新冠疫苗接种次数越来越多,有意义吗?| 图源:istockphoto.com,kiattisakch
编者按
最近,一些国家已经上市二价奥密克戎疫苗,还有一些人在不到两年时间里可能已经接种第5针新冠疫苗了。新冠疫苗接种次数越来越多,但病毒的免疫逃离和人群的突破性感染越来越普遍。既然打了新冠疫苗还会感染,那不断增加的接种次数到底能带来什么?如今的新冠疫苗到底在起什么作用?未来的新冠疫苗接种策略将走向何方?
撰文 | 周叶斌 责编 | 王雨丹
相比2020年底新鲜出炉时的风光无限,过去这一年来新冠疫苗好像越来越 “窝囊” 了。在全球超过60%的人口完成了疫苗接种的今天,感染病例数仍然非常高。曾经,完成新冠疫苗接种后仍感染的案例还能引发媒体关注,如今,突破性感染(breakthrough infection)早已是家常便饭。
尽管表现不 “尽如人意”,但疫苗接种的针数仍越来越多:从最一开始的一针(部分腺病毒新冠疫苗)或两针接种完就属于完成接种,到后来再过半年可以接种增强针,再到现在有的国家开始了第三针增强针接种。关于新冠疫苗加强针的许多疑惑或许普遍存在于民众心里,我们今天就来聊聊这些问题。
防不了感染的疫苗还有用吗? 或许是因为最早公布三期临床试验结果的两个新冠mRNA疫苗数据过于亮眼,新冠疫苗进入实战后,我们的期望值起点极高。当时,两个mRNA疫苗有效性均在95%左右,试验中安慰剂组收集的新冠病例数超过150例,疫苗组病例仅在10例上下(疫苗组为1.5万或2万余人),以至于连分析突破性感染的原因都很困难 [1-2]。严格来说,临床试验中检测的有效性不是绝对防感染的有效性,而是有症状的新冠疾病,但后续早期的真实世界跟踪证实,mRNA疫苗阻断无症状感染的能力也不错 [3]。
在2021年上半年,我们也看到,以色列、欧美等地随着疫苗接种率的提高,新冠感染人数出现下降。可当时疫苗防感染的有效性是基于什么机理呢?以现在事后诸葛的分析来看,防感染贡献最大的是mRNA疫苗诱导了极高的中和抗体滴度。这有多重证据,比如,与mRNA疫苗同时期完成临床试验的腺病毒疫苗与灭活疫苗,诱导中和抗体滴度较低,临床试验中展现出来的以防轻症感染为主的有效性也更低 [4]。另外,在动物模型的新冠病毒攻毒试验中输入足够高的中和抗体,也能防护攻毒 [5]。
中和抗体是指可以阻断病原体侵入细胞的抗体,较高滴度的中和抗体能高效防感染很容易理解。可随着时间的推移及免疫逃逸突变株的出现,以中和抗体介导的防感染对新冠病毒是越来越不够用了。中和抗体与所有抗体一样,都是由B系淋巴细胞分泌的蛋白质。维持对新冠病毒的高滴度中和抗体,意味着要维持大量特异识别新冠病毒的B细胞,再由后者不断生产抗体。这会是一个非常 “耗能” 的过程,甚至在进化上会是一种劣势。因此,和针对其它病原体的抗体一样,新冠疫苗接种后形成的中和抗体,在没有遇到对应抗原(如新冠病毒或再度加强接种)的情况下会随时间自然衰减。
图1 与病毒结合的中和抗体可阻止病毒进入细胞(红色为细胞、绿色为病毒、蓝色为中和抗体)| 图源:wikipedia
对于有些病原体,不需要很多的中和抗体也能有效阻断感染,比如HPV,这就让HPV疫苗的有效性维持时间非常长,目前认为至少在十年以上。而新冠显然不属于这类可以靠少量中和抗体就阻断感染的病毒。
2021年夏天,传播速度更快的德尔塔变异株横空出世,令那些接种疫苗时间较久的人发生突破性感染的机率大增。而2021年底开始占据主导地位至今的奥密克戎变异株,又通过免疫逃逸给疫苗的防感染带来了新挑战。
新冠病毒通过S蛋白与人体ACE2受体结合感染人体细胞,中和抗体通过与S蛋白结合(特别是与S蛋白的RBD区域结合)来阻断这一过程。但与原始病毒株比,奥密克戎变异株在S蛋白上出现了大量突变,导致过往感染或疫苗接种所带的中和抗体滴度大减,防感染的能力更是从此捉襟见肘。
奥密克戎出现后的新冠进化趋势也出现了变化:以免疫逃逸上一个主流变异株为新方向。例如,如今占据全球主流的BA.4/5株系对2021年底席卷全球的BA.1有免疫逃逸 [6]。从原理上看,这很可能是由于,如今全球绝大多数人通过疫苗接种及自然感染,对新冠病毒多少都有了免疫基础,新的突变株不得不以突破这种免疫基础为进化方向才能有出头之日。甚至过往的奥密克戎主流亚株因传播速度快,在人群免疫基础中占比高,只有能免疫逃逸上一个主流奥密克戎亚型的新毒株才可能感染宿主,等于是逼着奥密克戎亚株间 “内卷”。
最近,包括BQ.1、BQ.1.1、BF.7、BA.2.75.2等BA.4/5或BA.2.75亚株的子系病毒株开始对BA.5展现出 “增长” 优势,这种增长优势在人们的印象里就成了病毒传播速度越来越快、R0值越来越高。实际上,这些新支系目前没有在潜伏期、隔代时间等传播特征上出现差异,反倒是多个独立进化出来的新支系出现了相同的S蛋白新突变,反映了在过往奥密克戎亚株免疫屏障的选择压下,新支系们趋同进化,寻找免疫逃逸上的突破口。
中和抗体随时间推移出现下降、病毒在免疫逃逸的方向上进化,二者叠加,如今我们不仅看到突破性感染日趋普遍,还看到二次感染不断增加,两次感染间的间隔也不一定会很久。比如,美国卫生部长在今年5月第一次感染新冠,6月时再次感染,间隔不到一个月 [7]。 面对越来越普遍的突破性感染与二次感染,很多人出现对疫苗作用的疑惑也是可以理解的。毕竟当初疫苗上市时我们的期待是接种完疫苗(或者说绝大多数人接种完疫苗),新冠就不会再找我们麻烦了。现状与期望显然有落差。
可是,防不好感染是否就意味着新冠疫苗没用了呢?如果我们参考常见的呼吸道病毒(如流感病毒、RSV病毒),疫苗接种以及防范目标都是降低严重感染的风险,而不是绝对阻断感染。甚至在新冠疫苗的临床试验中,目标也是减少疾病风险,不是阻断感染。防感染有效性的难以为继,只能说是让新冠疫苗的作用回归呼吸道传染病的正常期望。而在防止重症的作用跟踪里,新冠疫苗交出的答卷要好得多。
疫苗防重症的作用更关键也更持久 尽管我们面对的是同一种新冠病毒,但感染后人群中却能展现出巨大的临床差异。在感染后的临床表现这个谱系上,除了全程无症状、不检测都不知道自己感染和严重到导致死亡的两极之外,中间还有感冒般的轻症和症状较重需要住院治疗等表现。从医学角度看,症状更严重的情况才是需要去解决的,没有人在为普通感冒研发疫苗,也没有人尝试去完全阻断感冒的传播。
可以参考另一种极为常见的呼吸道病毒RSV(呼吸道合胞病毒),这也是一种传播力很强、感染非常广泛的病毒,到3岁时几乎所有人都会感染一次。类似新冠,人体感染RSV后的免疫保护并不持久,一生中会反复感染。但对于绝大多数人来说,RSV感染会局限在上呼吸道,表现与普通感冒无异。
如今,多家药企激烈角逐RSV疫苗研发,目的也不是解决这些反复出现的上呼吸道感染,而是针对老年人与婴幼儿这两个高危人群。对于这些人,RSV有较高风险造成下呼吸道感染甚至危及生命 [8]。如果参考最近公布结果的一些RSV疫苗三期临床试验,我们会发现试验招募的是老年人,试验的终点是RSV引起的下呼吸道感染 [9]。
更为人熟知的呼吸道病毒流感也类似,流感疫苗的有效性是指降低流感疾病风险。例如,当流感疫苗与当季流行病毒株贴近时,疫苗接种可以降低40-60%因感染流感而发生的疾病风险,这就是我们一般引用的 “流感疫苗有效性” [10]。
对于呼吸道病毒的疫苗,为什么我们的关注点在防重症而非绝对阻断感染?因为如前文所提及的,阻断感染需要依赖较高的中和抗体滴度,而呼吸道病毒的感染发生位置意味着还需要在呼吸道黏膜,甚至是上呼吸道黏膜处维持较高的中和抗体滴度,这不是现有疫苗技术所能保证的。不同于防感染,防重症时人体能调动的免疫系统成员更为多样:记忆B细胞可以被激活产生更多抗体,来自T细胞的细胞免疫也会起重要作用。例如同样在动物攻毒试验里,体内检测不到中和抗体但有细胞免疫的恒河猴,虽然不能阻断新冠病毒感染上呼吸道,却能有效抑制感染发展到下呼吸道,限制疾病严重性 [5]。
如果我们像流感、RSV一样,以呼吸道病毒的角度审视新冠及新冠疫苗的作用,不难发现现有疫苗对重症和死亡的防护作用非常有效。此外,疫苗还能像自然感染一样,带来免疫记忆(即免疫系统能快速识别机体先前遇到的抗原并启动相应的免疫应答)。而我们也确实在全世界反复观察到,疫苗接种与过往感染带来的免疫保护,能有效降低重症风险。例如在香港,无论接种的是灭活疫苗还是mRNA疫苗,也无论接种了几针,都降低了病死风险 [11]。
图2 香港的跟踪显示接种疫苗降低病死风险
其它地方也观察到新冠致病的严重程度在下降。例如美国CDC的一项研究显示,新冠住院的患者病死率从德尔塔时期(2021年7-10月)到奥密克戎早期(2022年1-3月)再到奥密克戎晚期(2022年4-6月),出现了明显的下降趋势 [12]:
图3 德尔塔到奥密克戎时期,美国因新冠住院病人的病死率显著下降
特别值得关注的是,在CDC的跟踪中,与奥密克戎早期相比,奥密克戎晚期住院患者的死亡率大幅下降。现在有大量证据显示,奥密克戎病毒株的内在致病力弱于德尔塔毒株,可是奥密克戎各亚株间应是类似的。如果内在毒性没有显著差异,那为何会表现出不同时期住院患者死亡率的大幅下降呢?很有可能的一个原因是,2021年底到2022年初美国的奥密克戎BA.1疫情造成大量感染的同时,也极大增加了当地人群对新冠的免疫基础。例如有研究显示,在2022年2月,美国人群中具有过往感染带来的免疫反应比例从2021年12月的33.5%增加到了57.7% [13]。
不同于防感染有效性的较快下降,疫苗与过往感染防重症的有效性维持时间目前看来更长久。例如,最近发表的一项基于美国退伍军人医疗系统的研究发现,对于免疫功能正常的人来说,无论是德尔塔还是奥密克戎时期,接种完三针疫苗(mRNA疫苗为主)后新冠住院风险在5个月的时间范围内都较低 [14]:
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