“一针、二针或者三针疫苗”背后的科学道理

“一针、二针或者三针疫苗”背后的科学道理

在新冠变异毒株德尔塔(Delta)导致局部地区疫情复燃、疫苗混合接种和改良版疫苗研发试验渐次展开之际,第三剂接种以增强免疫保护被提上议事日程,包括英国在内的一些国家启动第三剂接种临床试验,也有一些国家在考虑普及“第三针”。

研发辉瑞/Bio NTech疫苗的美国辉瑞制药和德国生物新技术公司宣布8月份将向美欧监管机构递交第三剂接种授权申请,理由是三剂接种可显著增强抗体水平,包括应对目前肆虐全球的德尔塔(Delta)变异株。

辉瑞首席科学官多尔斯滕对路透社表示,有数据显示接种疫苗6个月后体内抗体水平下降,感染风险增大,疫苗预防感染的有效率降低。他说,第三针增强剂对老年人尤其重要。

不过世界卫生组织(WHO)和美国食品药物监管机构FDA都反对第三剂接种。世卫组织的理由是应该先保证所有国家都获得足够的疫苗供应,避免加剧全球疫苗分配不均的问题,美国FDA的理由是需要更具说服力的科学数据证明“是否或合适可能需要(第三针)加强剂”,而评估内容不仅限于抗体水平变化,还包括人体免疫反应的其他参数。

美国昆泰医药公司估算,到2025年,全球用于新冠疫苗的支出总额可能达1570亿美元。

BBC梳理疫苗接种,一针、二针或是三针背后的科学道理。

“一针、二针或者三针疫苗”背后的科学道理



英国最新数据显示,辉瑞和阿斯利康疫苗第一针注射后可以使重症发病率减少80%以上,但第二针不会因此省略。这项研究基于80岁以上第一批接种疫苗人群数据。苏格兰公布的数据与此类似。

美国食品和药物管理局(FDA)2021年2月底批准强生公司研发的新冠疫苗“杨森Covid-19”(Janssen Covid-19),只需注射一针,可在常规冰箱温度下储存,适用于18岁以上成年人。强生公司承诺6月底前为美国生产1亿剂疫苗。这是美国第三种投入接种的疫苗。

2021年2月上旬,中国制药公司康希诺生物研发的单针接种的腺病毒载体疫苗(Ad5-nCoV )“克威莎”获墨西哥政府紧急使用授权,适用于18岁以上成年人。康希诺宣布,这款重组新冠病毒疫苗对预防重症的有效率超过90%。

俄罗斯从1月中旬开始试验“卫星 V”疫苗的单剂接种版,Sputnik-Light,目的是以更快的速度接种更多人,但功效是否会减弱目前尚无定论。

此外,由于疫苗供应瓶颈等问题也导致两剂注射间隔时间拉长,或者第二针推迟,比如英国和欧洲一些国家,原来两剂之间隔三周,后来改为三个月。

“一针、二针或者三针疫苗”背后的科学道理



疫苗的原理

其实,大部分疫苗都需要后续增强剂才能完全起作用。比如麻腮风三联疫苗(MMR),刚出生时第一次接种。研究发现只打过一针的人当中有40%对三种病毒没有完全免疫,而打过第二针的人里这个比例只有4%。

伦敦帝国理工学院免疫学教授丹尼·奥特曼(Danny Altmann) 解释说,后续增强剂可以激发接种者自身免疫机能进入一种新的微调模式。

身体免疫系统初次跟疫苗相遇时,会激活两种重要的白血球(白细胞),首先是B浆细胞,主要功能是产生抗体。但它们寿命不长,初次接种疫苗后开始几周身体里有大量抗体,如果不注射第二剂疫苗的话,抗体数量会锐减。

另一种是T细胞,又叫T淋巴细胞,成熟后分化成不同的效应亚型,能识别和杀死不同的病原。其中一种叫记忆T细胞,如果没有碰到格杀对象(病毒),在体内可以存活几十年。这意味着有些疫苗可以提供终身免疫。

关键在于,这种T细胞只有在注射了第二针疫苗之后才会大量产生。

所以,通过注射疫苗后续增强剂,让身体第二次接触抗原,即病原体上触发免疫系统的分子,从而激活第二阶段的免疫反应。

“一针、二针或者三针疫苗”背后的科学道理



奥特曼解释说,注射增强剂之后,体内的记忆T细胞数量增多,有时记忆B细胞的数量也会增加,而它们产生的抗体质量会更高。

注射疫苗增强剂后,先前产生而且还活着B细胞再次遇到病原,会急速分裂,产生大量来势汹汹的后裔,然后免疫系统里巡逻的抗体数量出现第二次高峰。

第二剂疫苗还会做一件事,启动“B细胞成熟”过程,具体包括在尚不成熟的B细胞中挑选出受体跟特定病原捆绑最佳的那些。这个筛选过程在产生白细胞的骨髓里进行。这个过程结束后,作为“精锐力量”的B细胞进入脾脏,在那里完成发育。

这意味着增强剂疫苗不但会使B细胞数量增多,产生的抗体杀敌也更精准。

与此同时,前面已经提到,后续疫苗进入体内后记忆T细胞的分裂速度迅速加快。有迹象表明一些已经注射新冠疫苗的人体内的记忆T细胞可能以前“见过”它们的同类,即以前爆发过流行的冠状病毒,记住了,所以这次很容易就认出新冠病毒。


新型冠状病毒:我们离疫苗还有多远?

一针和二针的区别

虽然英国官方称辉瑞和阿斯利康疫苗第一剂注射后效果显著,但第二针必须打,因为第二剂疫苗“极有可能强化免疫反应,使之更成熟、涵盖范围更广、持续时间更长”。

萨里大学免疫学教授戴博拉·邓恩-沃特斯(Deborah Dunn-Walters)解释说,疫苗不能提供百分之百的保护, 也没有证据显示接种疫苗后就不会感染也不会把病毒传染给别人。

因为抗体的产生需要时间,因此任何疫苗,无论接种一次还是两次,首次注射后的几个星期内你的免疫力都跟注射前一样。

“一针、二针或者三针疫苗”背后的科学道理
图像来源,GETTY IMAGES



邓恩-沃特斯解释说,人体免疫系统分两部分,一部分叫先天免疫系统(固有免疫),其组成包括皮肤之类抵御感染的人体器官,部分白血球和化学机制,疫苗对它没有影响,单靠这部分也难以预防疾病。

另一部分是后天免疫系统(适应性免疫、获得性免疫),即出生后通过与特定病原体接触,由此产生识别和启动针对特定病原体免疫反应的免疫功能。

这个适应、获得过程需要时间;任何疫苗都必须刺激身体产生更多免疫细胞,然后 部分免疫细胞会生成抗体。

另外,评估疫苗的效力,主要通过观察接种后是否出现症状,而不是按是否感染来衡量,而无症状感染现在已经是众所周知的事实。

III期临床试验数据显示,完成两剂接种后血液里的抗体和T细胞数量比只打一针要多得多。

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新技术、新问题


对一剂疫苗效力可持续多久做出可靠估计之所以困难,除了疫苗问世和接种时间相对较短,还有一个重要原因,就是现在获准注射的疫苗采用了新技术。

牛津-阿斯利康疫苗和俄国“卫星-V”(Sputnik-V)疫苗都采用改良版腺病毒,这种病毒可以侵入多种不同细胞,导致各种疾病,比如呼吸道感染。

牛津疫苗用的是黑猩猩的腺病毒,俄国疫苗用的是两种人类腺病毒的混合体。

为了安全和防止病毒在人体细胞内自我复制,用来制作疫苗的病毒经过基因修改。这种改良版病毒通过病毒表面刺突蛋白生成指令来引导人体识别冠状病毒。

腺病毒在癌症疫苗开发和基因疗法中的应用已经有几年历史,但用于预防病毒感染只有一次:埃博拉疫苗;这种疫苗2020年7月获准在欧盟国家使用。

莫德纳和辉瑞-BioNTech疫苗属于创新技术,两者都包含无数mRNA(信使核糖核酸)微粒碎片,这些碎片含有生成新冠病毒表面刺突蛋白的指令,原理跟腺病毒疫苗相似。目前获准给人类接种的mRNA疫苗只有这两种。

中国科兴和国药都是灭活疫苗,含有未激活冠状病毒颗粒。这种方式较传统,但免疫功效能够持续多久,因为没有先例可循,仍需积累数据,综合评估。

中国康希诺和美国强生公司的杨森新冠疫苗都是重组腺病毒载体疫苗,III期临床试验都始于2020年9月,同样有时间相对较短、数据不够,缺乏可靠参照物作比较的问题。

2021年夏,基于以色列的最新数据,辉瑞制药和德国生物新技术提出需要推广第三剂接种辉瑞/Bio NTech疫苗,因为半年前打完第二针的人群感染病例增多,主要原因是随着时间推移体内抗体减少。

但注射第三针增强剂,对于疫苗预防感染和预防重症、死亡的有效性能起什么作用,仍需更多数据才能综合评估,得出具说服力的科学结论。

注:查莉娅·戈维特(Zaria Gorvett)2020年曾为 BBC Future 梳理了疫苗的原理和一些需要解答的重要问题。


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