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疫苗如何工作:从实验室开发到免疫保护

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Components of a smallpox vaccination kit including the diluent, a vial of Dryvax® smallpox vaccine, and a bifurcated needle. Vaccinia (smallpox) vaccine, derived from calf lymph, and currently licensed in the United States, is a lyophilized, live-virus preparation of infectious v
图片: Photo Credit: James Gathany Content Providers(s): CDC · Public domain · Wikimedia Commons

要点

疫苗通过向免疫系统展示病原体的无害片段(称为抗原)来发挥作用,使身体建立抗体和记忆细胞,而无需承受实际疾病。疫苗达到这一点需要多年的临床前测试和三个阶段的人体试验,然后才能由FDA等监管机构获得许可。接种疫苗后获得完全保护通常需要几周,因为免疫系统需要时间来产生持久的防御。

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无论技术如何,每种疫苗都依赖相同的基本原理:它教导免疫系统在人体真正遇到真正的病原体之前识别特定的病原体。根据世界卫生组织的说法,疫苗含有生物体的减弱或灭活部分——称为抗原——触发身体的防御,而不会导致疾病本身。

接种疫苗后身体内发生了什么

一旦注入,抗原(或制造它的遗传指令)就被免疫细胞吸收。美国疾病控制和预防中心(CDC)解释说,这个过程激活B淋巴细胞,它产生与病原体结合并中和病原体的抗体,以及帮助协调反应和破坏被感染细胞的T淋巴细胞。

CDC的《粉皮书》是卫生专业人员的参考手册,它描述这是触发体液免疫——B细胞产生的抗体——和细胞免疫,由T细胞驱动。在初始反应之后,一些B细胞变成长寿命的记忆细胞,留在血液和骨髓中,准备在真正的病原体出现时迅速增殖。

这就是为什么根据CDC的说法,由疫苗或感染建立的主动免疫可以持续数年或一生,与被动免疫相反——比如从母亲传递给新生儿的抗体——在几周到几个月内消退,因为身体没有自己制造抗体。

WHO指出完全保护不是立即的:免疫系统需要时间来产生抗体和记忆细胞,一些疫苗需要多次给药,间隔数周或数个月,以建立持久的防御。CDC补充说,对于COVID-19疫苗,具体来说,接种后通常需要几周才能使身体产生相关的T和B淋巴细胞。

疫苗背后的不同技术

并非每种疫苗都以相同的方式传递抗原。CDC的《粉皮书》和WHO描述了仍在使用的几个既定类别。

主要疫苗类型及其传递抗原的方式
类型工作原理示例疾病
减毒活疫苗病毒的减弱但活的版本在体内简短地复制,密切模拟自然感染麻疹、腮腺炎、风疹、水痘
灭活(全细胞)无法复制的病毒或细菌的灭活版本;通常需要多次给药脊髓灰质炎、甲肝、狂犬病
亚基/重组仅使用病原体的特定蛋白质片段来触发反应流感、肺炎球菌、乙肝、HPV
类毒素使用由细菌产生的灭活毒素,而不是细菌本身白喉、破伤风
病毒载体一个无害的、不相关的病毒被设计用来携带和传递目标病原体的一部分埃博拉疫苗
mRNA/核酸遗传指令告诉身体的细胞短暂地产生抗原,免疫系统随后靶向COVID-19疫苗(Pfizer-BioNTech、Moderna)

mRNA疫苗的工作方式不同于较旧的类型,因为它们不含病毒本身的任何部分。CDC解释说,实验室制造的mRNA指导身体自己的细胞产生目标蛋白的无害片段——对于COVID-19疫苗,是棘突蛋白的片段。免疫系统对这种蛋白质反应为外来的,产生抗体,激活T细胞,之后细胞分解mRNA并将其作为废物消除。

蛋白质亚基疫苗如Novavax的COVID-19疫苗则直接注射实际的棘突蛋白片段,配对佐剂——根据CDC,一种特别添加来加强免疫反应的成分。

疫苗如何从实验室进入临床

在任何疫苗进行临床试验之前,它要经过探索性和临床前阶段,研究人员在该阶段进行实验室和动物研究,以判断它是否可能安全并引起有用的免疫反应,根据美国食品和药物管理局(FDA)的说法。开发人员随后向FDA提交《新药研究申请》,然后才能开始人体测试。

人体测试通过FDA描述的三个主要临床阶段进行:

  1. 第1阶段——一个小型试验,通常有20至100名健康志愿者,主要关注安全性和免疫反应的早期迹象。
  2. 第2阶段——扩展到数百名参与者,健康状况各异,比较不同剂量并监测常见副作用。
  3. 第3阶段——对数千名参与者进行测试,通常与安慰剂对照组进行对比,以测量现实世界的有效性并发现更罕见的副作用。

如果数据支持,制造商向FDA提交《生物制品许可申请》以供审查,然后才能获得批准。即使在疫苗获得许可后,FDA也通过上市后监测系统(如疫苗不良事件报告系统(VAERS))继续监测其安全性。FDA指出整个过程没有固定的时间表,因为它取决于疫苗的复杂性和在每个阶段产生的数据。

WHO指出,历来只有大约五分之一进入临床试验的疫苗候选者最终被批准。

在COVID-19大流行之前,没有人通过完整的人体使用批准流程,尽管一些DNA疫苗,包括特定癌症的疫苗,正在进行人体试验。

— 世界卫生组织

常见问题

疫苗需要多长时间才能开始起作用?
根据CDC的说法,接种后通常需要几周才能使免疫系统产生足够的抗体和T细胞的保护,这就是为什么人们在接种后不久仍可能被感染。
疫苗能给你它保护的疾病吗?
根据CDC的说法,灭活、亚基、类毒素、病毒载体和mRNA疫苗不能导致疾病,因为它们不含活的、致病的病原体。减毒活疫苗含有一种减弱的病毒,设计上不会在健康人中引起疾病,尽管它们通常在免疫系统减弱的人群中避免使用。
mRNA疫苗和传统疫苗之间有什么区别?
根据CDC的说法,传统疫苗通常传递病原体本身的一部分(或其减弱/灭活版本),而mRNA疫苗传递遗传指令,告诉一个人自己的细胞临时产生一部分抗原。
疫苗开发为什么通常需要这么长时间?
FDA概述了一个多阶段的过程——临床前测试、三个阶段的人体试验和监管审查——每个都设计用来确认疫苗获得许可前的安全性和有效性;该机构表示没有固定的时间表,因为它取决于在每个阶段产生的数据。
疫苗提供终身免疫吗?
这取决于疫苗和疾病。CDC的《粉皮书》指出由疫苗产生的主动免疫可以持续数年或一生,尽管一些疫苗需要加强针以维持保护性抗体和记忆细胞水平。

来源

  1. World Health Organization — How do vaccines work?
  2. CDC — COVID-19 Vaccine Basics: How they work
  3. CDC Pink Book — Chapter 1: Principles of Vaccination
  4. FDA — Vaccine Development 101
  5. WHO — The race for a COVID-19 vaccine explained

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