诺贝尔奖与生活科技:疫苗

免疫学研究一直是诺贝尔生理学或医学奖获奖的常客:1901 年第 1 届诺贝尔医学奖就是颁给发明血清免疫法,并用于治疗白喉病的贝林(von Behring);1905 年科霍(Koch)因研究结核病,发现结核桿菌及结核菌素,并用于开发疫苗以治疗结核病而得奖;1908 年埃利希(Ehrhich)及梅奇尼科夫(Metchnikoff)因免疫血清疗法及免疫「细胞」理论获奖。另外 1919 年、1951 年及 1960 年的得奖人,也都以免疫研究或黄热病疫苗的研发成果获奖。

就以近 30 年的诺贝尔生理或医学奖而言,1972 年颁发给爱德曼(Edelman)及波特(Porter),彰扬他们决定抗体化学构造的成就;1977 年由发明放射性免疫侦测法用来分析抗原及抗体的雅萝(Yalow)获得;1980 年颁给发现组织抗原的史奈尔(Snell)、达梭(Dausset)及班那塞夫(Benacerraf);1984 年由发展出单株抗体的科勒(Koehler)及米尔斯坦(Milstein)获得;1987 年颁给利根川(Tonegawa)以表彰其发现抗体的基因重组;1996 年则由发现免疫T细胞是如何辨认病毒的杜赫(Doherty)及辛克纳吉(Zinkernagel)获得。

总计,至今约有 13 年度的诺贝尔生理学或医学奖颁给与免疫相关的研究人员,这么高的获奖率并不能归诸于评审委员会偏好免疫。诺贝尔奖不是以学门的区分为依归,而是以各个发现在医学上的重要性为準则,而免疫学的研究正是协助人类对抗传染性疾病的有力武器。

因为免疫反应是人类能有效控制各种传染性疾病的最根本基础,对于像爱滋病、肺结核、肝炎之类的传染病,只有更进一步了解免疫系统,才能发展出更有效力的免疫疗法或疫苗,以达到预防或治疗的效果。这由诺贝尔生理或医学奖得主中,很多的免疫学者都是从事基础免疫学研究可得到佐证。

此外,想发展有效用的疫苗,惟有从基础免疫学研究来探究人体各类的免疫机制,以进一步了解传染病原的致病机转,才能提升疫苗的效用。

现今,生长在中国台湾的人们从出生到长大,都需要接种十多种疫苗,你知道疫苗的由来吗?接种疫苗的目的为何?施打疫苗的种类有哪些?每支疫苗有何不同?疫苗的未来如何?就让我们来寻找这些问题的解答吧!

疫苗的由来

疫苗概念的起源可追溯到 16、17 世纪的中国和印度,当时人们发现天花病人结痂製成的粉末,可用来预防天花的感染。天花曾经是人类最严重的传染病,根据文献记载,在 17、18 世纪时,伦敦的死亡人口中,每 10 个人就有 1 个是死于天花,当时唯一的预防方法就是用结痂粉末来预防。虽然这个方法也有很大的危险性,大约有 0.5 ~ 2 % 的人因为接种天花的结痂粉末感染天花而死亡,但和自然感染天花 20 ~ 30 % 的死亡率相比,还是值得冒险一试。

世界上第 1 支疫苗是金纳(Edward Jenner)博士在 1796 年发明的,他从一位挤牛乳少女身上得到的灵感,提出用牛痘疫苗预防天花感染的想法和实验。他发现用牛痘疫苗有很好的保护效果,且没有严重的副作用,自此人类掌握了对抗天花病毒最有效的利器。经过联合国卫生组织于 1967 年推动天花扑灭计画后,天花病毒终于在 1979 年被澈底扑灭,这是人类医疗史上最重大的成就之一。

但是现代疫苗的技术,则是等到 1879 年巴斯德(Louis Pasteur)发现了减毒疫苗的原理才建立的。他先从患者身上取出病毒母株,把它的毒性减弱后进行繁殖,再製作成疫苗注入人体内,使人体产生抗体。因病毒毒性已减弱,所以不会造成疾病。这种减毒疫苗的原理广泛应用在卡介苗、水痘疫苗、德国麻疹疫苗、腮腺炎疫苗等。

巴斯德发明的传统减毒疫苗、死毒疫苗等技术,至今仍是製造疫苗的标準技术,也开启了微生物学及免疫学研究的大门。

接种疫苗的目的

传染性疾病一直都是人类最大的死因,每年有 1,700 万人死于传染性疾病。在传染性疾病的预防上,疫苗的使用比任何其他医学方法对人类健康的贡献都要大。

疫苗接种的主要目的是使身体能够製造自然的物质,用以提升生物体对病原的辨认和防御功能,有时类似的病原体会引起同一类病原的免疫反应,因此原则上一种疫苗是针对一种疾病,或相似度极高的病原体,以牛痘预防天花就是一个很好的例子。此外,在 20 世纪末,免疫学家发现疫苗也可能具有治疗功能,并发展出相关的理论和应用。

预防 疫苗接种多数是一种可以激起个体自然防御机制的医疗行为,以预防未来可能得到的疾病,这种疫苗接种特称为「预防接种」。白喉、破伤风、百日咳、小儿麻痺、B型流感嗜血桿菌、B型肝炎、麻疹、德国麻疹、腮腺炎等的疫苗,都是目前常见的种类。

疫苗不仅可以使接种者罹患该疾病的发病率下降,当一种疫苗所对付的疾病仅感染单一物种时,便有可能消灭病原。例如天花在自然界中仅感染人类,当几乎所有人都接种疫苗后,天花便无法继续传播,也无法在其他动物间蔓延。因此联合国得以在 1980 年宣布天花的灭绝,以及在 1999 年宣布第二型小儿麻痺的不复存在。

治疗 疫苗也可以用来做积极的免疫治疗,这种技术刺激免疫系统大量生产抗体,或是以外来的相应抗体,共同对付已经感染的患者体内存有的病原。狂犬病疫苗就是运用这个原理,这种疫苗也可能用作预防性疫苗。近年来对癌症及爱滋病的研究发现,病变的细胞和一般细胞表面有不同的标记,可能适合做为抗体攻击的目标用以治疗患者。

疫苗的种类

传统疫苗 可分成去活性疫苗、活体减毒疫苗及类毒素疫苗 3 大类。去活性疫苗是透过热或化学药剂,把致病微生物结构破坏或把它杀死所形成的,但因部分结构仍完整,可诱起免疫反应达到免疫治疗的目的,如流感、霍乱、腺鼠疫、A型肝炎等的疫苗。但这类致病微生物毒性较低、时效短,无法引起免疫系统完整的反应,有时必须追加施打。

活体减毒疫苗是利用培养技术製造出的减低毒性活体微生物的品种。由于免疫反应主要侦测的是病菌本身外部的构造,因此减去毒性物质或微生物代谢产物仍可有效产生施打疫苗者的免疫力,例如黄热病、麻疹、腮腺炎等疫苗。

此外,某些微生物本身无害,但其产生、释放的毒素是疾病的根源,科学家便把这类毒素改造或破坏以形成类毒素疫苗。这类疫苗具免疫反应所需的基本诱发功能,却不伤害接种者,例如破伤风和白喉疫苗。

基因疫苗 针对目标细胞,藉由改造过的病毒或细菌感染,以插入基因或调节基因表现的手法,引起免疫系统的活化。若这些细胞因此在表面呈现异于接种者本身的物质,将会被免疫系统辨识而受到攻击。儘管这项技术仍在试验中,却可能成为未来治疗癌症、遗传疾病的重要疗法。

目前研究发现,基因疫苗可以引发高效价的抗体反应,同时伴随细胞性免疫反应,包括辅助T细胞和杀手T细胞。在人体内杀手T细胞利用其细胞表面受器,专司负责发现并清除受病毒感染的细胞,同时对癌细胞的治疗也有显着的效果。因此如何引发具专一性的杀手T细胞,一直是预防和治疗性癌症疫苗研发的重点。而用传统的死毒疫苗或重组蛋白疫苗免疫,通常无法获得有效的杀手T细胞反应。

免疫反应

主动免疫 以激发个体自行产生抗体的免疫过程,称为主动免疫。免疫系统可分辨敌我,把不同于己的外来物视为病原,产生相应的各种反应,包括一般性发炎反应:红、肿、热、痛,以及製造具有专一性的抗免疫球蛋白,利用中和病原、活化相关攻击活动等方式建立专一的防御机制,用以摧毁异物,并短期或长期地记忆这种外来物。

疫苗接种就是利用免疫系统的运作原理,使注入接受者体内的物质类似或等同于异物,而引发相似的生理功能,以便于日后较具毒力的相似物质侵入体内时,能够回忆起类似的状况,加快对付病原的反应。

被动免疫 疫苗除了可提供主动免疫的防範措施外,也可以在状况紧急时,直接协助患者施打血清型疫苗。也就是由具备该疾病抵抗力的个体中,抽取血液并且纯化出该种抗体,或是经由生化合成出抗体,以直接注入患者体内压制病原的活动力。

但由于血清内抗体不可重複使用,会受到体内自行代谢分解,个体仍须自行产生抗体,以自发的免疫反应辨识外来物,予以记忆并持续製作抗体抵御病况,才能真正地痊癒。这种疫苗接种引发的免疫反应,就称为被动免疫。

疫苗消灭疾病

自 200 多年前金纳博士发现牛痘感染可预防天花后,近 100 多年来许多免疫学者前仆后继地研发各种疫苗。疫苗的使用一度在人类对抗传染性疾病上获得了胜利,令人以为终将战胜所有的微生物。

后来发现,有更多的致病微生物无法用减毒或死毒法製造出有效的疫苗,例如引起疟疾的 Plasmodium,中国台湾地区最近流行的登革热,或令人闻之色变造成爱滋病的 Human Immunodeficiency Virus(HIV),肺结核病原菌等。这些病原菌的防疫都需要细胞性的免疫反应,也就是需要诱发杀手型的免疫细胞而非抗体免疫反应。

这种细胞性免疫反应的诱发,目前最有效的方式是使用活毒疫苗。活毒疫苗的应用常受到有无适当的病毒培养方法和是否具安全性的限制,因为病毒需要寄主细胞来繁殖,但寄主细胞通常不易获得或培养,而要把一个活的病毒打入人体,当然需要仔细地考量安全性的问题。

此外,有的传染病虽然已有疫苗,却不能根绝疾病,证明这些疫苗的保护效力并不周延,例如现在结核病在世界各地的死灰复燃,也说明了疫苗研发的迫切性。这些研发工作都需要免疫学者不断地投入与试验,以便在传染性疾病的预防与各类疾病的积极免疫治疗上能有重大的突破,达成疾病根除的目标。

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