中文摘要

百日咳是高傳染性的呼吸道疾病，隨著近年來病例的增加，百日咳受到廣泛關注。接種疫苗是目前預防百日咳最有效的手段，加強新型疫苗的研發是百日咳防治的重點工作之一。此文綜述了百日咳的流行趨勢、再現原因以及最新百日咳疫苗研發進展，為新型百日咳疫苗的研發提供參考。

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正文

百日咳是由百日咳鮑特菌引起的急性呼吸道傳染病，主要通過呼吸道飛沫傳播，多見于5歲以下兒童，尤其是低月齡嬰兒。百日咳的特點為陣發性、痙攣性咳嗽，伴有雞鳴樣吸氣吼聲，少數可能發展為重癥甚至死亡。目前，預防百日咳的主要手段是疫苗接種。盡管疫苗接種在很大程度上降低了百日咳發病率，但是近年來各方面的原因使百日咳發病率逐漸上升。本文對百日咳的流行趨勢、再現原因及百日咳疫苗研發現狀進行綜述。

1

百日咳的流行趨勢

雖然多個國家均實施了多項防控措施以遏制百日咳的傳播，但在全球10歲及以下的兒童中，百日咳所造成的疾病負擔仍然維持在較高水平。部分國家（如澳大利亞、英國）報告的百日咳病例數在過去15～20年持續上升，美國的百日咳流行趨勢為周期性波動，出現流行高峰的間隔為3～5年。歐盟自2000年以來，百日咳的報告病例數也顯著增加，2014—2018年，每年平均報告3.5萬～5萬例。自2010年起，全球多個國家經歷了大規模的百日咳疫情暴發，導致嬰兒百日咳重癥和死亡案例增加 。在中國，百日咳的流行情況可以劃分為2個主要階段：在疫苗普及之前，百日咳的報告發病率相對較高，在100/10萬人～200/10萬人之間；20世紀60年代，隨著百日咳疫苗的引入，尤其是1978年將DTP納入國家兒童免疫規劃后，百日咳的報告發病率顯著降低。自2013年起，我國DTP的大范圍接種在遏制百日咳流行方面所取得的成效卻不盡如人意，出現了百日咳流行趨勢反彈的現象。2015年國內DTP的接種率雖達到99%以上，但2015年起百日咳的年報告病例數以及年均報告發病率均呈持續上升趨勢，并在2019年達到高峰。2019年后，全球百日咳病例數有所下降，2022年起又有所反彈（圖1）。據報道，2024年前2個月，我國百日咳病例數已達32 380例，接近2022年全年報告病例數。以上數據顯示，現有疫苗可能無法滿足遏制百日咳流行的需求，百日咳重新進入大眾視野。

2

百日咳再現的原因

2.1

傳播模式的轉變

部分學者提出傳播模式的轉變是引起百日咳再現的重要原因，在疫苗大范圍接種前，病例多為兒童，百日咳處于高流行狀態，傳播模式為兒童向青少年和成年人傳播；擴大免疫規劃后，兒童由于接種百日咳疫苗而獲得保護，百日咳處于低流行狀態，病例主要是早期接種疫苗后抗體水平下降至無法提供充分保護的青少年、成人，以及尚未有機會接受疫苗接種的嬰兒，傳播模式為青少年和成年人向嬰兒傳播。目前的研究也指出，對于未接種疫苗的嬰幼兒，青少年和成人是主要的傳染源。加拿大、法國、德國和美國的研究發現，在家庭環境中，成人是導致嬰幼兒感染百日咳的主要因素；天津市的1項家庭聚集性百日咳病例的調查結果也發現，青少年或成人向嬰幼兒傳播的模式在所有發病情況中占81%，證實了青少年或成人向嬰幼兒的傳播是主要傳播途徑。

2.2

監測敏感度的提升

百日咳在全球范圍內的流行以及所引起死亡人數的增加，促使國家加強了對百日咳的關注以及對青少年和成年人百日咳的監測。我國當前的傳染病直報系統的病例多來源于各級醫療機構的被動監測，根據北京市、廣東省和重慶市的主動監測報告，大部分百日咳感染者由于癥狀不明顯、診斷手段靈敏度低以及個人就醫意愿差等原因，未得到診斷和報告。通過主動監測發現的百日咳發病率遠高于常規哨點醫院的報告數，差異可達數十倍至數千倍。目前對百日咳的診斷和報告可能存在較大的遺漏，百日咳的傳播被嚴重低估。COVID-19的影響使傳染病備受重視，由于COVID-19和百日咳具有相似癥狀，因此一些非典型病例被發現，增加了病例的數量。湖北省的1項監測數據顯示學生百日咳感染率在2020年后明顯增加，推測與學校在COVID-19疫情防控下對傳染病防控更加重視、在校學生出現類似傳染病癥狀后到醫療機構的就診更加規范、學生病例被更多發現有關。自2019年起，隨著PCR檢測的廣泛使用，醫療機構開始采用這種高靈敏度的檢測方法進行百日咳診斷，極大提高了百日咳的診斷率，使許多之前難以發現的不典型病例得以確診。PCR檢測的高靈敏度有助于識別臨床表現不典型或早期感染的病例，對于早期診斷和治療具有重要意義，也有助于更準確地評估百日咳的流行狀況和控制措施的效果。盡管目前已通過多種途徑在一定程度上提升了百日咳的監測敏感度，但仍需通過采取高效、靈敏的檢測技術等方式提升監測敏感度，提高百日咳的診斷、治療和防控水平。

2.3

流行菌株的變化

無細胞百日咳疫苗（acellular pertussis vaccine，aPV）的長期使用以及抗生素的廣泛應用，可能會誘導百日咳菌株的變異，使部分基因位點發生改變，產生新的菌株。廣州市和佛山市百日咳監測點醫院和婦幼保健院將分離得到的疑似百日咳鮑特菌菌株進行復核鑒定時發現，百日咳鮑特菌臨床分離株對大環內酯類抗菌藥物的耐藥率高，與疫苗株的抗原基因型存在差異。天津市對2012—2017年百日咳臨床分離菌株進行抗原基因特征分析，發現其特征與疫苗株不同，提出流行菌株通過基因變異發生進化可能是近年來該地區百日咳再現的原因之一。

2.4

易感人群的累積

易感人群的累積是引起傳染病流行的重要原因。百日咳在人群中傳播的能力非常強，基本再生數在5～17。由于人群普遍易感，且自然感染后不能產生終身免疫，疫苗保護年限大約在4～20年，因此個體一生中可能會多次感染百日咳。中國內地成人DTP研發、供應相對不足，大部分孕婦未在分娩前接種百日咳疫苗，導致新生兒缺乏相應的免疫力，并且接種加強針的人數較少，嬰幼兒時期搭建的免疫屏障出現漏洞，難以維持人群免疫力。中國1項涵蓋所有年齡層的血清學研究顯示，0～89歲人群中，抗百日咳毒素（pertussin toxin，PT）抗體水平≥40 國際單位/mL的比例普遍≤10%。隨著疫苗接種和自然感染后獲得的免疫力的自然衰減，人群體內抗體濃度降低，普遍對百日咳缺乏免疫力。

2.5

疫苗免疫保護力的減弱

疫苗接種者的抗體水平隨時間逐漸降低，無法終身免疫。雖然中國已經全面采用aPV替代全細胞百日咳疫苗（whole-cell pertussis vaccine，wPV），目前均使用白喉-破傷風-無細胞百日咳聯合疫苗（diphtheria，tetanus and acellular pertussis combined vaccine，DTaP），全球范圍內的流行病學數據顯示，在百日咳發病率較低的地區，僅依靠3劑基礎免疫和1劑加強免疫的aPV接種可能無法為兒童提供持續到學齡前及以后的充分保護。在1項隨訪觀察了10年的研究中，百日咳疫苗的保護效力在第5年就已經下降至52%。此外，接種了3劑或5劑DTaP人群的每年百日咳發病風險以1.33倍的速度遞增 。

百日咳再現離不開傳染病流行的3個環節，即傳染源、傳播途徑和易感人群。傳染源的增加以及傳播途徑的改變很難控制，減少易感人群是目前可行且能取得較高收益的對策之一，通過免疫接種能夠減少易感人群，形成群體免疫，切斷傳播途徑，從而減少傳染源。由于目前疫苗保護效力不佳，因此研制保護周期長、免疫效力高、覆蓋菌株范圍廣的新疫苗是應對百日咳再現的關鍵。

3

百日咳疫苗

3.1

疫苗工藝

百日咳疫苗從工藝上分為目前已經應用的wPV、aPV和尚在探索中的基因工程疫苗。

wPV是將百日咳全菌體大量培養增殖后，沉降菌體， 在一定溫度下用適量濃度的甲醛溶液使菌體滅活成無傳染性、但具有免疫原性的菌體原液，接著將不同血清型的菌體原液按一定比例與佐劑配合配制成的百日咳疫苗。雖然wPV誘導記憶B細胞的保護持續時間長于aPV，免疫原性也強于aPV，但wPV的不良反應較多，典型的不良反應包括注射部位紅暈、腫脹和疼痛等局部反應以及發熱、煩躁、嗜睡等全身反應，而aPV的不良反應較少，安全性更高。

aPV是只選取具有免疫活性的特定抗原，如PT和絲狀血凝素（filamentous hemagglutinin， FHA）制備的疫苗，有共純化和組分純化2種提取方法。共純化法是同時提取多種有效抗原，而組分純化法是使用柱層析將不同的抗原分別純化后按比例合并。aPV的工藝中去除了不必要的毒性成分，具有更好的安全性和耐受性，適合包括嬰幼兒在內的各個年齡段。同時制造工藝要求較高，成本也較高，并且免疫持久性較差，3～5年后抗體水平下降，12年左右幾乎完全消失，在百日咳流行時易感人群仍需加強接種。

由于DTaP安全性較高，且不良反應較小，因此被許多國家采用，我國于2007年開始使用DTaP。DTaP的早期生產采用了由Sato等開發的共純化技術，通過蔗糖密度梯度離心法從百日咳鮑特菌中提取關鍵抗原。這種方法在精確控制抗原比例上存在局限，導致最終產品的質量一致性不足，可能會對疫苗的穩定性和效果產生影響。更精細的組分純化通過柱層析法對每種抗原進行單獨純化并精確配比，提高了疫苗的純度和安全性，制成的疫苗不良反應較少，保護效力更為持久。目前，中國主要使用共純化工藝來生產aPV，國內一些生物公司也在開發基于柱層析技術的新型組分疫苗，以提高疫苗的質量和安全性。2023年，北京智飛綠竹生物制藥有限公司自主研發的吸附無細胞百（組分）白破聯合疫苗在廣西開展Ⅲ期臨床試驗，天津康希諾生物股份公司的嬰幼兒用吸附無細胞百（組分）白破聯合疫苗也于同年正式啟動Ⅲ期臨床試驗，且于2024年8月完成首例受試者入組。中國已上市的百日咳疫苗及其生產工藝、組分配比和適用人群見表1。

基因工程也在疫苗研發中發揮著重要作用。日本Kamachi等成功構建的核酸疫苗通過將編碼PT的S1亞單位的基因導入動物體內，成功誘導了抗PT抗體，提供了有效的免疫保護。將PT的S1亞單位、百日咳黏附素和FHA克隆至質粒pVAX1中構建的重組百日咳疫苗動物實驗顯示，注射該疫苗的小鼠產生的抗體、細胞因子IL-10和IFN-γ明顯增加。天津康希諾生物股份公司用基因敲除方法研制的吸附無細胞百日咳（三組分）白喉破傷風聯合疫苗Ⅰ期臨床試驗結果表明，該疫苗在2月齡～6歲兒童中接種后安全性和耐受性良好 ，目前處于Ⅲ期臨床試驗階段；2023年該疫苗再次獲得臨床試驗許可，用于6歲以上人群的免疫。利用基因工程技術可以開發更安全、有效、易于大規模生產的疫苗，應對全球范圍內的百日咳防控需求。

3.2

新型百日咳疫苗

3.2.1　外膜囊泡（outer membrane vesicle， OMV）疫苗百日咳的OMV疫苗含有多樣的百日咳鮑特菌相關抗原，包括腺苷酸環化酶毒素、PT、FHA以及包含多糖和脂多糖的尿酸。與目前使用的aPV相比，OMV疫苗能夠引發更全面的免疫應答，產生廣泛的抗體，這些抗體不僅針對aPV中的抗原，也針對其他非aPV抗原。在小鼠模型中，從百日咳鮑特菌外膜中提取的蛋白脂質體制劑能夠有效預防百日咳的致死性感染，并具備清除攻毒后死亡的細菌的能力。相較于傳統的wPV和aPV，OMV疫苗在誘導體液免疫方面表現出更高的效力，能夠產生更高水平的各類IgG，包括IgG1、IgG2a、IgG2b、IgG3，在百日咳疫苗的研發中可能發揮重要作用。

3.2.2　微米與納米顆粒疫苗微米與納米顆粒疫苗都是基于微粒技術的疫苗形式，不僅可以提高疫苗的免疫原性，還可以改善疫苗的穩定性和安全性。將脫毒的百日咳類毒素和CpG寡聚脫氧核苷酸、聚磷腈和陽離子先天防御調節肽組合成顆粒，在動物中不僅能夠誘導免疫應答，還能夠提高血清IgG2a和IgG1的抗體滴度。用殼聚糖或海藻酸鈉納米顆粒作為疫苗載體，在動物中經鼻免疫可有效誘導Th1相關的免疫應答。小鼠實驗表明，Th1相比Th17或Th2，在宿主對百日咳的免疫中發揮更關鍵的作用。使用聚乳酸-乙醇酸共聚物為基礎的納米/微米顆粒作為百日咳抗原的載體，不僅能夠使百日咳類毒素以納米/微米顆粒形式在小鼠體內產生相似的抗原特異性IgG應答，誘導Th1應答，還能提供對呼吸道的保護。

3.2.3　減毒活疫苗減毒活疫苗采用經過處理后毒性減弱且仍具有抗原性的病原體（如病毒或細菌）制成，接種后能夠誘導機體產生體液免疫和細胞免疫，不會引起疾病發生。通過

PT

ampG

ampG

aroA基因突變體的探索為疫苗開發提供了新的可能性，這種突變體能夠激發機體產生特異性抗體，從而提供保護作用。雖有研究報道了在小鼠中

aroA

3.2.4　新型佐劑疫苗佐劑是在藥物或疫苗中使用的輔助物質，可增強疫苗的免疫原性，提高疫苗的保護效果。傳統百日咳疫苗使用的鋁佐劑雖能提高體液免疫的抗體水平，但對Th1型細胞免疫沒有加強作用，并且也是造成免疫接種不良反應的重要原因之一。新一代佐劑擁有更好的免疫效果和更低的不良反應。環鳥苷二磷酸作為免疫刺激佐劑，能夠誘導強效Th1應答，減少百日咳感染小鼠肺部的細菌負荷。BP1569是來源于百日咳鮑特菌的新型Toll樣受體2刺激劑脂蛋白，可用于替代aPV中的鋁佐劑，并能增強Th1、Th17和IgG2a的活性，在小鼠受到百日咳鮑特菌攻擊時提供更好的保護效果。研究表明，使用單磷酰脂質A和來自腦膜炎奈瑟菌的脂多糖類似物Lpx12作為佐劑的aPV，相較于使用鋁佐劑的aPV，不僅可增強免疫原性（如攻擊后肺部定植減少且提高PT特異性血清免疫球蛋白水平），而且可使反應更傾向于Th1應答，導致Ⅰ型超敏反應的參數降低，即肺嗜酸性粒細胞和嗜酸性粒細胞數量減少。新型的細菌樣顆粒作為百日咳疫苗的黏膜佐劑時可以誘導小鼠快速產生IgG和IgA，并對感染引起的炎癥提供強有力的保護。含有細菌樣顆粒佐劑的百日咳疫苗能夠有效誘導對百日咳的保護性免疫，是有希望的候選疫苗。

4

小結與展望

近年來，全球范圍內百日咳流行均呈現上升趨勢，中國百日咳流行趨勢上升的幅度更大，報告病例數驟增。免疫持久性不足是引起百日咳再現最為關鍵的原因之一，加強疫苗的研發是當下百日咳防治的重點工作。雖然流行菌株的變異給新疫苗的研發帶來困難，但是百日咳疫苗仍然是目前預防百日咳最有效的措施，且諸多新技術的助力使新疫苗的研發有了更多的可能性。基于OMV的B群腦膜炎奈瑟菌疫苗已在一些國家被使用，表明基于OMV的百日咳疫苗是有前景的研究方向之一。微米與納米顆粒疫苗處于臨床前階段，BPZE1減毒活疫苗和環鳥苷二磷酸佐劑與aPV聯合使用的疫苗處于臨床試驗階段，為新型百日咳疫苗的研發奠定了基礎。但新型百日咳疫苗的研究仍存在著一定的挑戰，目前百日咳疫苗多為聯合疫苗，具有減少接種次數、降低成本等優點，而研究的部分新型疫苗為單獨給藥，如進展較快的BPZE1減毒活疫苗的給藥方式為經鼻腔給藥，其是否適合進行疫苗的聯合使用有待進一步探索。新型佐劑疫苗的有效性、安全性、成本和社會效益也需進一步評估。雖然有一定的挑戰，但是新技術與新佐劑的開發為百日咳新型疫苗的研發提供了方向，安全性更高、有效性更強的新型百日咳疫苗將使人群健康得到更加全面的保障。

作者

操召兵 李宇軒 唐繼海

安徽省疾病預防控制中心疫苗臨床評價中心，合肥 230032

引用本文：操召兵, 李宇軒 , 唐繼海. 百日咳的再現及其疫苗研究進展, 2025, 48(2): 130-136.

DOI: 10.3760/cma.j.cn311962-20240516-00028

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撰寫| 國際生物制品學雜志

校稿| Gddra編審| Hide / Blue sea

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