摘要:疫苗被认为是现代医学最重要的进步之一，通过减少或消除许多严重的传染病，极大地提高了我们的生活质量。针对许多最常见的人类病原体已成功开发了疫苗，这种成功并不依赖于任何特定的疫苗类别，因为亚单位疫苗、非复制型全病毒或全细菌疫苗以及减毒活疫苗对于特定的疫苗目标都是有效的。完成初始疫苗接种系列后，成功疫苗的一个共同特点是它们能诱导长期保护性免疫。相比之下，一些部分成功的疫苗似乎诱导的保护是相对短暂的，很可能长期保护性免疫对于制造针对我们最具挑战性的疾病（如艾滋病和疟疾）的有效疫苗至关重要。

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1.引言

疫苗对公共卫生的影响确实令人瞩目。一项研究考察了儿童疫苗接种对2001年美国出生队列的影响，发现疫苗预防了33,000例死亡和1400万病例。在GAVI联盟支持的73个国家中，数学模型预测，与没有疫苗可用的情况相比，2011-2020年疫苗将预防2330万例死亡。已针对各种人类病原体开发了疫苗（表1）。有针对细菌毒素（例如，破伤风和白喉毒素）、急性病毒病原体（例如，麻疹、腮腺炎、风疹）、潜伏性或慢性病毒病原体（例如，带状疱疹病毒[VZV]和人乳头瘤病毒[HPV]）、呼吸道病原体（例如，流感、百日咳杆菌）和肠道病原体（例如，脊髓灰质炎病毒、伤寒沙门氏菌）的疫苗。大多数许可的疫苗可以归类为（a）减毒活疫苗，（b）非复制型全颗粒疫苗（包括病毒样颗粒或VLPs），以及（c）亚单位疫苗。这些类别中每个类别都有相似数量的许可疫苗（表1），这表明没有单一的疫苗方法是优于另一种的，而是根据每个特定病原体以及开发针对该特定病原体的成功疫苗所需的可行性、安全性和有效性而有所不同。有趣的是，流感是唯一一个在这三个类别中至少有一个许可疫苗的例子。

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a、截至2016年4月4日，Dengvaxia?减毒嵌合疫苗已在墨西哥、萨尔瓦多、菲律宾和巴西获得使用许可 (Sanofi Pasteur 2016)。b、在美国，口服脊髓灰质炎疫苗（OPV）已于2000年完全被灭活脊髓灰质炎疫苗（IPV）取代（免疫实践咨询委员会2000年）。c、全细胞百日咳（wP）疫苗建议在1997年被无细胞百日咳（aP）疫苗完全取代，但在美国继续使用，而在其他国家仍常规使用（免疫实践咨询委员会1997年）。d、全病毒灭活H5N1大流行流感疫苗（Vepacel?）已在欧盟获得使用许可（Plosker 2012）。e、Bexsero?脑膜炎球菌B群疫苗使用外膜囊泡颗粒以及个别重组蛋白的组合(Novartis Vaccines and Diagnostics 2015)。f、蜱传脑炎病毒疫苗目前尚未在美国获得许可，但在多个欧盟国家使用（Heinz等人，2013年）。g、 美国的鼠疫疫苗生产已于1999年停止（Williamson和Oyston 2013）。

2.减毒活疫苗的成功与失败

目前已开发并许可用于商业用途的减毒活疫苗有13种疾病（表1）。当存在（a）单一血清型，（b）病原体抗原稳定，（c）可用于测量疾病负担的诊断测试/临床标准，以及（d）疫苗既安全又有效时，通常更容易开发成功的疫苗。使用牛痘病毒进行的天花疫苗接种是高效疫苗最著名的例子，当时人们面临天花爆发时，这种疫苗与导致成功疫苗实施的这些特征相关。天花疫苗不仅是第一个开发的疫苗（Jenner 1798, 1799, 1800），而且由于天花病毒（天花的病因）不再存在于自然界中，这也是第一个有目的地使用疫苗使一个物种灭绝的例子。一些最成功的减毒活疫苗的例子包括针对麻疹、腮腺炎和风疹（MMR）开发的疫苗。相比之下，其他减毒活疫苗，如口服脊髓灰质炎疫苗（OPV）和第一个许可的轮状病毒疫苗（RotaShield?），提醒我们疫苗必须安全，才能成功用于常规疫苗接种。

2.1.麻疹、腮腺炎、风疹

今天使用最普遍的减毒活疫苗之一是MMR疫苗。尽管最初设计为三种单独的疫苗，但在1971年美国成功地将麻疹、腮腺炎和风疹的减毒株配方成单一的联合疫苗，并且它继续用于提供针对曾经被认为是常见儿童疾病的病原体的保护性免疫。与天花疫苗接种类似，它们是针对抗原稳定的病毒开发的，并且只有一个血清型。即使与减毒活VZV结合提供四价疫苗，血清转化率仍然很高（麻疹；97.1%，腮腺炎；96.0%，风疹；98.8%和水痘；93.5%，分别）。针对抗原可变病毒（例如，流感）或具有多种血清型的病原体（例如，HPV）的其他疫苗表明，随着疫苗技术的进步和发展，有机会通过有效的免疫计划对抗更复杂和更具挑战性的病原体。尽管几乎所有疫苗都需要至少一次加强剂量以维持长期保护性免疫，但我们许多最成功的疫苗已经实现了安全性和有效性的适当平衡。

2.2.轮状病毒和脊髓灰质炎病毒

疫苗要被认为是成功的，需要许多方面，对于常规疫苗来说，最重要的参数之一是患者安全。当疫苗在II/III期试验中显示出安全性和有效性时，它们就有机会获得许可进行商业生产，同时继续在许可后进行监测（即，IV期）。针对轮状病毒开发的RotaShield疫苗代表了一种因不可接受的高反应原性而失败的疫苗，严重不良事件（例如，肠套叠）达到每百万剂接种90-214例。自1998年获得许可后，它随后在1999年底退出市场。具有改进的安全性概况的减毒活轮状病毒疫苗（Rotarix?和RotaTeq?）现已进入市场，以满足这一重要的临床需求。同样，活OPV提供了良好的免疫原性和保护效力，但也引起了疫苗相关麻痹性脊髓灰质炎（VAPP）的发生率，每百万剂接种0.4-0.5例。由于其在美国的广泛使用，这导致1961-1989年每年平均有9名儿童因OPV而瘫痪。由于脊髓灰质炎在美国不再是地方病，OPV疫苗引起的麻痹病例比它旨在预防的野生型脊髓灰质炎病毒更多。2000年，OPV疫苗方案被更安全的灭活脊髓灰质炎疫苗（IPV）系列所取代，VAPP已被消除。

3.非复制型/灭活疫苗的成功与失败 

已成功许可用于11种不同病原体的非复制型/灭活疫苗，包括病毒和细菌（表1）。如下所述，甲型肝炎病毒（HAV）疫苗代表了全病毒灭活疫苗的显著成功，接种后20年内显示出卓越的效力和长期抗体持续性。人乳头瘤病毒（HPV）疫苗利用先进的病毒样颗粒（VLP）技术，能够预防慢性病毒感染，预防HPV相关癌症，并可能通过两剂甚至单次免疫诱导终生免疫。与这些成功案例形成对比的是，20世纪60年代尝试开发甲醛灭活麻疹和呼吸道合胞病毒（RSV）疫苗的失败表明，灭活全病毒疫苗方法并非万无一失，有几个因素可能导致了这些失败。

3.1.甲型肝炎

HAV感染曾是美国病毒性肝炎的主要原因，每年报告20,000至60,000例病例，50岁以上成人的死亡率高达1.8%。针对HAV的疫苗开发得益于几个关键因素，包括早期研究证明了被动免疫治疗的效力，发现HAV增殖的细胞培养条件，以及在适当的动物模型中进行被动和主动免疫研究，包括黑猩猩和狨猴。这些关键要素支持了两种灭活全病毒、明矾佐剂疫苗（Havrix?和Vaqta?）在美国的开发和许可，自20世纪90年代实施以来，疾病发病率下降了90%以上（疾病控制和预防中心，2015年c）。两种疫苗的效力都很高，估计范围为94-100%。已确定HAV特异性抗体是接种疫苗后保护性免疫的关键相关物，虽然没有定义绝对的下限，但滴度>10-20mIU/mL通常被认为是有保护作用的。

灭活HAV疫苗最令人印象深刻的方面之一是疫苗诱导的抗体反应的持久性。初步研究检查HAV特异性抗体滴度显示接种后不久迅速下降，但也显示出第二个较慢的衰减率，估计接种后20-30年保护性免疫得以维持。长期研究已证实并扩展了这些初步结果。在一个值得注意的研究中，接受两剂灭活HAV疫苗的受试者的抗体滴度在接种后每年跟踪长达20年。基于这些结果，估计在接种后40年，≥90%的接种者将维持抗体在假定的保护阈值以上。这实际上可能是一个低估，因为正如作者所指出的，随着时间的推移，抗体下降似乎趋于平稳，从11-20年接种后平均组抗体滴度的最小变化。值得注意的是，这些数据表明，两剂明矾佐剂灭活疫苗可能足以为大多数疫苗接种者诱导终生免疫。

3.2.人乳头瘤病毒

通过性接触在粘膜表面传播的HPV暴露可能导致持续感染和一系列癌症。几乎完全由HPV引起的宫颈癌，在美国仍然承担着相当大的负担，仅2012年就报告了4,074例死亡。尽管已鉴定出超过120种HPV类型，但较小的约13-14种类型被认为是发展癌症的高风险。HPV疫苗的成功开发是由发现病毒的L1衣壳蛋白能够自组装成VLP并诱导高滴度中和抗体所促成的。乳头瘤病毒是物种限制性的，这限制了直接在动物中评估HPV疫苗候选物的能力。然而，使用L1 VLP候选物测试了几个物种特异性模型（包括粘膜挑战途径）。这些动物研究展示了几个关键发现，包括（a）VLP可以预防性地预防疾病，但对已建立的感染没有影响，（b）变性VLP无法激发保护反应，这表明VLP的三维构象对于激发适当的免疫很重要，以及（c）从免疫动物被动转移的抗体足以预防疾病。

这些早期的L1 VLP方法的动物研究足够鼓舞人心，促使NIH和几家制药公司开始在临床研究中测试疫苗候选物，最终导致了关键的III期临床试验，效力估计范围为90-98%。美国分别于2006年（四价Gardasil?）和2009年（二价Cervarix?）授予许可，2014年许可了一种9价疫苗配方（Gardasil 9?）。除了每种配方中包含的HPV血清型数量外，两种疫苗之间的主要区别是Cervarix疫苗中包含单磷酸脂A（MPL）佐剂，以增强抗体反应。除了提供令人印象深刻的保护效力外，对两种疫苗的抗体反应似乎是长期的。在一项研究中，接种3剂Cervarix或Gardasil的受试者在接种后长达4年的时间内进行了跟踪。尽管Cervarix诱导了更高的血清和宫颈阴道中和抗体滴度，但两种疫苗的抗体下降率相似，滴度通常在2-3年内趋于稳定，之后似乎保持稳定。其他人也观察到了类似的抗体动力学，研究显示了长期抗体持续性和单次VLP疫苗接种后的效力。尽管确切的保护机制尚不清楚（疾病控制和预防中心，2015年d），但人们认为HPV疫苗激发的血清中和抗体可以通过抗体渗出或渗出到达生殖道，从而在粘膜表面防止感染。支持这一立场的进一步证据来自最近使用小鼠宫颈阴道模型的研究，该研究表明单独被动系统转移免疫血清就可以阻止HPV在阴道上皮的感染。不幸的是，尽管已证明其效力、安全性和免疫的持久性，但在2013年，美国只有57%的少女和35%的少男接受了至少一剂HPV疫苗。这是一个重大的错失机会，使大量年轻人继续面临感染和HPV相关癌症的风险。

3.3.灭活麻疹和呼吸道合胞病毒疫苗

麻疹病毒是最古老的人类病原体之一，尽管有有效的减毒活疫苗可用，它仍然是世界许多地区的重大威胁。第一个活疫苗于1963年在美国获得许可，从那时起，疾病发病率已大幅下降。除了活疫苗外，甲醛灭活的麻疹疫苗（FIMV）也于1963年推出。一项涉及5000多名儿童的试验表明，FIMV可以诱导血清转换，尽管免疫似乎迅速减弱，滴度在接种后6个月内降至无法检测的水平。效力研究加强了这一结果，在接种后前三个月观察到相当高的效力81%，但到11-13个月时降至仅63%。然而，更令人关注的是，有多份报告详细描述了儿童在接受灭活疫苗后暴露于野生型病毒时出现不寻常且严重的麻疹形式，这些儿童都曾接受过灭活疫苗。这种情况被称为非典型麻疹，表现出一系列症状，包括高比例的肌肉和腹部疼痛以及周围水肿和肺炎。基于此及其他报告，该疫苗于1967年被撤出市场，仅在其最初许可后的4年。

RSV在20世纪50年代首次被描述，并很快被认为对儿童呼吸道健康有重大影响。RSV仍然是5岁以下儿童急性下呼吸道感染的主要原因，最近的元分析估计每年全球有3380万RSV相关呼吸道病例和66,000-199,000例死亡。即使在美国，估计每年有210万儿童因RSV需要医疗照顾，约有57,000例住院。在RSV发现后不久，开发了甲醛灭活的RSV（FIRSV）疫苗候选物。然而，多个现场效力试验没有证明保护性免疫，反而提供了疫苗接受者RSV疾病风险增加的证据。例如，接种FIRSV候选疫苗或作为对照的灭活副流感病毒疫苗的儿童，RSV攻击率在这些组之间相似（分别为65%和53%）。然而，在FIRSV队列中感染儿童的住院率达到80%（对照组中只有5%），该疫苗与2例死亡有关。

失败的麻疹病毒和RSV灭活疫苗之间的相似性是显而易见的。这两种病原体都是属于副黏液病毒科的呼吸道感染，尽管免疫增强疾病的潜在机制尚不清楚，但人们认为针对任一病毒的灭活疫苗未能诱导保护性高亲和力抗体，偏向于Th2反应，随后在野生型感染后发生增强的炎症。重要的是，也很清楚中和抗体是控制任一疾病的关键。早在1924年就描述了用于预防麻疹的被动免疫治疗，最近的荟萃分析证实了它的价值。同样，预防性给药RSV中和单克隆抗体（帕利珠单抗）已被证明在多项试验中改善了高风险婴儿的临床结果并减少了住院。这些结果表明，通过疫苗接种对两种病原体的保护性免疫是可以实现的，麻疹已经通过使用减毒活疫苗超过50年。相比之下，虽然有几种种新的RSV疫苗候选物正在开发中，但还没有一种获得许可。尽管如此，最近在妇女中使用重组RSV F蛋白疫苗候选物的积极结果为该领域正在向前发展提供了一些鼓励。

4.亚单位疫苗的成功与失败 

亚单位疫苗已许可用于9种病原体，并包括一系列方法，包括纯化类毒素、重组蛋白以及游离或蛋白结合的多糖（表1）。在本节中，我们强调了在20世纪20年代开发的破伤风和白喉类毒素的历史性成功。作为一个更近期的例子，我们探讨了针对B型流感嗜血杆菌（Hib）的成功疫苗的开发和实施。这三个例子都得益于通过动物模型中的被动免疫研究以及人类临床实践中建立的免疫机制，有一个确定的抗原靶标。相比之下，无细胞百日咳（aP）疫苗的开发面临持续的挑战，这是由于这种亚单位疫苗方法与免疫减弱有关。

4.1.破伤风和白喉

破伤风和白喉都是由毒素介导的疾病，在美国已有超过70年广泛可用的有效疫苗。破伤风是由细菌产生的神经毒素破伤风痉挛素（即破伤风毒素）介导的，该细菌为破伤风梭菌，白喉是由白喉杆菌产生的白喉毒素引起。两种疫苗均由甲醛灭活的类毒素组成，白喉类毒素于1920年开发，破伤风类毒素于1924年首次描述。通过随时间追踪流行病学趋势，已在很大程度上证明了两种类毒素疫苗的效力。在20世纪40年代广泛引入破伤风疫苗之前，美国每年记录约500-600例破伤风病例。在接种疫苗后的时代，这一比率已降至每年约30例，从2001-2008年，疾病控制和预防中心报告称，在报告疫苗接种状态的病例中，41%的患者从未接种过含有破伤风类毒素的疫苗。白喉（与破伤风相比，是一种传染病）的控制甚至显示出更戏剧性的影响。在20世纪20年代，美国估计每年有100,000至200,000例白喉病例，高达15,000例死亡（疾病控制和预防中心，2015年b）。在白喉疫苗引入后，这些比率迅速下降，从2003-2013年的11年期间没有报告病例。两种疾病的免疫都是通过抗体介导的毒素中和实现的。对于破伤风，如果预先存在的抗体水平高于0.01 IU/mL的假定保护阈值，则认为免疫在预防死亡方面100%有效。这一保护阈值得到了1940年代进行的直接人类挑战研究以及对患有临床破伤风迹象的患者进行的分析的支持，在这些患者中，只有那些滴度<0.01 IU/mL的患者才会经历最严重的症状或死于该疾病。对于白喉，也定义了最小的保护血清滴度为0.01 IU/mL。

破伤风和白喉亚单位疫苗的成功可以被视为几个因素的结合。对两种毒素的研究都得益于相关动物模型的开发，以及证明针对任一毒素的被动免疫治疗足以实现保护性免疫。这些结果为疫苗接种提供了明确的目标，已知的保护机制（即，中和抗体）。此外，与当前疫苗接种计划所诱导的高水平抗体相比，相对较低水平的毒素特异性抗体就可以实现对两种疾病的保护。例如，在美国目前推荐完成的破伤风和白喉基础疫苗接种系列（在4-6岁期间共接种5剂）后，平均抗破伤风和抗白喉抗体滴度达到>7 IU/mL，比它们的保护阈值0.01 IU/mL高出几个数量级。在持久性方面，我们和其他人已经表明，尽管在接种后的头几年抗体滴度迅速下降（通常在免疫后1-3年），但抗毒素抗体随后显示出更长寿的一级动力学，在11至14年之间，白喉特异性滴度的半衰期估计为19至27年。虽然这些下降速度比其他疫苗和病毒抗原略快，但根据目前在美国成人中测量的抗体水平，至少95%的人口将在不需要进一步加强疫苗接种的情况下，30年或更长时间保持对破伤风和白喉的保护。鉴于这些结果，目前美国建议每10年对成人进行一次破伤风/白喉加强疫苗接种的建议应该重新考虑。

4.2.乙型流感嗜血杆菌

Hib是一种革兰氏阴性细菌，曾是美国儿童细菌性脑膜炎的主要原因。在疫苗时代之前，美国5岁以下儿童的侵袭性Hib年发病率平均约为每10万例中有20例，但在1980年代末有效疫苗获得许可后，这一数字已大幅下降至平均每10万例中有0.15例。人类早期的被动免疫治疗研究表明，抗体在控制疾病中可以发挥重要作用，这些结果在后来对高风险儿童使用高免疫球蛋白进行预防性治疗的研究中得到了证实。早在1944年，使用被动免疫小鼠保护模型，Hib抗荚膜抗体被确定为保护机制，这些研究被认为是最初开发和临床测试几种荚膜多糖疫苗候选物的关键动机。这段历史表明，与破伤风和白喉一样，Hib疫苗的开发得益于明确的抗体介导保护的抗原靶标，并且这种方法得到了在动物和人类中进行的被动免疫原理验证研究的支持。

第一种Hib多糖疫苗于1985年在美国获得许可使用。许可前的研究估计18-71个月大儿童的VE为90%（95% CI 58-99%），但也表明在<18个月大的儿童中抗体反应低且无效。许可后通过几项病例对照研究表明，在≥18个月大的儿童中VE更加适中，仅为50%。随着多糖-蛋白结合疫苗的开发，免疫原性得到了极大的增强，到1990年，已有几种配方的疫苗可用于2个月大的儿童。许多对照试验估计结合疫苗的效力约为90%，这一结果得到了在广泛疫苗接种后多个国家侵袭性Hib大幅减少的证实。美国目前的推荐建议儿童接受2-3剂基础疫苗接种系列（取决于制造商），最后一剂加强疫苗通常在12-15个月大时给予。在英国婴儿中遵循类似的疫苗接种计划，98%的儿童在最后一剂加强疫苗接种后长达2年内维持Hib荚膜多糖抗体滴度高于假定的保护阈值（定义为0.15 μg/mL）。西班牙的一项类似研究表明，在最后一剂加强疫苗接种后4.5至5.5年，几何平均抗体浓度没有下降，>97%的儿童维持抗体浓度高于0.15 μg/mL阈值。总的来说，这些结果表明Hib结合疫苗可以诱导长期抗体反应，并有效控制这种侵入性和危及生命的疾病。

4.3.百日咳鲍特菌

百日咳鲍特菌是导致百日咳疾病的细菌病原体，曾是美国儿童发病率和死亡率的主要原因。在疫苗获得许可前的十年（1932-1941年），每年报告的发病率平均为每10万人157例，尽管真实率估计高达每10万人872例。在20世纪40年代实施全细胞灭活疫苗后，疾病负担大幅下降，到1976年每10万人中只有0.5例的低水平。全细胞百日咳（wP）疫苗对公共卫生的积极影响是显著的，VE估计范围为70-90%（免疫实践咨询委员会，1997年），但该疫苗引发了相对较高的局部和全身不良事件率。最令人关注的不良事件是疫苗接种与永久性脑损伤之间的潜在联系，因为脑病。然而，支持这一假设的几份报告的病例研究后来被重新诊断为Dravet综合征，这是一种与特定基因突变相关的癫痫形式，对早期研究的重新评估质疑wP疫苗接种和脑病之间是否存在任何真正的联系。

尽管围绕wP疫苗的安全性存在公众担忧，但开发了几种替代的亚单位aP候选疫苗。与破伤风、白喉和Hib不同，百日咳亚单位疫苗开发的主要限制之一是缺乏针对特定B. pertussis组分的疫苗诱导免疫的明确免疫相关物。早期研究表明，高血清凝集素滴度与预防疾病有强烈的相关性，但凝集原已报道包括多个目标，如百日咳毒素（PT）、丝状血凝素（FHA）和FIM-2和FIM-3。在小鼠气溶胶挑战模型中进行的被动免疫研究表明，针对百日咳毒素（PT）、丝状血凝素（FHA）和FIM-2的单克隆抗体可以保护小鼠免受疾病侵害，这强调了问题的复杂性。aP疫苗候选物的早期效力试验的临床结果同样复杂，表明包括PT、PRN和FIM-2在内的一系列抗原的预先存在的抗体滴度可能与疫苗效力相关，但对FHA的抗体似乎在保护中没有作用，并且没有单一的措施似乎能保证保护。尽管对aP疫苗的免疫相关物的理解不确定，但到1991年，美国已许可使用几种配方（免疫实践咨询委员会，1997年），包括FHA、PRN、FIM-2、FIM-3和灭活百日咳毒素等蛋白质。美国目前对儿童的建议包括在4-6岁期间进行5剂DTaP（白喉、破伤风、无细胞百日咳）的接种计划，在11-12岁时进行Tdap加强剂（含有降低含量的白喉和百日咳组分）。疫苗效力的初始估计看起来很有希望，范围在84-89%之间，到1997年推荐所有疫苗接种使用aP疫苗，wP疫苗很快被淘汰。然而，在完全实施aP疫苗接种计划后的几十年中，包括北美、澳大利亚和欧洲在内的几个地理区域观察到百日咳病例的惊人增加。基于百日咳复发与转换为aP配方的时间接近，澳大利亚研究人员检查了根据他们使用wP或aP疫苗的免疫史儿童发展百日咳的相对风险。他们的研究发现，接受完整aP疫苗接种计划的儿童与接受wP疫苗的儿童相比，百日咳的年报告率增加了3.29倍（95% CI 2.44-4.46）。此外，在混合疫苗接种系列中（即，儿童接受wP和aP配方），他们发现疫苗接种系列的顺序对结果有重大影响，即使在后来的加强剂量中给予wP疫苗，aP初次免疫的儿童仍然显示出保护不足。这项研究得到了几个美国队列的证据支持。在俄勒冈州，对在从DTwP过渡到DTaP期间免疫的儿童的分析表明，用无细胞疫苗进行初次免疫一致地增加了在多个疫苗加强情景中感染百日咳的风险，增加了约2倍。在加利福尼亚进行的一项病例对照研究表明，在接受四剂DTaP与DTwP配方的初始疫苗接种系列的青少年中，感染PCR阳性百日咳的风险几乎增加了6倍。

虽然保护效力差的根本原因尚不清楚，但免疫下降可能起着关键作用。对在美国使用的5剂DTaP计划的大规模评估估计了VE作为时间的函数。这项研究发现，在最后一剂加强剂量后的前3年，VE范围为92.3-98.1%，但随着时间的推移，这一比例下降到>5年的接种后时间点低至71.2%。2006年，免疫实践咨询委员会（ACIP）建议在11-12岁时增加Tdap加强剂，以抵消这种免疫下降。然而，青少年的免疫增强似乎再次受到限制。在加利福尼亚，研究人员估计在青少年接种Tdap后的头一年VE仅为68.8%（95% CI 59.7至75.9），到第四年下降到低至8.9%（95% CI -30.6至36.4）。威斯康星州和华盛顿州的研究证实了这些结果，VE在接种后的第一年范围为73.3%-75%，但在短短几年内迅速下降到11.9%-34%。解决这个公共卫生问题的办法尚不清楚。已经提出了一系列可能的解决方案，尽管不太可能回到旧的wP疫苗，但具有高效力和改进安全性概况的新wP疫苗可能仍然是一个可行的选择。增加抗原剂量可能会提高免疫原性，因为不同Tdap制造商之间已经观察到VE的差异，较高的抗原剂量与增加的VE相关。然而，即使增加抗原剂量，VE仍然迅速下降，这指向了当前无细胞疫苗方法可能存在的根本限制。除非研究人员能找到一种改进的方法来激发持久的免疫，同时保持可接受的安全性概况，否则百日咳将代表一个在可预见的未来持续存在的问题。

5.部分成功的疫苗 

除了成功的疫苗和明显的疫苗失败的例子外，还有许多部分成功的疫苗。我们定义疫苗为“部分成功”，如果它针对特定病原体引发保护性免疫反应，效力率接近或大大低于50%。具有多个血清型、复杂生命周期或高度抗原变异性的具有挑战性的病原体，最有可能拥有不存在或仅部分成功的疫苗对应物。一些具有挑战性的病原体和部分成功疫苗候选物的例子包括（a）登革热病毒（DENV），它有4个相互关联的血清型，（b）带状疱疹病毒（VZV），代表一种潜伏的疱疹病毒，导致水痘（初次感染）或带状疱疹（重新激活/重新暴露），（c）疟原虫，一种有复杂多阶段生命周期的寄生虫，导致疟疾，以及（d）人类免疫缺陷病毒（HIV），一种具有复杂生命周期和高度抗原变异性的逆转录病毒。

5.1.登革热病毒

DENV是一种蚊媒病原体，普遍存在于世界热带地区，并且在154个国家流行或流行。DENV感染可能导致从急性、使人虚弱的发热疾病（登革热，DF）到严重的、威胁生命的出血性疾病（登革热出血热，DHF；登革热休克综合征，DSS）的疾病谱。在DENV中，有4个血清型（DENV1、DENV2、DENV3和DENV4），每个血清型都被发现可以导致人类疾病和死亡。目前的估计表明，近40亿人处于风险之中，疾病负担范围从每年5800万至9600万明显的DENV感染，导致约50万例DHF/DSS病例和超过20,000例死亡。已知感染一种DENV血清型可提供针对该特定血清型的再感染的持久保护性免疫。然而，对一种DENV血清型的免疫可能使个体在被第二种DENV血清型感染时更容易患上更严重的疾病，这一过程被认为与抗体依赖性增强（ADE）的感染有关Fc-γ受体细胞。尽管近年来ADE在DHF/DSS中的作用受到质疑，但这一概念在疫苗开发方面仍然是一个重要考虑因素。因此，人们普遍认为，一个最优的DENV疫苗必须提供针对所有4个血清型的保护，以提供广泛的抗病毒免疫，并防止ADE的潜在并发症。

Dengvaxia? 是一种减毒的四价疫苗，由四种黄热病病毒17D (YFV-17D) 嵌合体构成，表达每种DENV血清型的包膜和前膜蛋白，并且最近成为第一个获得许可的DENV疫苗。尽管这一重大里程碑令人兴奋，但人们对其效力和安全性表示担忧。在泰国进行的初步IIb期试验估计总的VE仅为30.2%（95% CI -13.4–56.6），主要效力估计不显著。当按血清型分开时，对DENV1、DENV3和DENV4有一定的效力迹象，而对于DENV2（在接种疫苗和对照组中构成大多数病例）疫苗没有显示出保护作用。在亚洲和拉丁美洲进行的更大规模的III期试验现在已经证明了对DENV的适度保护，VE范围从56.5-60.8%。然而，正如IIb期试验中建议的那样，两项研究都表明血清型之间存在差异，DENV2再次显示出最低的保护免疫（35.0-42.3% VE）。更令人关注的可能是在年轻受试者中观察到的有限保护，以及接种时血清阴性的人。在亚洲试验中，参与者年龄从2-14岁，效力随年龄增长而降低，2-5岁儿童仅显示33.7% VE（95% CI 11.7-50.0）。拉丁美洲试验仅招募了9-16岁的儿童，并发现在这个范围内效力相似。在两项III期试验中，血清阳性儿童的VE范围为74.3-83.7%，而在以前血清阴性的儿童中急剧降低（VE = 35.5-43.2%）。这表明亚洲试验中观察到的年龄依赖性可能与接种前年龄组内的血清阳性率有关（即，年幼儿童以前接触野生型DENV的可能性较低）。血清阴性儿童在接种后的中和抗体滴度通常比血清阳性对照组低约10倍，这种有限的免疫反应可能在低观察到的VE中起作用。不幸的是，这仍然无法解释为什么血清阴性儿童即使在三次接种后也无法产生强大的免疫反应。这些结果可能是目前仅建议对≥9岁儿童进行免疫的原因。不幸的是，这留下了大量的覆盖空白，特别是考虑到年幼儿童是最容易在DENV暴露后遭受严重并发症的脆弱人群。

对Dengvaxia VE的正式估计仅限于疫苗接种系列完成后的一年。已经描述了正在进行的长期安全性分析，并将监测疫苗接种者和对照组长达6年的DENV疾病住院率。在接种后3-4年（取决于试验），9-16岁接种疫苗的儿童似乎保留了益处。相反，也可能存在增加年轻受试者住院风险的风险，特别是那些在接种时2-5岁的儿童。这是否指向在免疫反应不佳的儿童中增强的疾病仍然不确定，尽管已经注意到在这个年龄组中DENV的严重形式（如DSS）的频率似乎没有增加。尽管如此，鉴于疫苗的效力相对较低和大量的年龄限制，DENV继续构成全球威胁，解决方案有限。

5.2.带状疱疹病毒

在首次82-86%成功率的活减毒VZV疫苗用于预防儿童水痘（即，水痘）单剂接种后，人们认为类似的方法将成功用于保护老年人（≥60岁）预防带状疱疹（即，带状疱疹）。然而，在涉及38,546名成年人的关键随机双盲临床试验中，监测了平均3.12年，Oka/Merck VZV疫苗对带状疱疹的临床诊断提供了51.3%的效力。疫苗效力在年轻受试者中更高（63.9%），但在70岁或以上的受试者中仅为37.6%效力 - 表明疫苗在最有可能发展严重带状疱疹和带状疱疹后神经痛的老年人群中表现不佳。2006年，ACIP推荐了单剂疫苗预防带状疱疹，但在2013年，ACIP由于有关接种后保护持久性的信息有限，拒绝推荐该疫苗用于50-59岁的年轻成年人。实际上，几项研究发现保护迅速下降的证据，最有说服力的证据在一项研究中提出，比较了176,078名接种疫苗的受试者和528,234名未接种疫苗的受试者，他们接种后长达8年的监测。尽管疫苗效力在接种后的第一年接近69%，但此后保护性免疫迅速下降，到免疫后的第8年仅有4%的疫苗效力。在60-69岁和≥70岁的疫苗接种者中，对疾病的保护下降相似，表明高龄本身并不是保护性免疫下降的原因。

尽管没有确定的带状疱疹保护免疫相关物，但长期以来一直认为抗病毒T细胞介导的免疫的丧失是疾病发作的决定性风险因素。沿着这些线，研究表明VZV疫苗接种导致T细胞介导的免疫显著增加，预防带状疱疹的疫苗剂量（大约是用于预防水痘的初次免疫接种剂量的14倍）是基于其在老年人中显著增加抗病毒T细胞免疫的能力选择的。考虑到使用活减毒VZV株进行疫苗接种的第一线方法最有可能的候选物是诱发强烈的抗病毒T细胞反应，人们会发现使用非复制型亚单位疫苗的支持很少，因为它可能远不太可能诱发与感染活减毒版本的相同病毒后发展的T细胞反应。然而，传统智慧被一种非传统方法的成功所取代，这种方法是针对带状疱疹的亚单位疫苗，由单一病毒蛋白抗原，重组VZV糖蛋白E（gE）组成。在这项涉及15,411名受试者（7,698名接种疫苗和7,713名安慰剂对照）的研究中，平均随访了3.2年，疫苗效力为97.2%。在≥70岁的受试者中也没有观察到疫苗效力与年龄相关降低。这表明在活VZV疫苗接种后观察到的免疫衰老和与年龄相关的疫苗效力降低可以通过简单的非复制型亚单位疫苗的2剂方案克服。对亚单位疫苗诱导的VZV gE特异性CD4+ T细胞反应和gE特异性抗体反应的进一步分析表明，免疫最初在接种后的前1-2年下降，但随后达到至少维持6年的平台。在这些研究中，CD4+ T细胞记忆维持在比接种前高出近4倍，抗病毒抗体反应保持在比接种前高出约7倍。总的来说，这些结果表明，这种简单的亚单位疫苗有潜力提供持久的免疫力对抗带状疱疹。

5.3.疟原虫

疟原虫是疟疾的病原体，这种寄生虫的复杂生命周期对有效疫苗的开发构成了问题。人类宿主通过受感染的蚊子传播的孢子虫感染。孢子虫通过血液传播并感染肝细胞，在那里它们作为滋养体繁殖。滋养体感染并在新的红细胞中繁殖，这些红细胞溶解以释放更多的滋养体并启动下一轮感染。一些滋养体发展成雄性和雌性配子的前体，它们可以感染正在进食的蚊子并成熟，融合形成受精的子孢子，发展成可以传播到蚊子唾液腺的孢子虫，它们可以在血液进餐时传播给下一个人类宿主。通过受感染的蚊子传播的入侵孢子虫是最佳的疫苗靶标，因为在传播的最早阶段阻断感染可能提供最高的临床益处。最先进的疟疾疫苗候选物是RTS,S，一种基于疟原虫环孢子蛋白（CSP）的亚单位疫苗，它与乙型肝炎病毒表面抗原遗传融合。该疫苗已开发了30多年，并已进入III期临床试验。在接种3剂疫苗后对儿童（5-17个月大）的临床疟疾保护是适度的；在接种后的前0-20个月疫苗效力达到45.1%，但迅速下降，在儿童中21-32个月期间观察到的疫苗效力仅为16.1%。在婴儿（6-12周大）中的保护水平甚至更低，在0-20个月期间仅有27.0%的保护效力，免疫从21-32个月接种后几乎可以忽略不计的水平（7.6%）。儿童的部分成功和在婴儿中诱发的微弱保护性免疫表明，这种亚单位疫苗无法可靠地保护最容易感染疟疾的高风险人群，这因即使在3剂方案后也缺乏持久的免疫而加剧。

最近引起关注的疟疾疫苗接种的替代方法使用了从受感染的蚊子中纯化的完整的γ射线辐照孢子虫。这种方法的主要优点是使用整个生物体进行疫苗接种，其中许多可能的免疫原性蛋白以其天然构象呈现。在疟原虫感染的人类挑战模型中，最高剂量为6名免疫受试者提供了100%的抗寄生虫病保护。这种方法的主要缺点是需要直接静脉注射疫苗（涉及皮下或皮内接种的早期研究失败，并且存在从受疟原虫感染的蚊子中准备的孢子虫的生产、纯化和长期稳定性的技术限制。另一个潜在的问题是疫苗可能在保护效力方面处于刀刃上，因为4剂疫苗接种计划诱发的前鞭毛体特异性抗体大约是5剂计划获得的一半，同样，临床疾病的保护从100%（6/6受试者）下降到60%（6/9受试者）。由于许多疫苗介导的免疫反应在达到更稳定的长期维持阶段之前，从峰值水平下降2-10倍，因此这种疫苗方法可能在相对较短的时间内至少失去一些保护效力。尽管如此，这些研究的结果为未来疫苗的开发提供了基础，这些疫苗可以激发适当的免疫反应，阻断疟原虫感染的最早阶段，并且目前正在进行进一步的研究。

5.4.人类免疫缺陷病毒

HIV是获得性免疫缺陷综合症（AIDS）的病因，是一个出了名的难以疫苗接种的目标，并且在迄今为止进行的6个现场效力试验中，除了RV144疫苗外，所有HIV疫苗都失败了。RV144试验涉及16,402名受试者，并采用了一种初始增强策略，使用表达HIV Gag、Pro和包膜的重组金丝雀痘病毒载体，在0、1、3和6个月时给予，以及在3个月和6个月时点共同给予的明矾佐剂单体包膜蛋白。疫苗效力在接种后1年达到60.5%，但在接种后3.5年下降到31.2%。尽管这些结果不是最佳，但对HIV的任何显著保护都是令人鼓舞的，目前的临床试验涉及重新设计的gp120包膜结构、不同佐剂的比较（MF59和ASO1B）以及包括在12个月时给予增强剂的修订接种计划。此外，完整的HIV包膜三聚体的开发为HIV疫苗开发提供了一种新方法，计划进行进一步的研究，以测试多个三聚体，无论是同时还是顺序组合，以最佳方式诱导高滴度、广泛的中和抗体。无论采取哪种方法，开发一种诱导长期免疫的疫苗策略，高于保护阈值（最好具有广泛的中和抗体）是一个高度优先事项，可能是任何未来HIV疫苗成功的关键。

6.针对具有挑战性的病原体的未来疫苗

尽管最终目标是进行理性疫苗设计，在其中利用对病原体结构、免疫原性和发病机理的更深入理解来构建新疫苗，但我们目前的许多成功的疫苗策略都是以经验为基础开发的。在某些情况下，例如麻疹、腮腺炎和风疹，目标病毒的减毒版本提供了安全有效的疫苗介导的保护。在其他情况下，成功的疫苗开发与基于病原体本身特征所预测的方法相反。例如，HPV代表一种粘膜病原体，它逃避免疫系统，以在其人类宿主内维持一种长期的、基本上是终身的感染。人们可能预测粘膜途径的疫苗接种会更受青睐，CD8+ T细胞将是保护免受细胞内病原体侵害的最重要的细胞类型，并且在保护粘膜部位免受自然感染方面，抗病毒IgA反应可能比IgG反应更重要。与这些先验预期相反，开发的非复制型HPV VLP疫苗通过肌肉注射给予，诱导强烈的IgG反应和相对较小的IgA或T细胞反应，但仍在接种后多年提供持续的保护性免疫。这一结果不会基于传统智慧和对自然宿主：病原体相互作用的了解而预测，并且提供了一个有趣的对比点，表明有时对最复杂病原体的疫苗开发采取经验方法是很重要的。