水痘-带状疱疹病毒疫苗的评价与研究进展

伊兴旭，甘霖，陈敬贤,2，王明丽

1. 安徽医科大学微生物学教研室，合肥 230032； 2. 美国哥伦比亚大学病理与细胞生物学系，纽约 10032

水痘-带状疱疹病毒(varicella-zoster virus，VZV)原发感染可引起水痘(chickenpox)，是儿童时期常见的一种急性、高传染性疾病，患儿出现全身性皮疹，伴有发热、全身乏力等表现。除了先天性水痘综合征会导致胎儿皮肤出现瘢痕、四肢畸形、神经功能障碍甚至死亡外，水痘的病死率很低。待皮疹消退、患儿痊愈后，有少量残存的病毒会终身潜伏于宿主的脊髓后根神经节、脑神经节及肠道神经节的神经细胞中[1]。成人罹患水痘常表现为重症型，病毒常入侵内脏器官而引起肺炎、脑炎等严重并发症。日后当机体免疫力降低时，潜伏在神经细胞中的病毒会被再激活，经感觉神经纤维(肠道神经除外)外行至所支配的皮肤区，在此大量增殖，破坏基底和表层皮肤细胞，损伤局部神经，导致疼痛性的皮肤疾病——带状疱疹[2](herpes zoster)。带状疱疹大多出现在50岁以上人群，年轻人也时而可见。典型的临床表现是身体一侧的疼痛性红疹水疱，并沿某一支神经支配的皮区分布。特征性皮肤疱疹具有自限性，但少部分患者的疱疹后神经痛(post-herpetic neuralgia)会持续数月甚至数年[3]。这种目前尚无有效药物干预的疱疹后神经痛严重影响生活质量。

水痘是婴幼儿期VZV通过飞沫传播感染所致，具有典型的冬、春季节性。但带状疱疹是由潜伏在患者体内的病毒再激活所致，故其发病没有明显的季节性。带状疱疹的发病率约在50岁后明显上升，50岁时发病率约为每年3‰，而80岁时约为10‰[4,5]。

1 水痘减毒活疫苗预防接种后的有效性和安全性评价

水痘疫苗最早由日本的高桥(Takahashi)研究组于1974年研发成功。他们从1例3岁名叫Oka的水痘患儿体内分离出一株VZV，将其在人胚胎成纤维细胞34 ℃传11代，在豚鼠成纤维细胞37 ℃传12代和人二倍体成纤维细胞37 ℃传5代(WI-38和MRC-5)，成功减毒为活疫苗，称为Oka疫苗(vOka)。研究显示，vOka的安全性非常好，即使在免疫力部分损伤的白血病儿童[6]和人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)感染儿童中也没有出现严重不良反应[7]，还显示出良好的免疫保护效果。在美国加利福尼亚、德克萨斯和宾夕法尼亚3个州的哨点地区曾对接种疫苗后的水痘发病情况进行监测，结果显示接种疫苗后这3个州的水痘发病率下降近80%，与水痘相关的住院率下降88%，水痘引起的病死率下降66%。不仅如此，vOka的使用还大大降低了带状疱疹的发病率[8]。澳大利亚自1999年开始已普遍使用vOka，1～4岁儿童中与水痘相关的住院病例呈逐年下降趋势[9]。

自日本和美国分别于1987年和1995年开始实行给全体儿童接种vOka并显示水痘发病率大幅下降后，世界卫生组织(World Health Organization，WHO)建议在水痘相对严重的国家或地区普及疫苗接种。目前，已有德国、加拿大、美国、澳大利亚、乌拉圭、西西里岛、卡塔尔、以色列、日本、韩国等国家和中国台湾地区普遍应用vOka接种预防水痘。中国城市儿童接种vOka逐步增加，但城镇和农村儿童接种率相对很低。

虽然接种vOka能引起较为持久的VZV特异性抗体和细胞免疫应答，但也发现一次接种的免疫保护时间不够持久，且少数个体经一次接种未能达到有效保护状态。对那些年龄稍大如青春期的青少年，vOka的免疫效果低于1～12岁的儿童。因此，美国疾病预防控制中心(Centers for Disease Control and Prevention，CDC)在2006年推荐给予所有对水痘缺乏免疫的人群进行二次预防接种[10]。

接种疫苗后机体大多无明显不良反应，少数人在接种后6周内出现轻微皮疹，一般无需治疗会自行消退。引发脑膜炎等严重并发症者极少见，仅发生于细胞免疫损伤者。据美国疫苗不良反应事件报告系统(Vaccine Adverse Event Reporting System，VAERS)统计，1995～2005年水痘疫苗所导致的严重不良反应发生率为2.6/10万[11]。

近年来研究发现，有2%～5%的疫苗接种者在密切接触水痘患者或VZV野毒株后，仍可能发生感染，称为突破感染(breakthrough infection)。尽管这种感染通常是轻症型，且较少出现并发症，但时有发生[12]。随着vOka的常规接种，人群血清中VZV抗体效价逐渐降低，而vOka株在体内持续存在，导致病毒被激活的可能性增加[13,14]。这是因为vOka株与野生VZV毒株同样可在感觉神经节潜伏，均有可能日后引发带状疱疹，并进一步传播给易感人群。此种案例已在美国、中国等有报道[15,16]。最近还发现，在接种疫苗后发生带状疱疹的儿童中，分离出若干VZV Oka株与野生株发生基因重组的新病毒[17]。由此可知，人们仍需继续监测vOka的安全性。同时，作为迄今疱疹病毒家族中唯一的疫苗，vOka还有不少需改进的地方，有必要研究保护效果更高、不良反应更少的新一代疫苗。

2 带状疱疹疫苗的有效性和安全性评价

带状疱疹疫苗(Zostavax)是针对带状疱疹的vOka活疫苗，但病毒含量是水痘疫苗的14倍[18]。Zostavax由默克公司2005年生产，美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration，FDA)于2006年予以批准，应用于≥60岁人群预防带状疱疹，但不适用于带状疱疹或疱疹后神经痛的治疗，也不宜用于预防原发性水痘感染。美国CDC和免疫实践预防咨询委员会(Advisory Committee on Immunization Practices，ACIP)建议，无论之前是否发生过带状疱疹，均应注射单剂量的Zostavax。2011年3月，默克公司宣布，FDA已批准将Zostavax的适用人群扩大至年龄≥50岁的成人。

30多年前，人们就观察到50～90岁人群中带状疱疹的发病率逐年升高。在这些人群的血清中，虽然VZV抗体依然显示阳性，但相应的特异性细胞免疫大多已缺失。进一步分析发现，并不是那些带状疱疹患者缺乏VZV特异性细胞免疫，而是所有≥50岁人群一般都检测不到该细胞免疫(除了那些不久前罹患过带状疱疹的老人)。因此，特异性细胞免疫缺失并不是导致带状疱疹的唯一因素。给这些老人接种水痘疫苗，并不能提高其特异性细胞免疫，也不能预防带状疱疹。但如果给予高剂量Zostavax注射，这些老人对带状疱疹的预防率达51%，带状疱疹所致的疼痛和不适降低61%，疱疹后神经痛的发生率降低67%，但该保护效果随年龄继续增大而有所降低[19]。

Morrison等[20]于2013年发表了关于Zostavax安全性的一项新试验结果。该试验在先前试验[21]中的一部分安慰剂受试者中进行。在这组自愿者中，有13 681例选择接种Zostavax，其中420例有带状疱疹病史、13 261例没有带状疱疹病史。接种疫苗后的28 d中，有带状疱疹病史者与无带状疱疹病史者中出现严重不良反应的人数无统计学差异，证实疫苗是安全的，且具有良好的耐受性。

据观察，≥60岁人群中约1/3在其以后的生命中会出现至少一次带状疱疹，估计美国每年≥60岁带状疱疹发病人数为100万左右。我国≥60岁人口统计数为1.85亿，以此保守推算，该人群带状疱疹发病人数约为每年250万左右。如果能给这一大批人群接种有效疫苗，无疑将有利于保护他们的健康，并有助于减低我国VZV的感染率。

3 VZV 糖蛋白E亚单位疫苗的研制

VZV基因组共有71个开放读码框架(open reading frame，ORF)，编码糖蛋白E(gE)、gB、gH、gI、gC、gL、gK和gM共8种糖蛋白。其中gE由ORF68基因编码，属于Ⅰ型膜蛋白，是生成感染性病毒颗粒的必需糖蛋白，也是VZV包膜和感染细胞膜中含量最丰富、抗原性最强的糖蛋白[22]，存在于病毒颗粒的表面及被感染细胞的表面和胞质内，在病毒不同成熟阶段以不同的含糖多肽形式存在。在处于恢复期的水痘和带状疱疹患者血清中，VZV抗体主要针对gE、gB和gH，尤其是以gE为主要靶点诱导的细胞免疫和体液免疫，能保护动物免受病毒攻击。已有研究表明，VZV gE单克隆抗体可介导抗体依赖性的细胞毒性，在有外源性补体的情况下能中和病毒的感染性[23]。

已有多篇文献报道采用基因重组技术表达该亚单位疫苗。Vafai[24]的研究是将编码511个gE氨基酸残基的1 642 bp DNA片段克隆至pSC11(或EBI)质粒，再插入痘苗病毒基因组，感染BSC-1细胞。结果在培养上清液及细胞裂解液中检测到VZV gE蛋白。纯化的gE蛋白片段可作为VZV亚单位疫苗的候选物。实验初步表明，这种疫苗安全性高，不含病毒DNA和感染性物质；而且与vOKa不同，它不会导致潜伏感染。Kimura等[25]研究发现，在豚鼠体内重组gE疫苗诱导的T细胞免疫应答高于其他VZV疫苗，用重组VZV gE和gI疫苗免疫豚鼠，其产生的保护性抗体应答能有效清除病毒。鉴于VZV gE具有很强的免疫原性，已作为亚单位疫苗的候选抗原之一。

4 结语

vOka是迄今第1个也是唯一得到国际广泛应用的疱疹病毒疫苗。尽管带状疱疹疫苗已由美国FDA批准上市，但其尚未在我国推广和应用。VZV gE的亚单位疫苗正在研发中，并进入Ⅱ期临床试验，其有效性和安全性还有待进一步确定。2005年9月FDA批准了默克公司生产的复合疫苗ProQuad(measles-mumps-rubella-vacicella，MMRV；四联活疫苗)第1次接种用于2～15个月的儿童，第2次接种用于4～6岁儿童，以预防麻疹、腮腺炎、风疹和水痘。Kuter等[26]对其安全性和免疫原性进行研究，显示ProQuad具有良好的免疫原性和耐受性，建议纳入常规的免疫接种项目。但2008年2月美国CDC发布的报告显示，与传统的三价疫苗相比，接种ProQuad四价疫苗引发的发热性惊厥发生率更高[27]。

因此，人们不仅要对水痘疫苗的剂型展开广泛研究，还需加强疫苗应用后的相关研究，才能更好地认识和使用水痘疫苗，并可能拓展其使用范围。由于DNA疫苗尚存在许多问题，如DNA载体是否会整合至宿主基因组、诱发肿瘤或导致宿主细胞功能改变， DNA疫苗能否有效诱导机体的体液和细胞免疫，以及其他安全性等尚不清楚，因此对VZV DNA疫苗的研究鲜有报道。

VZV潜伏感染再激活的机制目前尚不清楚。病毒如何逃脱机体免疫系统的监测?被激活的VZV如何进入复制状态？从神经细胞向易感成纤维细胞的传播方式是什么？这些问题的解决将有助于对疫苗免疫效果的评价及更好地开展基因工程疫苗的研究。

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