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突破疫苗

纽约—疫苗是个人和公共健康史上最伟大的成功之一。它们帮助地球摆脱了天花,即将消灭脊髓灰质炎,并且每一年能挽救数百万人的生命,减轻传染病造成的痛苦和负担。

但仍有许多疾病我们没有疫苗可用。此外,早前带来成功疫苗开发的策略不再适用于更加复杂的细菌和病毒,比如可通过多种机制削弱免疫系统的艾滋病毒。

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疫苗学的历史是一部生物化学和技术进步带来“下一代”疫苗的历史。20世纪50年代,能让病毒在培养基中生长的突破带来了麻疹、脊髓灰质炎和其他疾病的减毒活疫苗和灭活疫苗的发展。20世纪80年代,DNA重组技术带来了乙肝和人乳头瘤病毒疫苗的发展。

在世纪之交,人类基因组的首次测序带来了“逆向疫苗学”(reverse vaccinology)。这一方法——对病原体基因组进行计算机分析以识别和筛选潜在疫苗目标,数量之大远远超过了以前的可坑范围——被用于乙脑疫苗的成功开发。

过去十年产生了结构辅助疫苗发现、合成生物学、系统生物学和免疫监测的巨大进步。但是,成功地将这些进步转化为下一代疫苗的开发仍受到我们关于人体对具体细菌、病毒和寄生虫的免疫反应的了解不足的制约。

这就是我和其他八位科学家同事提出成立新的基于人体免疫学的临床研究计划——人类疫苗工程(Human Vaccines Project)的原因。2014年2月,主要科学家和公共健康专家将齐聚加州拉荷亚(La Jolla)起草一份科学计划来对目前阻碍艾滋病、肺结核和疟疾等疾病的疫苗的开发的主要问题进行识别、决定优先顺序以及(最重要的)予以解决。

该工程代表疫苗开发的范式变化。当前的开发过程很长(从提出概念到获得许可要走几十年)、成功概率低(因为动物模型在预测人类免疫反应和效果方面作用有限)、而且成本高昂(通常一种疫苗的开发就要耗费几亿美元)。

想一想:在过去几年中,许多候选HIV、登革热、疱疹、肺结核和金黄葡萄球菌疫苗遭遇了失败,超过10亿美元随之东流。投资相同数量的资金用于在未来十年合作解决疫苗开发的所面临的主要问题能够大大加速我们对有效解决方案的搜索,给个人和公共健康带来变革性影响。

HIV大概是最大的挑战,因为这种病毒利用其多种多样的遗传变异而不被免疫系统所识别。但是,如今科学家已可以利用最新的进步识别多变病毒的高度保守区(conserved region)、确定它们的分子结构,并开始设计下一���候选疫苗以触发针对这些区域、防止HIV传染的抗体。但与其他几种疾病的疫苗一样,HIV疫苗的开发仍受制于动物模型对如何触发必须的人类免疫反应的预测力的局限性。

两大最新进步有望加速疫苗开发、大大降低成本。在合成生物学领域,基于核酸的疫苗的快速工程意味着更多的候选疫苗可以更快地从概念阶段进入试验阶段。在系统生物学领域,高通量技术增加了在试验中被评估的遗传和免疫参数的数量。这一方法有助于预测潜在的下一代黄热病和流感疫苗的有效力,只需几天的免疫期即可,而通常的时间框架是几个月甚至几年。

疫苗每年能够挽救200—300万条生命,预防人类苦难,减轻医疗系统负担,并促进更快的经济和深灰发展。模型表明,即使是部分有效的艾滋病疫苗,如果用于当前预防和治疗过程,也可以大大降低HIV传染率。

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正如诺贝尔和平奖获得者、世界最著名的HIV/艾滋病斗士图图(Desmond Tutu)所说,“我们必须让过去半个世纪中的大部分科学进步——这些进步已经形成了其他可预防疾病的疫苗——成为目前所能找到的最有力、成本效率最高的健康投资。”

这就是人类疫苗工程背后的思想——这一概念在十年前还不可想象。如今,疫苗发现和免疫监测方面的技术进步让我们能够在实际中探索这一有望改变疾病预防局面的方法。2月的加州会议或许是我们迈向没有致死和致衰传染病的世界的一大步。