【疫苗簡史】宮頸癌疫苗背後的華人科學家_風聞

作者 | 王新宇

轉載自公眾號“華山感染”

宮頸癌是一種嚴重危害女性健康和生命的惡性腫瘤，然而，由於之前並不清楚什麼是導致宮頸癌的真正元兇，預防措施只能侷限於體檢篩查，以期望發現早期腫瘤而提高治療成功率。直到科學家發現了真正的元兇，這種疾病才可能從根本上得以預防。今天我們就來講講被大眾稱為“宮頸癌疫苗”的HPV疫苗以及其背後的研發故事。

宮頸癌：措手不及的紅顏殺手

宮頸癌是全球女性中第4常見的癌症，每年約診斷530,000例浸潤性宮頸癌病例，每年約260,000例宮頸癌死亡病例。

在中國，宮頸癌死亡率排在總癌症死亡率的第四位，佔女性癌症的第二位。作為最常見的惡性腫瘤之一，我國每年新增宮頸癌發病數超過13萬，佔女性生殖系統惡性腫瘤發病總數的73%－93％，佔全球新發病例的1/4。

特別需要警惕的是，這種以前高發於45歲至55歲間多產婦女的疾病，現在發現年輕女性也是高發人羣，30歲左右的患者50年間增加了兩倍多，發病率從20世紀50年代的9％上升到現在的24％。

1842年，意大利維羅納的病理學家裏戈尼-斯特恩（Rigoni-Stern）觀察到，子宮癌是已婚婦女中最常見的疾病，單身婦女和修女中很少見，而他所檢查的其他大多數癌症則相反。因此，他指出性活動在該疾病的病因中可能扮演的角色。他還指出，與乳腺癌不同，子宮癌是年輕女性的疾病。

整個19世紀和20世紀，隨着外科手術和放療技術的進步，宮頸癌的臨牀治療不斷發展。1950年代，帕潘尼考勞在許多國家倡導通過篩查進行預防。當時提出了許多假設，推斷某種細菌和病毒原因，特別是皰疹病毒，可能是造成宮頸癌的罪魁禍首。但是由於可用於因果關係研究的科學工具有限，因此直到1970年代後期引入了表徵DNA的分子技術後，該領域才得以顯着發展。

HPV：導致宮頸癌的罪魁禍首

1970年代中期，兩名獨立的研究人員，巴黎巴斯德研究所的傑拉德·奧特和德國生物學家哈拉爾德·楚爾·豪森證明了人類皮膚和生殖器病變中存在多種HPV並顯示其中一些與人類上皮癌有關。

隨後，科學家進行的進一步研究確定了乳頭瘤病毒DNA的存在並在宮頸癌和宮頸癌衍生的細胞系中表達了病毒蛋白。這一觀察結果與許多實驗室的工作相一致，證實動物乳頭瘤病毒基因是能夠在體外永生細胞培養的部分致癌基因。這些結果支持HPV有助於誘發宮頸癌的假説。隨後通過流行病學研究證實了這一假説，該研究描述了HPV感染與子宮頸癌以及公認的惡性病前期宮頸上皮內瘤變（CIN）的關聯，最終得出結論，超過99％的子宮頸癌是由以下原因引起的HPV感染。

豪森教授因為發現HPV病毒導致宮頸癌的直接證據，獲得2008年的諾貝爾生理學或醫學獎

人乳頭瘤病毒（HPV）是一種致腫瘤性病毒，可引起良性腫瘤（生殖器疣）或惡性腫瘤（宮頸癌）。良性腫瘤形成疣，惡性腫瘤導致癌症。大約有100種不同的HPV血清型，其中大約30種引起生殖器粘膜感染。其中大約十幾種會導致高風險感染，可能會導致侵襲性癌症。幾乎所有宮頸癌病例都可歸因於HPV感染，HPV 16型佔大約50%的病例，HPV 18型佔大約20%。估計HPV 31、33、45、52和58型導致另外19%的病例。

HPV 1和2型的皮膚感染與蹠疣或手部尋常疣相關。HPV 6、11、16和18型的黏膜皮膚感染與生殖器疣和宮頸、外陰、陰道、陰莖、肛門和口咽部的癌前病變和癌性病變有關。

HPV的多面體結構

從豪森博士的發現開始，研究者們開始致力於研製HPV疫苗。其中澳大利亞免疫學家伊恩·弗雷澤和華人生物學家周健作出了重要貢獻。他們利用新的實驗手段，直接發明了原始型號的HPV疫苗。

周健在HPV研究中的重要貢獻

周健，1957年出生於中國浙江省杭州市。1982年從温州醫科大學畢業獲得醫學學士學位。1988年，在獲得博士學位後，周健在北京醫科大學從事博士後研究。在此期間，他使用痘苗病毒作為載體在體外表達特定蛋白質，從而為他後來的發明奠定了技術基礎。同年，他被邀請到劍橋大學病理學系腫瘤病毒實驗室繼續工作，在Lionel Crawford教授的指導下，從事人乳頭瘤病毒的分子生物學研究。1990年，周健受昆士蘭大學的免疫學家弗雷澤教授邀請赴澳大利亞，開始了周健研究生涯中最重要的一章。

弗雷澤和周健的合影

研究人乳頭瘤疫苗最重要的步驟就是獲得HPV病毒。一般情況下，疫苗都是這樣研製的：通過改造或弱化某種病毒，讓它喪失引發疾病的能力但卻能激發身體的免疫系統產生抗體。這樣，當真正的病毒侵犯時，免疫系統就可以用已有的抗體來對付這種病毒。

可是HPV病毒是一種特殊的小DNA病毒，它只能在活細胞體內繁殖，並且會把自己的基因組整合到細胞的基因組中。所以，那時候科學家們既沒辦法在實驗室中培育出HPV病毒，也無法獲得HPV病毒的純基因組。可若是無法獲得HPV病毒顆粒，那疫苗之類的想法都是空談。

那時候，全世界有2000多名科學家在研究HPV與宮頸癌。他們冥思苦想，希望找到提取或製作HPV病毒的方法。而周健與弗雷澤，也是其中的兩位。

分子生物學的研究早已發現，HPV有70多種類型。而它們都具有相似的顆粒狀結構，一層有20個面的蛋白質外殼。

周健試圖通過重組DNA的技術將HPV的外殼做出來。他想要做出外表類似HPV的蛋白質顆粒，讓這樣一個顆粒代替HPV病毒在體內產生免疫反應。可HPV的基因組很大，有約8000個鹼基對，幾乎是乙肝病毒的3倍。這給周健的研究帶來了很大的阻礙。最終，周健將現有的L1、L2（HPV晚期蛋白、病毒殼膜的主要構成成分）表達純化後放到同一試管裏，成功合成了這個和HPV外形相似的蛋白質顆粒，顆粒可以引起體內的免疫反應，但卻不會導致疾病。

周健的重要發現表明真核表達系統的可用性使得能夠在體外生產出具有序列真實性的衣殼蛋白。雖然痘苗病毒作為表達載體的初步努力僅產生低水平的蛋白質表達，但證明衣殼蛋白可以自組裝成空衣殼或病毒樣顆粒（VLP）意義非凡。

首款HPV疫苗問世

一旦突破了這個難題，HPV疫苗的研製也已經突破了最大障礙，變得水到渠成。1991年年7月，周健和弗雷澤教授在美國西雅圖舉行的人乳頭瘤病毒國際會議上報告了他們的結果。大會主席豪森教授説，“這是HPV研究中的重大突破，一定會有燦爛的明天” ，這一成就被認為是人類醫學史上的重大突破。 

在合成“病毒樣顆粒”後，科學家們最擔心的問題是：“病毒樣顆粒”所產生的免疫反應是否足以讓它製成疫苗？不同的科學家利用不同的表達系統（在昆蟲細胞系表達的桿狀病毒載體，永生化細胞系和重組酵母包裝系統）產生了大量的VLP。並且證明至少一個HPV16 L1基因的循環克隆具有防止突變的VLP裝配體。

體外產生的VLP在免疫學上類似於天然病毒粒子，並且刺激的抗體可以結合天然病毒粒子，並且在存在感染系統的地方，也可以中和病毒。為幾種動物乳頭瘤病毒生產了VLP，並顯示在狗和兔子中誘導宿主抵抗活病毒攻擊的宿主保護性免疫，為HPV預防性疫苗的成功提供了進一步的保障。

當這一目標實現後，昆士蘭大學開始與投資公司和有疫苗研發能力的製藥公司聯繫。在獲得默克公司支持後，大規模的動物試驗和臨牀試驗開始了。澳大利亞醫療公司CSL和美國默克公司進行了大規模的動物和人體臨牀試驗，最終證實了人乳頭瘤病毒樣顆粒對預防宮頸癌的作用。

1999年3月9日，周健在回國學術訪問時突發疾病去世，年僅42歲。周健對科學和人文的傑出貢獻得到了認可和紀念。昆士蘭大學迪亞曼蒂納癌症，免疫學和代謝醫學研究所建立了一年一度的建周紀念儀式，世界知名科學家在這裏舉辦講座，紀念週健。迪亞曼蒂納研究所還將其中一間會議室以周健命名。

温州醫科大學中的周健紀念塑像

自2000年以來，每年的國際HPV會議都為周健舉辦了多次紀念活動。亞洲 - 大洋洲生殖器感染和瘤形成研究組織（AOGIN）於2006年將AOGIN Dr. Jian Zhou獎評為最佳口頭報告三項獎項之一。 

2006年，默克製藥公司和葛蘭素史克公司宣佈生產的第一款人乳頭瘤疫苗產品問世。同年8月28日，弗雷澤在昆士蘭的亞歷山大醫院為一對姐妹接種了世界第一支人乳頭瘤疫苗。

弗雷澤為一對姐妹接種了世界第一支人乳頭瘤疫苗

作為人乳頭瘤疫苗的共同發明者，伊恩·弗雷澤在2006年被評為“年度澳大利亞人”，同時，他還獲得了總理科學獎和巴爾贊獎。人乳頭瘤疫苗的研發成為2006年世界十大科技成果之一。

2015年6月，歐洲專利局主辦的2015年歐洲發明獎頒獎儀式在法國巴黎舉行，周健和弗雷澤教授憑藉成功研發全球首個人乳頭瘤疫苗，獲得“最受歡迎發明獎”。歐洲專利局局長伯努瓦·巴蒂斯泰利在頒獎時評價，“周健和弗雷澤是現代醫學領域的無名英雄，這一獎項也是人們對他們的開創性發明無限感激的表現”。

二價、四價和九價：都能獲得良好的保護效果

2016年7月，HPV疫苗16型和18型獲中國食品藥品監督管理總局的上市許可，成為國內首個獲批准的預防宮頸癌的人乳頭瘤疫苗。此後，四價HPV疫苗和九價HPV疫苗分別於2017年5月和2018年4月在我國獲批上市。至此，目前全球已經上市的三種HPV疫苗均已經在國內可及。

三種疫苗在製造工藝上有所不同：四價和九價HPV疫苗是用具有全長 L1 的重組酵母製成的，並結合使用了多年的專有明礬佐劑；二價HPV疫苗是在感染了重組桿狀病毒的昆蟲細胞中製成的，使用了HPV16的截短的L1蛋白序列，並採用了一種更新且更有效的佐劑單磷酰脂質A，該佐劑在免疫後可提高針對VLP的抗體水平。

三種HPV疫苗的特性比較

這三種HPV疫苗均可抵禦HPV16亞型與HPV18亞型病毒感染，而這兩種也是致子宮頸癌風險最高的亞型。據估計，人乳頭病毒疫苗可防止70%的子宮頸癌、80%的肛門癌、60%的陰道癌、40%的外陰腫瘤，以及一些口咽癌的發生。四價HPV疫苗也已被證明可以預防 HPV6 和 11 相關生殖器疣。九價的HPV疫苗可抵禦HPV4亞型與HPV9亞型的疫苗可增加預防尖鋭濕疣的機率。

必須認識到HPV疫苗是預防性的，不是治療性的，可以預防感染，但對已經發生感染的個體無效。生殖器HPV感染通常是通過性傳播的，而獲得生殖器HPV的最重要的風險期是在性活動開始後不久。各個社會的初次性行為的平均年齡差異很大，但是要確保疫苗接種者得到保護，應該針對9-14歲年齡段的青少年。HPV疫苗青春期前的免疫接種在免疫學上是最佳的，與15-23歲的女性相比，三劑量方案中9到13歲的青少年獲得的抗體應答高2倍。在大多數國家（無論是在發展中國家還是在發達國家）中，針對人乳頭瘤病毒疫苗的建議都已認識到這一點，並且在針對12至14歲女性作為主要的免疫人羣方面具有明顯的統一性。

HPV疫苗的故事是一個非凡的科學成就，創業動力以及商業和科學互動的故事。周健是我國改革開放後自己培養的優秀青年科學家的代表之一。在HPV疫苗的研發過程中，周健的發現起到的重要作用，應該被世界所銘記。周健走了，可他留下的寶貴財富，會永遠銘刻在人們的心中，他是一位對科學以及全世界婦女的健康和幸福做出過傑出貢獻的中國科學家。

參考文獻

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