無乳鏈球菌莢膜多糖疫苗的研究進展

陳 晶，范釗瑋，馬 駿，崔玉東

無乳鏈球菌(Streptococcusagalactiae)也稱為B族鏈球菌(Group B Streptococcus，GBS)，是一種人獸共患性機會致病菌，最初從乳腺炎患牛中分離而得，是引起奶牛亞臨床乳腺炎的最常見病原菌[1-2]。并可在健康成年人的胃腸道以及泌尿生殖道內(nèi)無癥狀定植[3-4]。新生兒感染可導(dǎo)致危及生命的敗血癥以及腦膜炎的發(fā)生，并常伴有嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥[5-7]。孕產(chǎn)婦群體被確定為S.agalactiae的主要傳播者，妊娠相關(guān)的S.agalactiae感染可導(dǎo)致流產(chǎn)、死產(chǎn)以及早產(chǎn)等不良妊娠結(jié)局。此外，陰道內(nèi)的S.agalactiae可通過上行感染侵入羊水和胎膜，粘附于胎兒體表，或被胎兒吸入體內(nèi)，也可在分娩期間新生兒流經(jīng)產(chǎn)道時接觸或吸入受污染的羊水或陰道液而發(fā)生傳染[8-9]。在沒有任何干預(yù)的情況下，S.agalactiae攜帶者所生的新生兒中約有50%被S.agalactiae定植，其中1%～2%的嬰兒患有侵入性疾病[10-11]。

鑒于妊娠相關(guān)的S.agalactiae感染對新生兒造成巨大威脅[12]。人們一直致力于通過篩查并治療孕產(chǎn)婦S.agalactiae感染來緩解對新生兒造成的危害。產(chǎn)時抗生素預(yù)防(Intrapartum antibiotic prophylaxis，IAP)策略的實施雖降低了新生兒S.agalactiae感染早發(fā)性疾病(Early-onset disease，EOD)的發(fā)病率[13]，但并不能預(yù)防晚發(fā)性疾病(Late-onset disease，LOD)的發(fā)生[14-15]。并且，對于1周歲以上的兒童及成年人目前仍未找到有效的S.agalactiae感染預(yù)防策略。目前，國內(nèi)外主要采用青霉素等β-內(nèi)酰胺類抗生素作為治療S.agalactiae感染的首選藥物。雖然抗生素治療可部分緩解癥狀，但對青霉素、紅霉素、四環(huán)素以及克林霉素等抗生素具有耐藥性的菌株已大量出現(xiàn)[16-19]，使得抗生素治療的有效性逐步下降。此外，抗生素的頻繁使用必然會導(dǎo)致機體的菌群失調(diào)以及隨之而來的多種疾病的易感性增加。目前，許多研究已經(jīng)觀察到實施IAP的孕婦所生新生兒腸道菌群遭到破壞，并在部分新生兒體內(nèi)分離到具有耐藥性的S.agalactiae菌株[20-21]。另有一些新生兒由于疑似EOD而被錯用抗生素[22]。

有效的S.agalactiae控制計劃應(yīng)更多依賴于預(yù)防而不是治療。接種疫苗無疑是預(yù)防S.agalactiae感染最安全有效的策略。鑒于S.agalactiae感染對新生兒造成的嚴(yán)重不良影響，2015年世界衛(wèi)生組織疫苗產(chǎn)品開發(fā)咨詢委員會會議上將開發(fā)S.agalactiae母體疫苗確定為高度優(yōu)先事項[23]。據(jù)估計，全球高覆蓋率(90%)的有效S.agalactiae母體疫苗(>80%)每年可預(yù)防231 000例嬰兒和產(chǎn)婦S.agalactiae病例、41 000例死產(chǎn)以及66 000例嬰兒死亡[24]。到2040年，對懷孕期間以及青春期接種S.agalactiae疫苗的需求或?qū)⒊^2.2億劑[25]。然而，至今仍未有獲得許可的安全有效疫苗。

1 無乳鏈球菌的莢膜多糖

S.agalactiae的莢膜多糖(Capsular polysaccharide，CPS)是重要的毒力因子，在唾液酸轉(zhuǎn)移酶的作用下與唾液酸結(jié)合形成唾液酸化的CPS[26]，可避免被宿主細胞的模式識別受體(Pattern recognition receptors，PRRs)識別，從而實現(xiàn)免疫逃避[27]。還可通過增強生物膜形成改變或覆蓋表面抗原，從而有效躲避宿主的識別，并可抑制抗菌肽和中性粒細胞胞外陷阱(Neutrophil extracellular traps，NET)的結(jié)合以及影響細菌對上皮細胞和粘液的粘附來增加侵襲性[28-29]。CPS缺陷的S.agalactiae菌株毒力明顯減弱。依據(jù)CPS的不同，S.agalactiae目前被劃分為10個血清型(Ia，Ib，II，III，IV，V，VI，VII，VIII、IX)[30-32]。雖然所有血清型的S.agalactiae都可引起侵襲性感染，但引起疾病的主要血清型在各地有所不同，并因侵襲性和定殖性而異，而其中的5種血清型(Ia、Ib、II、III和V)在感染病例中居多[33-34]。

2 無乳鏈球菌的莢膜多糖疫苗

作為S.agalactiae最重要的毒力因子之一，CPS一直是研發(fā)S.agalactiae疫苗的主要靶標(biāo)。早在20世紀(jì)30年代，就有研究表明注射CPS特異性多克隆兔血清可以保護小鼠免受S.agalactiae的致命攻擊，這是S.agalactiae特異性抗體具有保護性的第一個證據(jù)[35]。1976年，Baker和Kasper提出孕婦接種疫苗是預(yù)防新生兒S.agalactiae感染的一種有效策略，母體內(nèi)III型CPS的抗體水平與新生兒對S.agalactiae的敏感性密切相關(guān)，母體的CPS抗體能夠透過胎盤傳遞給胎兒，從而保護新生兒免受S.agalactiae感染[36]。20世紀(jì)80年代，CPS疫苗在包括孕婦在內(nèi)的健康成年人身上進行了臨床試驗，雖然Ia、II和III型CPS疫苗均具有良好的耐受性，但其免疫原性較差，特別是Ia型和III型CPS僅在約50%的受體中顯示出免疫反應(yīng)，且產(chǎn)生的抗體水平較低[37]。在小規(guī)模的孕婦臨床試驗中CPS疫苗表現(xiàn)出良好的安全性，并且新生兒臍血抗體水平與分娩時母體抗體水平直接相關(guān)，進一步證實了母體免疫的可行性，但免疫原性仍不理想[38]。并且，單一血清型的CPS疫苗通常不能對其他血清型的S.agalactiae菌株發(fā)揮交叉免疫保護作用。2014年，在世界衛(wèi)生組織召開的疫苗產(chǎn)品開發(fā)咨詢委員會第一次會議上，確認S.agalactiae的CPS疫苗因免疫原性差而無效[39]。

3 無乳鏈球菌的莢膜多糖蛋白結(jié)合疫苗

CPS的免疫原性可通過與載體蛋白結(jié)合而增強。近期預(yù)防新生兒S.agalactiae感染的新措施，主要集中于孕婦接種S.agalactiaeCPS蛋白結(jié)合疫苗，不僅可以血清型特異性的方式降低新生兒和嬰兒的疾病風(fēng)險。此外，由于蛋白質(zhì)可能存在于不同的血清型中，S.agalactiae的CPS蛋白結(jié)合疫苗有可能提供跨血清型的廣泛保護。

3.1 TT載體疫苗 早期的CPS蛋白結(jié)合疫苗以破傷風(fēng)類毒素(Tetanus toxoid，TT)作為載體。在動物模型中，多種血清型的CPS(Ia，Ib，II，III，IV，V，VI，VII和VIII)與TT結(jié)合制備而成的CPS-TT結(jié)合疫苗顯示出比CPS疫苗更高的免疫原性[40-44]。首次人體臨床試驗是將純化的III型CPS與TT偶聯(lián)(III-TT)，免疫接種非妊娠婦女獲得了比III型CPS更好的免疫效果，并且免疫原性呈現(xiàn)劑量依賴性[45]。孕婦接種III-TT疫苗后，嬰兒臍帶血中保護性IgG水平升高，并且與母體抗體水平直接相關(guān)[46-47]。進一步將5種最常見的致病血清型CPS(Ia，Ib，II，III和V)分別與TT結(jié)合制備CPS蛋白結(jié)合疫苗，在健康女性中進行了I期和II期臨床試驗，所有結(jié)合疫苗的免疫原性均得到了一定程度的提高，誘導(dǎo)了具有功能活性的血清型特異性IgG，在補體存在的情況下，能夠在體外實驗中增強人外周血白細胞對S.agalactiae的殺傷作用[48-51]。

為應(yīng)對更廣泛的GBS血清型，進一步開發(fā)了幾種多價疫苗。雖然II-TT和III-TT二價疫苗并未引起比單價疫苗更強的抗體應(yīng)答，但免疫血清對Ⅱ型和Ⅲ型S.agalactiae的體外殺傷均有促進作用[52]。4種血清型(Ia，Ib，II和III)CPS的多價TT結(jié)合疫苗接種小鼠以及健康成年人均誘發(fā)了更強的抗體水平[53]。2017年開始了針對血清型Ia、Ib、II、III和V的S.agalactiaeCPS結(jié)合疫苗的臨床試驗。雖然與TT相連提高了CPS的免疫原性，但是在人體使用TT的一個重要問題是對載體預(yù)先存在的免疫，這很有可能會引起嚴(yán)重的不良反應(yīng)。盡管目前進行的臨床試驗并未見嚴(yán)重不良反應(yīng)的報道，但接種前12個月內(nèi)曾接種破傷風(fēng)疫苗被確定為該試驗招募受試者的一條重要排除標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 CRM197載體疫苗 另一種蛋白載體是從白喉棒狀桿菌(Corynebacteriumdiphtheriae)C7 (β197)培養(yǎng)物中分離出的白喉毒素(Diphtheria toxin，DT)的天然無毒突變體CRM197。CRM197無毒且具有更多的賴氨酰側(cè)鏈可用于偶聯(lián)，用作載體蛋白比TT更具優(yōu)勢。用TT和CRM197作為載體制備的CPS V型蛋白結(jié)合疫苗在健康女性體內(nèi)引起的免疫應(yīng)答并無明顯差異，均能誘導(dǎo)比CPS疫苗更高的抗體水平[54]。葛蘭素史克公司(Glaxo Smith Kline，GSK)開發(fā)的CPS三價(Ia、Ib和III)-CRM197結(jié)合疫苗可誘導(dǎo)非孕婦以及孕婦產(chǎn)生CPS特異性抗體，嬰兒出生時即可檢測到較高的CPS特異性抗體水平[55]，無安全問題，不影響嬰兒對白喉類毒素和肺炎球菌疫苗的免疫應(yīng)答[56]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，提高免疫劑量、添加弗氏佐劑或進行第2次加強免疫并不能提高此疫苗的免疫效果[57]。調(diào)理吞噬作用是宿主清除S.agalactiae感染的主要機制。該臨床試驗的另一項研究結(jié)果指出，抗體介導(dǎo)的吞噬細胞對3種血清型S.agalactiae的殺傷作用在母體血清以及臍帶血清中均顯著增強。并且，被動轉(zhuǎn)移至新生小鼠的臍帶血清對小鼠防御3種血清型的S.agalactiae菌株均具有保護作用，且呈現(xiàn)劑量依賴性[58]。然而，該疫苗對于患有艾滋病的婦女免疫原性不佳，轉(zhuǎn)移至嬰兒的母源抗體水平也較低，無法對新生兒S.agalactiae感染性疾病提供足夠的免疫保護[59]。有關(guān)加強免疫效果的研究顯示，未懷孕女性初次免疫1個月后進行加強免疫，并未引起抗體水平的升高。然而，初次免疫4～6年后進行加強免疫可引起抗體水平增加200倍，即便是初次免疫后未檢測到抗體的婦女在加強免疫后特異性IgG抗體水平也呈現(xiàn)顯著性的升高[60]。

最近，鑒于血清型IV的S.agalactiae引起侵襲性疾病的增加，輝瑞公司(Pfizer)研制了一種6價CPS結(jié)合疫苗GBS6，由CRM197與6種CPS血清型(Ia、Ib、II、III、IV和V)組成，覆蓋了98%的可引起侵襲性感染的S.agalactiae分離株[61]，已經(jīng)進入I/II期臨床試驗(NCT 03170609)，用于評估該疫苗在18至49歲健康成人中的安全性、耐受性和免疫原性。該疫苗免疫接種小鼠與恒河猴可引起特異性IgG抗體水平的提高，免疫小鼠交配后所生的幼仔血清內(nèi)同樣具有較高水平的特異性IgG抗體，并且在感染S.agalactiae后具有88%～100%的高存活率(對照組幼鼠僅為1.5%～31%)。CPS特異性抗體的被動免疫同樣可賦予幼鼠有效的免疫保護，受體鼠所生幼鼠感染S.agalactiae的存活率可達72%～100%[62]。2021年Judith Absalon和他的同事在Lancet Infect Dis報道了最新的臨床試驗結(jié)果，證實18至49歲非妊娠健康成年人對GBS6疫苗具有良好的耐受性，5 μg、10 μg以及20 μg的免疫劑量均可引起強烈的免疫反應(yīng)，接種1周后S.agalactiae血清型特異性IgG水平升高，2周達到峰值，1個月內(nèi)趨于穩(wěn)定，隨后呈現(xiàn)逐漸下降，但6個月時仍高于安慰劑組[63]。這項研究支持進一步在孕婦及嬰兒進行免疫效果的評價。目前，I/II期臨床試驗(NCT 03765073)正在南非進行，將對18至40歲的健康非妊娠婦女、18至40歲的妊娠≥27周的健康孕婦及其嬰兒的安全性、耐受性以及免疫原性進行評估。為了獲得S.agalactiae疫苗的許可，還需要進行III期臨床試驗。

佐劑通常具有增強免疫原性的作用。迄今為止，只有一項研究給健康成人接種III型CPS-TT結(jié)合疫苗時添加了氫氧化鋁作為佐劑。然而，該疫苗對CPS或破傷風(fēng)組分均未顯示出增強的免疫原性[64]。這一結(jié)果是出乎意料的，因為之前的動物試驗表明，接種了含明礬的III型TT結(jié)合疫苗的小鼠和狒狒均表現(xiàn)出顯著增強的免疫反應(yīng)[65-66]。

4 莢膜多糖疫苗存在的問題

雖然CPS蛋白結(jié)合疫苗具有較好的免疫原性，并在一定程度上擴大了免疫保護范圍，但仍然存在一些擔(dān)憂與局限，包括載體的潛在免疫力對其他帶有同種載體蛋白的結(jié)合疫苗，例如b型流感嗜血桿菌、腦膜炎奈瑟球菌與肺炎球菌結(jié)合疫苗以及白喉疫苗的免疫干擾。特別是血清特異性的問題仍未得到徹底的解決，多價CPS蛋白結(jié)合疫苗通常也只對疫苗中所包含的CPS類型或同源性較高的血清型提供保護，對無莢膜的或是新出現(xiàn)的莢膜血清型S.agalactiae菌株都無法提供有效的保護。世界范圍內(nèi)S.agalactiae血清型分布的變化要求不斷的替換舊的血清型或添加新的血清型。

在開發(fā)可對S.agalactiae發(fā)揮廣泛保護作用的疫苗研究中，人們發(fā)現(xiàn)菌體自身包含的保守性蛋白能夠?qū)Χ鄶?shù)S.agalactiae菌株產(chǎn)生免疫反應(yīng)，不僅可直接作為疫苗抗原誘導(dǎo)機體產(chǎn)生保護性免疫應(yīng)答，還可用作CPS結(jié)合疫苗的載體，在避免外源蛋白載體免疫干擾的同時又能夠解決疫苗保護的廣泛性問題，具有很好的應(yīng)用前景。

利益沖突：無

引用本文格式：陳晶，范釗瑋，馬駿，等. 無乳鏈球菌莢膜多糖疫苗的研究進展[J].中國人獸共患病學(xué)報，2022，38(11)：1001-1006. DOI:10.3969/j.issn.1002-2694.2022.00.147