肺炎链球菌疫苗免疫效应及研究进展

【关键词】  肺炎 链球菌 免疫效应 研究进展

　　肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae，S.p）是社区获得性呼吸道感染的一种重要病原微生物，也是引起全世界细菌感染性疾病的主要致病菌，不仅包括普通感染如中耳炎、鼻窦炎等，甚至还包括危及生命的肺炎、败血症和脑膜炎等疾病。儿童常常是最大的受害者。家儿童中，无症状鼻咽带菌者普遍，且很易扩散至其他易感人群或发展为疾病，故S.p疫苗在S.p感染防治中的作用越来越突出。本文综述S.p疫苗的组成、免疫效应以及目前在疫苗研制中的一些进展。

　　1  目前使用的S.p疫苗
   
　　S.p的致病性与其菌体结构及代谢产物有关，包括荚膜（capsule）、溶血素（pneumolysin）、表面粘附素（pneumococcal surface adhesion）、神经氨酸酶（neuraminidase）。荚膜不仅是其毒力的必须条件，且荚膜多糖有群、型特异性，是分群、型的基础，迄今为止肺炎链球菌可分为46个群，多于90个型［1］。荚膜是S.p的主要致病因素。S.p疫苗接种后可以使机体产生针对荚膜的抗体，起到预防炎性疾病的作用［2］。目前使用的肺炎链球菌疫苗主要有多糖荚膜疫苗、荚膜?蛋白质结合疫苗等。

　　1.1  多糖荚膜疫苗
   
　　PPV23（1、2、3、4、5、6B、7F、8、9N、9V、10A、11A、12F、14、15B、17F、18C、19A、19F、20、22F、23F、33F）含有23种S.p血清型荚膜多糖。造成90％侵袭性肺炎链球菌感染的病原具有荚膜多糖，该疫苗对所覆盖血清型的S.p感染具有一定的保护作用，但有其不足之处：（1）S.p多糖荚膜疫苗的保护作用不是T细胞依赖性的，对免疫系统发育不完善的2岁以下小儿保护性弱［3］，而这些儿童又是侵袭性感染和粘膜感染的高发年龄组；（2）对某些患儿提供的保护作用是有限的，如免疫缺陷和血液系统恶性肿瘤的儿童；（3）不降低粘膜肺炎链球菌的带菌率［4］。

　　1.2  荚膜?蛋白质结合疫苗
   
　　该疫苗是将荚膜与蛋白质载体相结合，增加多糖荚膜的免疫原性，激发T细胞参与反应，产生免疫记忆，增强免疫效能。7价肺炎链球菌联合疫苗——PCV7，含有7个纯化的肺炎链球菌荚膜多糖，每个多糖又与无毒白喉蛋白类似物（交叉反应物，CRM）CRM197偶联成联合疫苗，其保护作用不仅增强，而且对2岁以下幼儿也具有免疫保护作用，并能诱发免疫记忆。此外还有PCV9（4、6B、9V、14、18C、19F、23F、1、5）和PCV11（4、6B、9V、14、18C、19F、23F、1、5、3、7F）。目前常用的与多糖结合的蛋白有五种：白喉类毒素（Pried）、CRM197蛋白（PncCRM）、破伤风类毒素（PncT）、脑膜炎球菌外膜蛋白复合物（PncOMPC）和既有白喉类毒素又有破伤风类毒素的混合物（PncTD）。结合疫苗对2岁以下幼儿的免疫效能明显增强，使疫苗覆盖血清型S.p在鼻咽部的携带率下降，但是长期使用后可能使疫苗覆盖外血清型S.p携带率增加，从而使其保护作用减弱［5］。

　　2  目前使用的S.p疫苗免疫效应

　　2.1  系统防御免疫学

　　2.1.1  S.p多糖荚膜疫苗  有统计显示，婴儿接种S.p多糖疫苗后，对3、4、8、9N和18C血清型病菌抗体反应最好，对1、2、7F、19F和25型抗体反应中等，对12、14、23F、6A和6B抗体反应最差。尽管抗体反应涉及所有免疫球蛋白，但以IgG2和IgG4最多。S.p多糖荚膜疫苗的保护作用不是T细胞依赖性的，对免疫系统发育并不完善的2岁以下小儿保护作用差。抗体会在接种后几个月内快速下降，二次接种也无法引发抗体反应。研究发现，成人和儿童重复给予某些多糖抗原，能产生持续的、小量的抗体应答，这种现象被称为低反应性。当然也有部分人接种疫苗后无此反应，对无反应的接种结果，有一种理论认为，PPV至少可以对年龄较大儿童产生一过性保护，但随之可能发生部分免疫麻痹，使肺炎链球菌的易感性增加［2］。

　　2.1.2  S.p荚膜?蛋白质结合疫苗  在幼儿中，接种与蛋白载体偶联的多糖抗原疫苗，增加了多糖荚膜的免疫原性，激发T细胞参与反应，激发生命早期阶段的记忆应答，使其免疫效能得到了很大程度的增强。许多临床试验发现，PCV的免疫原性在各年龄段的儿童都有很好的体现。例如S.p?CRM联合疫苗，首次接种后的抗体反应低，所达到的抗体水平通常在几个月内下降，但连续接种后，可以使抗体反应增强。但是，需要指出的是，疫苗单个抗原的免疫原性受很多因素的影响，如不同的荚膜多糖抗原类型、不同的蛋白载体甚至是接种者的年龄大小等。目前，全球广泛使用的是S.p与破伤风和白喉类毒素偶联的联合疫苗。有人认为，两种疫苗同时接种也会对抗体反应产生影响。比如，当PCV7与流感嗜血杆菌b型（Hib）?CRM载体偶联的疫苗（HbOC）同时接种，针对S.p的抗体下降，而针对Hib的抗体水平上升［2］。如果PCV7与DtaP（无细胞百日咳）同时接种，HbOC作为加强接种，这种接种的效果使所有抗体水平下降［2］。另外，研究还发现，抗体反应的不同还与研究（接种）人群的不同有关［2］。但是针对这个问题，纽约罗彻斯特大学医疗中心Michael Pichichero等［6］认为7价结合型S.p疫苗（PCV7）和结合型b型流感嗜血杆菌（Hib）一起使用时，白喉、破伤风类毒素、无细胞百日咳、乙型肝炎和灭活的脊髓灰质炎病毒疫苗（DtaP?HepB?IPV）联合是安全和有效的。

　　2.2  免疫效应研究
   
　　S.p多糖?蛋白偶联疫苗对所有年龄组均具免疫原性，并且在婴幼儿中诱导免疫记忆。美国7个地区1998～2001年的监测资料表明：S.p多糖?蛋白偶联疫苗能有效降低低龄儿童S.p病的发病率，且可能降低成年人中该病的发生，同时也是减少耐药型S.p病发生的有效工具［7］。
 
　　2.2.1  PCV接种和侵入性疾病  有研究显示，疫苗接种对早产和低体重幼儿预防IPD很有效［2］。在南非，通过分析HIV感染或无HIV感染儿童的接种结果，评价了PCV9疫苗接种的效果。19 922名儿童在6周、10周和14周大时接种PCV9与CRM197的联合疫苗，19 914名儿童接种安慰剂。在无HIV感染儿童中，由于疫苗中包含有造成IPD的病菌血清型，因此接种疫苗可使儿童受害率降低83%。在HIV感染儿童中，疫苗接种有效率为65％。儿童接种疫苗对所有血清型病菌所致IPD的预防效率达50%［2］。

　　2.2.2  PCV接种对S.p携带者的作用  首次公布PCV接种预防效果的报道来自冈比亚。幼儿期接种PCV?CRM197联合疫苗，18个月后再接种PPV23，距首次接种20个月后，疫苗血清型载菌量有所下降。就载菌量来说，所有疫苗接种组之间无差异。接种3个剂量PCV疫苗的儿童带有非疫苗型肺炎链球菌者明显比未接种组儿童要常见。总之，幼儿首次接种肺炎疫苗（先接种PCV，再接种PCV或PPV加强）与50%疫苗型的载菌量下降有关，还与至少需要12～18个月的非联合疫苗血清型的检出率上升有关［2］。

　　2.2.3  PCV对抗细菌耐药的影响  接种S.p疫苗可以降低耐药性S.p感染的概率。研究发现，抗细菌耐药性主要发生在6B、9V、14、l9和23F 5种血清型，还有两个相关血清型6A和19A［2］。

　　3  研究中的S.p疫苗

　　3.1  S.p蛋白质（多肽）疫苗的研究
   
　　正如前文所述，目前的23价肺炎多糖疫苗覆盖的血清型有限而且不是T细胞依赖性的，对免疫系统发育不完善的2岁以下幼儿和老年人的保护性弱；而七价结合疫苗则存在荚膜血清型转换和载体携带的荚膜多糖血清型数量有限，生产成本很高，不利于发展中国家大量使用，并且在肺炎高发人群中的保护作用小等缺陷。而有些抗原，如肺炎链球菌溶菌素、肺炎链球菌表面蛋白A和肺炎链球菌表面粘附素均属毒力因子，已在动物模型中证实可诱发保护性免疫力。这些抗原可用为载体蛋白或作为与细胞因子融合蛋白的一部分，其本身也可作为蛋白疫苗［8］。蛋白质疫苗有以下的优势：（1）生产成本低，能够在发展中国家大规模使用；（2）蛋白质疫苗对各年龄组的人群均能产生保护作用，并诱发免疫记忆；（3）应用高保守的蛋白质疫苗接种，可以产生非血清型依赖的保护作用，保护作用的程度和型别依赖于疫苗中蛋白质的功能［9］。现简单介绍最有希望成为候选疫苗的几种毒力因子。

　　3.1.1  肺炎链球菌表面蛋白A  肺炎链球菌表面蛋白A（pneumococcal surfaceprotein A，PspA）是肺炎链球菌重要的毒力因子，在所有临床分离的肺炎链球菌中均发现PspA存在。PspA主要作用就是与乳铁蛋白结合使乳铁蛋白丧失功能并抑制补体活化，降低C3b在肺炎链球菌表面的沉淀从而干扰补体介导的吞噬调理作用［10］。有研究表明，PspA在抗肺炎链球菌侵入性感染比抗粘膜性疾病和定植作用更强，用PspA融合粒细胞集落刺激因子或者IL?2比单独使用PspA更能提高血清IgG的水平。PspA融合IL?2经鼻腔给药能增强SIgA和IgG的水平，不仅能清除携带的肺炎链球菌，而且还能抵抗致死性肺炎链球菌菌血症的发生。用表达PspA的α螺旋区肽段的减毒沙门菌口服也能产生保护性的IgG［11, 12］ 。用重组的PspA第一期临床试验发现，其产生的抗体能够与异种的PspA发生交叉反应，并且能预防经腹膜注射的肺炎链球菌引起小鼠感染。PspA在结构和免疫原性上存在血清型的差异，Hollingshead等［13］依据组氨酸序列前氨基酸的差异（命名为族决定域）将其分成3个家族。因为家族间的交叉反应受限，但同时临床上很少分离到第三家族的肺炎链球菌，他们建议PspA疫苗组成应当包含第一、第二两个家族的蛋白。

　　3.1.2  溶血素  溶血素（pneumolysin）是一种含有巯基的毒素，是S.p一种多功能的毒力蛋白，在S.p的粘附、侵袭过程中起重要作用，具有直接溶解细胞和活化补体的功能，此外它还抑制支气管粘膜纤毛的运动，故溶血素在肺炎链球菌引起炎症反应时起着重要的作用。已有研究表明，溶血素能够抵抗肺炎链球菌侵袭性感染［14,15］。对肺炎患者的前瞻性分析发现，如果患者血清中含有抗溶血素的抗体，那么发生菌血症的概率就会降低。此外，PspA 和溶血素一起免疫小鼠，发现两者在预防肺炎链球菌侵入性感染时具有互补的作用，两者的共同作用还可防止肺炎链球菌的定植及其诱发中耳炎。但溶血素也有其缺点，即它并非表面蛋白，并且仅在细胞自溶时释放，这在一定程度上影响其免疫功能的发挥。

　　3.1.3  肺炎链球菌表面粘附素A  肺炎链球菌表面粘附素A（pneumococcal surfaceadhesion A，PsaA）是ABC型镁离子透酶复合物的组成成分，它在肺炎链球菌粘附、自溶以及毒力方面都起着作用［16］。在大肠埃希菌中表达重组的PsaA，发现它具有很强的免疫原性，免疫小鼠后能抵抗S.p在鼻咽部的定植，能显著降低群体肺炎链球菌携带率，并可预防肺炎链球菌的系统性感染［17］，口服藻酸盐包裹的PsaA能够有效预防肺炎链球菌在小鼠体内的定植、肺炎、侵袭性感染［17］。这些结果表明用PsaA免疫小鼠主要能够抵抗肺炎链球菌的定植，其次可以预防肺炎链球菌脓血症的发生。用PsaA和PspA混合感染小鼠发现比单一成分更能产生功能性保护作用。通过噬菌体展示文库法发现了PsaA的３个确切的保护性位点，对这些位点的进一步研究，对蛋白多肽疫苗的研制具有重要意义。

　　3.1.4  筛选候选蛋白质  近年，除了对溶血素、PspA、PsaA的研究外，还发现和筛选了几种蛋白质，如：胆碱结合蛋白A（choline?binding protein A,CbpA）和肺炎链球菌表面蛋白C（pneumococcal surface protein C，PspC)。此外，还有很多与肺炎链球菌相关的蛋白，如神经氨酸酶、假定蛋白酶成熟蛋白（putative protease maturation protein A，PpmA）、肺炎链球菌表面蛋白细胞壁相关氨酸蛋白A（pneumococcal surface proteins cell wall?associate，PrtA）。这些蛋白在动物实验中都不同程度地显示出了保护作用，都有希望成为肺炎链球菌蛋白疫苗的组分，它们在S.p蛋白多肽疫苗研制上有潜在的应用价值。

　　3.2  含多种S.p毒力蛋白的联合疫苗
   
　　这条思路的着眼点是将S.p蛋白多肽疫苗研究中的候选因子混合在一起，增强保护效能。Bfiles将PspA和PsaA这两种蛋白质混合后给小鼠皮下注射，发现比单独注射更能有效阻止S.p在鼻咽部的定植［17］。Ogunniyi［18］将PspA和PdB（一种S.p溶血素类毒素衍生物）混合后接种BALB/c小鼠，再给以致死剂量的S.p攻击，发现其存活时间比仅单独接受其中一种蛋白质的小鼠明显延长。另外也有研究发现：PspA和溶血素同时免疫小鼠，可比单独使用其中之一产生更强的保护作用，能抵抗肺部感染和防止败血症。因此，将多种S.p蛋白质混合制成联合疫苗，是一个新的研究方向，应该继续尝试，找出更好的组合。

　　3.3  DNA疫苗的研究
   
　　McDaniel［19］构建了表达PspA基因的质粒pKSD2061，将它注射给BALB/c小鼠，转染小鼠细胞，与对照组相比，这种 DNA疫苗能引发受试组小鼠的免疫反应，并使它们能抵抗致死剂量S.p的攻击。S.p的DNA疫苗减少了蛋白质在体外的分离、纯化步骤，更节省时间。DNA疫苗是链球菌疫苗研究的新思路。

　　4  疫苗研究趋势
   
　　短期内，疫苗能帮助控制抗生素耐药S.p的传播，但目前使用的疫苗也存在一些缺点：其保护效果只限于疫苗内的血清型别。随着疫苗使用过程的延长，非疫苗型细菌在鼻咽部携带率也随之增长。Kyaw MH等［20］的研究表明，同源疫苗的应用使疫苗血清型以外菌株所致的感染性疾病增加。此外，还有一点值得注意的是，假如疫苗将鼻腔内的肺炎链球菌完全清除的话，将会出现其他类型致病菌的取代生长。Veenhoven等［21］就发现用7价结合疫苗接种的人群中，虽然疫苗中携带的肺炎链球菌血清型感染减少了，但是培养出金黄色葡萄球菌的阳性率却高了3倍。事实上，鼻腔中的肺炎链球菌对其他病原菌（如金黄色葡萄球菌、草绿色链球菌、溶血弧菌等）都有拮抗作用。由于在防止粘膜感染和侵袭性感染所需要的抗体的质和量不同，Pelton等［22］提出了在防止粘膜定植和感染时所需要的抗体滴度要比防止系统性感染更高。尽管是假设，但为人们提出了一条新的思路，那就是能否使产生的抗体刚好能够阻止系统性感染而不妨碍肺炎链球菌的定植。然而这种途径需要个体监测，在疫苗大规模接种时还有很大困难。总之，常用的荚膜多糖疫苗缺点很多，而结合疫苗是对它的改进。蛋白多肽疫苗虽无十分成熟的产品出现，但其应用前景却很广阔。相信随着对S.p研究的进一步深入，再结合一些疫苗研制的新思路，在不久的将来，一定会出现更为高效、成熟的S.p疫苗。

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