脊髓灰质炎疫苗的研究进展论文

1936年时，纽约大学的研究助理莫里斯·布罗迪（Maurice Brodie）利用猴子的脊髓作为病毒生长环境，并以甲醛杀死病毒，以制成脊髓灰质炎疫苗。由于难以获得足量的病毒，使其尝试刚开始就受到阻碍。在测试疫苗时，布罗迪首先以自己和多位助手来作实验，接着再将疫苗接种于3000名儿童，其中多人出现了过敏反应，且没有出现免疫作用。费城的病理学家约翰·科勒默（John Kollmer）也在同年宣称研发出疫苗，不但同样没有使人免疫的能力，还造成了多名死亡案例。美国国家脊髓灰质炎免疫计划（National Polio Immunization Program）早期于佐治亚州哥伦布所进行的大型疫苗接种活动。到了1948年，由约翰·富兰克林·恩德斯所领导的波士顿儿童医院团队，在实验室的人体组织中成功培养出脊髓灰质炎病毒。恩德斯与同事托马斯·哈克尔·韦勒和弗雷德里克·查普曼·罗宾斯也因这项贡献而获得1954年的诺贝尔生理学或医学奖。除此之外，同时期还有多项关键发现：包括病毒的3种血清型（serotype），也就是第一型（PV1，Mahoney）、第二型（PV2，MEF-1），与第三型（PV3，Saukett）；还有人体麻痹前血液中会出现病毒的现象，以及γ-球蛋白型态抗体在抵抗病毒方面的效用。美国在1952年与1953年，分别增加了5万8000与3万5000个病例，高于先前每年约2万人的增加速度。当时在纽约莱德利实验室（Lederle Laboratories）的希拉里·柯普洛夫斯基（Hilary Koprowski）曾宣称在1950年成首先成功研发疫苗，不过直到沙克疫苗投入市场后5年，他的疫苗才正式脱离研究阶段。此外，沙宾疫苗研发时所用的减毒性病毒样本，也是由柯普洛夫斯基所提供，但他自己的疫苗因为部分会恢复致病性而失败。 第一种有效的疫苗，是匹兹堡大学的约纳斯·沙克在1952年研发完成，这种疫苗称为“去活化脊髓灰质炎疫苗”（inactivated poliovirus vaccine，IPV），又称“沙克疫苗”，是利用3种血清型的致病性病毒株所研发。这些病毒首先培养于一种称为绿猴肾细胞（Vero cell）的猴子肾脏组织，之后再以福马林处理使其失去活性。注射沙克疫苗可使血液产生以免疫球蛋白G（IgG）为抗体的免疫作用，防止病毒血症（viremia）的发生，并保护运动神经元（motor neurons），进而阻碍脊髓灰质炎的感染，也因此降低了产生延髓型脊髓灰质炎（bulbar polio）以及后脊髓灰质炎综合症（post-polio syndrome）的风险。不过由于此疫苗并无法保护肠道的黏膜内衬（mucosal lining），因此已接种沙克疫苗的人们仍可能持续散播疾病。1954年，疫苗于宾州匹兹堡的阿森纳小学（Arsenal Elementary School）与华生儿童之家（Watson Home for Children）展开试验。之后又在汤玛斯·弗朗西斯（Thomas Francis）的领导下，进行了一场称为弗朗西斯实测（Francis Field Trial）的大规模试验工作，一开始是在维吉尼亚州的麦克林（McLean）进行，对当地富兰克林·谢尔曼小学（Franklin Sherman Elementary School）的大约4000名儿童进行接种；最后在美国的44个州中，总共有大约180万名儿童受试。测试中约有440,000位儿童接受了一次以上的疫苗注射；另有210,000位儿童接受由培养基制成的安慰剂；对照组则是由120万名无接受疫苗的儿童构成，并研究观察他们是否受到脊髓灰质炎的感染。结果发表于1955年4月12日，这场测试显示沙克疫苗在对抗PV1方面有60%到70%的效果；而对抗PV2与PV3的效果则达到90%以上。沙克疫苗在1955年获得许可，儿童接种活动也在不久后开始。March of Dimes组织在美国推动大规模防疫计划，使美国到了1957年时，一年所增加的脊髓灰质炎病例减少到5600人。IPV疫苗在美国一直到1960年代仍广泛使用。强效型的IPV在1987年于美国通过许可，是目前美国所用的疫苗之一。 1963年美国疾病控制与预防中心的宣传海报，图中的蜜蜂称“Wellbee”，用以鼓励大众接受口服沙宾疫苗。在沙克疫苗获得成功后数年，阿尔伯特·沙宾也研发出又称“沙宾疫苗”的口服脊髓灰质炎疫苗（oral polio vaccine，OPV）。这种疫苗是利用减毒性活病毒所制成，原理在于使病毒处于低于一般体温的非人类细胞中，进而使病毒的基因组自然发生突变。减毒性的沙宾1号病毒株（Sabin 1 strain）与其带致病性的亲代（PV1血清型）之间，共有57个核苷酸的发生替换；2号病毒株有2个核甘酸替换，使其毒性减弱；3号则有10个替换参与毒性的减弱。主要的减毒性因素在于突变发生于3株病毒的内部核糖体进入位点（internal ribosome entry site，IRES），使其中的茎环结构发生变化，减低病毒在宿主细胞中转译自身RNA模板的能力。沙宾疫苗中的减毒性病毒在肠道，也就是感染的主要部位中能有效地复制；不过在神经系统组织中则否。此外，沙宾疫苗在服用上较为简易，且免疫时间也较沙克疫苗为久。1961年，第一型与第二型病毒的单价口服脊髓灰质炎疫苗（monovalent oral poliovirus vaccine，MOPV；单价疫苗是只针对其中一型病毒的疫苗）获得许可；隔年第三型MOPV的许可也获通过。到了1963年，三价口服OPV许可通过，并逐渐取代去活化病毒，成为多数国家主要使用的疫苗类型。在1961时，全美国的病例只剩下161例。