约92万欧元。韩国引入RV疫苗后，每年因RV胃肠炎引起的国家经济负担降低了28.6%。泰国的1项研究采用马尔可夫模型比较2020年出生队列中接种与从未接种RV疫苗者5年的情况，结果显示RV疫苗接种将分别减少48%和71%的RV腹泻发病率和疾病治疗费用。2.3RV新型疫苗2.3.1 亚单位疫苗健康人群接种非复制型疫苗，抗体应答良好，能产生保护性免疫。非复制型RV疫苗，尤其是亚单位疫苗安全性高，是目前RV疫苗研究的热点。有研究对三价P2-VP8亚单位RV疫苗进行了随机双盲临床试验，发现该疫苗具有良好的耐受性。另1种RV亚单位疫苗即RV病毒样颗粒（virus-like particle，VLP）疫苗在构象上类似于亲代病毒，具有高度免疫原性，且不存在突变等风险。RV VLP疫苗不仅能够刺激细胞免疫和体液免疫，而且能提供更好的血清型覆盖。在另1项研究中，胃肠外接种时，RV-VLP疫苗具有更好的免疫原性。Liu等开发了1种SR69A-VP8/S60-VP8纳米颗粒RV疫苗，该疫苗与铝佐剂一起进行胃肠外接种。研究表明，铝佐剂与SR69A-VP8/S60-VP8纳米颗粒同时接种有助于进一步提高疫苗的免疫应答和保护作用。2.3.2 灭活疫苗 RV灭活疫苗（inactivated rotavirus vaccine，IRV）能够与减毒活疫苗互为补充，是预防RV感染的另一有效策略。美国疾病预防控制中心最初开发的非复制型RV疫苗是完全灭活的RV疫苗株，该疫苗在全球范围内已广泛应用。IRV亦被研制成微针贴片通过皮肤免疫接种。由中国医学科学院医学生物学研究所自主研发的IRV（Vero细胞）和北京智飞绿竹生物制药有限公司研发的IRV临床研究正在进行中。此外，另1种灭活的RV疫苗株（ZTR-68）也正在中国研发。2.3.3 DNA疫苗灭活疫苗和亚单位疫苗均不能提供内源性合成的蛋白质，因而不能激活在抑制RV感染中起重要作用的CTL免疫应答。而DNA疫苗作为继减毒疫苗、基因工程亚单位疫苗之后的第3代疫苗，能够有效地诱导全面免疫应答，尤其是特异性CTL免疫应答，使其成为今后疫苗研制的首选。有研究采用RV感染的小鼠模型，用VP6 DNA疫苗通过肌内、鼻腔和口服途径对BALB/c小鼠进行接种。结果表明通过鼻和口途径接种的VP6 DNA疫苗可诱导肠淋巴细胞产生抗VP6 IgA抗体，RV抗原脱落的水平显著降低，且肌内注射DNA疫苗刺激了血清抗VP6 IgG的产生。2.3.4 转基因植物疫苗转基因植物中抗原的表达已被越来越多地用于疫苗研发。植物的组织（如叶、花、果实等）、细胞、原生质体均能在离体条件下诱导生成完整的植株；植物细胞培养、植株种植条件简单，故其成本较其他疫苗低很多。可以利用植物可食性组织生产疫苗，采用直接口服或加工后口服疫苗，免除了以往亚单位疫苗必须注射接种带来的经济负担和肌肉疼痛。疫苗可以直接储存在植物种子和果实中，无需使用冷链系统储藏、运输，易于长距离运输和普及推广。研究发现RV的VP7在插入马铃薯基因组后仍能诱导产生中和抗体。3RV疫苗效力和影响因素RV疫苗保护作用因各国收入水平不同而呈现明显的梯度变化。相较于高收入国家，在低收入和高疾病负担的国家RV疫苗效力低，引起这种现象的因素包括肠道菌群、免疫缺陷、接种时机、口服脊髓灰质炎疫苗接种、营养不良、组织血型抗原（histo-bloodgroup antigen，HBGA）等。肠道中过多的细菌和病毒共存可对RV疫苗效力产生影响。1项研究比较了巴基斯坦10例6周龄的RV疫苗（Rotarix）应答者、10例6周龄的RV疫苗无应答者和10例健康的荷兰婴儿RV疫苗接种前的肠道菌群组成，结果发现，与巴基斯坦的无应答者相比，应答者婴儿中革兰阴性菌和革兰阳性菌含量比值增加，荷兰婴儿中变形菌门的含量显著增高。日本的1项研究在免疫缺陷的婴儿粪便中检出RV的一种疫苗衍生株。此外，意大利1例严重的免疫缺陷综合征患者由于疫苗衍生株而持续感染RV。因此，建立婴幼儿免疫缺陷的筛查系统对于疫苗安全接种非常重要。按时接种疫苗可以极大提高疫苗效力，而且根据美国免疫实践咨询委员会定义的接种疫苗时机，可提高疫苗覆盖率。有研究表明，相比首剂接种时间在0~6月龄，首剂接种在7~12月龄是影响接种效果的危险因素；相比接种1次，接种3次是影响接种效果的保护因素。口服脊髓灰质炎疫苗和RV疫苗均为口服减毒活疫苗，同1天接种时两者在肠道内的复制可能会相互干扰。在1项对婴儿的临床试验中，单独使用牛RV减毒活疫苗（RIT 4237）可使血清转化率达到73%，同时接种脊髓灰质炎和RIT 4237疫苗会导致对RV的抗体应答显著降低，减弱了疫苗的效力。Burnett等将2007—2019年发表的来自11个国家的7项观察性研究与临床试验，按营养不良状况进行分层，结果发现RV疫苗对营养不良儿童提供的保护可能不如营养良好的儿童。但是另1项研究对巴西、墨西哥和委内瑞拉的RV活疫苗（RIX4414）效力研究的数据进行二次分析，疫苗对营养良好和营养不良婴儿的严重RV胃肠炎效力相似，分别为74.1%（95%置信区间52.2%~86.2%）和73.0%（95%置信区间11.2%~92.3%）。因此，RV疫苗效力是否受营养状况的影响还需进一步研究。遗传性HBGA是由ABO基因、分泌型基因、Leωis基因共同调控表达于黏膜表面、唾液、乳汁以及血液中的一种糖类。HBGA是RV受体，可以影响RV的复制。有研究发现，基于唾液的结合测定表明无论ABO血型如何，Rotarix和RotaTeq VP8*均可与唾液样本结合；在寡糖结合测定中，VP8*与各型HBGA（包括Leωis b和H1）均没有特异性结合。另1项研究表明HBGA表型可能通过改变机体对RV感染的易感性从而影响RV疫苗的接种效力。4RV疫苗与肠套叠肠套叠是与RV疫苗相关的一种并发症，主要发生在疫苗接种后的1周内。RotaShield于1998年在美国上市，在该疫苗上市后的9个月内，美国曾报告了多例肠套叠事件，且研究表明RotaShield的使用与儿童肠套叠发病增加相关，最终在上市1年内退市。目前临床使用的RV疫苗经大量的临床试验表明与肠套叠并无直接关联，但是肠套叠作为重要的安全指标仍然需要进行评估和监测。5总结RV腹泻发病率高、疾病负担重，是严重的公共卫生问题。RV疫苗接种是预防RV感染最有效的措施，疫苗接种降低了急性腹泻发病率和死亡率，并且有效降低了病毒的传播。RV疫苗效力受多种因素的影响，如肠道菌群、HBGA等，但是对于营养不良是否影响RV疫苗效力还需进一步研究。随着科研人员不断的努力，多种新型RV疫苗不断推出，期待未来会有更加安全、高效、廉价的RV疫苗用于急性腹泻的预防。作者随海田郭昱赵若颖苏锦锋舒祥中国生物技术股份有限公司，北京 100024通信作者：舒祥，Email：shuxiang1@sinopharm.com引用本文：随海田, 郭昱, 赵若颖, 等. 全球轮状病毒疫苗研究进展 [J]. 国际生物制品学杂志, 2023, 46(6): 368-373. DOI: 10.3760/cma.j.cn311962-20230504-00038识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。