中文摘要
手足口病(hand,foot and mouth disease, HFMD)是由腸道病毒感染引起的急性傳染性疾病,具有傳染性強、傳播途徑多等特點,在世界范圍內長期流行。近10年來,世界范圍HFMD病原譜發生了較大的變化,由2012年前主要流行的腸道病毒A組71型(enterovirus A71,EV-A71)和柯薩奇病毒A組(coxsackievirus A,CV-A)16型(CV-A16)轉變為其他腸道病毒,其中以CV-A6的增長趨勢最為顯著。由于已上市的單價EV-A71滅活疫苗無法對不同血清型的腸道病毒產生交叉保護,因此不能完全滿足防控HFMD的需求,亟待研制能夠同時預防多種主要流行腸道病毒感染的多價疫苗。此文就中國和世界范圍HFMD的病原譜變化和疫苗研究進行綜述。
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正文
手足口病 (hand,foot and mouth disease,HFMD)是由多種腸道病毒感染引發的急性傳染病,多發于5歲以下兒童,我國各地發病率為37.01/10萬~205.06/10萬。大多數患者癥狀輕微,主要表現為短暫發熱,伴有手、足、口腔、臀和腹股溝等部位皮膚黏膜的斑丘疹、皰疹或潰瘍;少數病例因神經系統受累導致神經源性肺水腫及循環衰竭,發展至重癥甚至死亡,近年報告病死率在6.45/10萬~51.00/10萬。自HFMD被首次報道以來,已在全球范圍持續傳播流行,并在北美、歐洲及亞太地區頻頻暴發。在我國,自1981年上海首次報道HFMD病例以來,HFDM在全國范圍長期流行并多次暴發,嚴重影響兒童的生命健康。
HFDM的病原譜較為復雜,主要為柯薩奇病毒A組(coxsackievirus A,CV-A)2型(CV-A2),CV-A4、5、6、7、9、10、12、14、16、24,CV-B1、2、3、5,腸道病毒A組71型(enterovirus A71,EV-A71)以及埃可病毒(echovirus,E)部分血清型等。HFMD典型臨床表現為發熱、皮疹等,不同血清型病毒感染所致的臨床表現有一定差異:EV-A71感染臨床表現以持續發熱(> 38 ℃)、手足口皰疹或潰瘍為主,并對神經系統具有高度親嗜型;CV-A16感染后臨床癥狀較輕,主要表現為皮疹,神經系統受累較少;CV-A6及CV-A10患兒神經系統受累癥狀相對少見,臨床癥狀以廣泛、嚴重的皮損為主,皮疹可表現為大皰樣改變,且不限于手、足、口部位,部分患兒恢復期會出現脫皮和脫甲等癥狀。
目前尚無針對HFMD的抗病毒藥物,全球范圍內僅有EV-A71單價疫苗在中國上市。EV-A71疫苗的接種雖然有效控制了EV-A71的流行和EV-A71所致重癥病例數,但對其他血清型的腸道病毒不能產生有效的交叉保護,加之近10年來HFMD的病原譜發生了較大的變化,CV-A6與CV-A10逐漸替代EV-A71與CV-A16成為主要流行病原,亟待研制能夠預防更多血清型腸道病毒感染的多價HFMD疫苗。本文就近10年來我國及全球HFMD病原流行趨勢以及HFMD疫苗研究現狀進行概述。
1
近10年我國HFMD病原流行趨勢
通過對我國16個省市地區近10年HFMD流行病學數據調研發現,2008—2012年,我國大部分地區HFMD優勢病原為EV-A71和CV-A16,部分地區呈現兩者交替流行的趨勢,即EV-A71在奇數年份流行強度增強,CV-A16在偶數年份流行強度增強。自2013年以來,全國范圍內的非EV-A71非CV-A16的腸道病毒開始流行,并呈現隔年流行增強的特征(表1)。表1中各地區2017年以后的數據顯示,自2016年EV-A71滅活疫苗投入市場以來,EV-A71在HFMD病例中占比降至較低水平(0.5%~9.5%);CV-A16占比在不同地區差異較大,在湖南、湖北(襄陽)、青海、四川(成都)、重慶、廣西、安徽(阜陽)、江蘇(蘇州)、浙江(杭州)、上海等地較低(5%~24%),在北京、河南(安陽)、山西(太原)、陜西、廣東(廣州)、云南等地較高(29%~50%);CV-A6流行水平普遍較高,在湖北、江蘇等地占比甚至達到50%以上,是該區域流行的主要優勢毒株;CV-A10在大部分地區處于較低的流行水平,但在局部地區仍能造成暴發流行。
2013年以來CV-A6感染陽性率增長最為顯著,其在全國多地暴發流行,并取代EV-A71和CV-A16成為優勢病原。據統計,2009—2012年北京地區HFMD主要致病原為EV-A71和CV-A16,2013年開始CV-A6占比顯著上升而成為主要致病原之一,在2013、2015、2017及2018年均居首位。2016—2020年上海市HFMD致病原中CV-A6占比高達47.28%,而CV-A16和EV-A71占比分別僅為19.62%和8.06%。2017—2018年浙江省杭州市1 297例非EV-A71非CV-A16的HFMD病例樣本中,CV-A6占比最高(64.4%),其次為CV-A10(13.6%)和CV-A2(7.7%)。2015—2019年江西省南昌市的EV陽性病例中CV-A6的占比從27.6%逐年上升至43.6%。2016—2017年湖北省襄陽市的HFMD病例中,CV-A6占比高達59.54%,遠高于EV-A71(3.03%)、CV-A16(15.31%)及CV-A10(11.56%)。2017—2020年,江蘇省蘇州市EV-A71構成比從36.83%降低至0.70%,而CV-A6則從26.34%升高至81.36%。自2019年安徽省阜陽市開始檢測CV-A6和CV-A10起,2019—2021年CV-A6均為優勢病原,占比分別為34.45%、53.78%和43.18%。
隨著CV-A6流行趨勢的逐年上升,CV-A6感染所致的符合《手足口病診療指南》(2018版)描述的重癥病例數也在逐年攀升。2014—2018年云南省昆明市1 064例重癥HFMD病原學檢測結果顯示,CV-A6占比18.33%,僅次于EV-A71(21.80%)。值得注意的是,CV-A6在2014年占比僅為5.78%,而2018年則高達46.97%,已超過EV-A71和CV-A16,成為重癥HFMD的主要致病原。2017—2019年廣東省CV-A6感染所致重癥及死亡病例占比25.2%,僅次于EV-A71(35.5%)。
雖然CV-A10在各省市的流行強度低于CV-A6,但其在重癥病例中的占比則相對較高。2015年福建省廈門市HFMD病例中CV-A10僅占6.80%,但在重癥病例中占比高達38.9%,僅次于EV-A71的55.6%。廣東省2018年HFMD病例中CV-A10約占11.0%,而在重癥病例中占比33.3%,甚至高于EV-A71(24.2%)。另外,CV-A10也曾在局部地區造成暴發流行,仍是不可忽視的HFMD的重要病原。
2
世界范圍近10年HFMD病原流行趨勢
近10年來全球范圍HFMD病原譜變化趨勢與中國地區一致,即非EV-A71非CV-A16的腸道病毒逐漸成為優勢病原,其中CV-A6的流行最為普遍(表2)。有研究表明EV-A71感染人群中,HLA-A33基因的表達水平明顯高于對照人群。HLA-A33基因在亞洲人中顯性遺傳比例(17%~35%)顯著高于白種人(0%~1%),這可以解釋EV-A1在亞洲國家的暴發頻率遠高于西方國家。
2012年以前英國HFMD主要病原體為EV-A71,并具有偶數年高發的特征;CV-A6自2012年以來流行趨勢顯著增強,從2007—2008年占比約1%升高至2016—2017年占比10%。2021年法國暴發HFMD疫情,截至9月底共報道3 403例病例,比2018—2019年增加47%,對其中部分臨床樣本的病原學檢測顯示49.5%為CV-A6,未檢出EV-A71。CV-A6在美國流行度相對較低(5.5%),居腸道病毒第3位,前2位分別為EV-D58(55.9%)和E-30(5.8%)。
2012—2019年韓國HFMD病例樣本的基因分型研究表明,EV-A71、E30、CV-B5、CV-A6和CV-A10是主要的病原,并且在不同年份呈現交替流行的趨勢。2011—2019年間,日本CV-A6感染所致的HFMD病例數增長了5倍。2013—2015年印度南部班加羅爾市曾發生大規模的CV-A16流行;2022年印度18個州HFMD病例樣本病原學檢測顯示CV-A6占比高達29%,成為僅次于CV-A16的主要HFMD病原之一。2015—2016年越南河內市CV-A6占比居EV陽性樣本首位(47.1%),高于EV-A71(37.5%)。印度尼西亞、菲律賓及越南的污水水樣中CV-A6 RNA檢出率分別為25%、12%和40%,說明CV-A6具有較高的流行度,所有水樣中均未檢出CV-A10和CV-A16 RNA。2022年俄羅斯烏拉爾聯邦區與西西伯利亞地區CV-A6占比最高,為40.7%,遠高于CV-A16(10.5%)和EV-A71(3.8%)。2015—2021年,巴西、丹麥、越南等多國均報道了CV-A6關聯的HFMD暴發。
值得注意的是,歐洲及亞洲均報道了E-30流行增強的現象。2018年1至9月丹麥、德國、荷蘭等15個國家共報道E-30感染病例658例,在腸道病毒感染病例中占比高達14.5%。塞浦路斯2008—2017年流行的腸道病毒主要為E-30(26.1%)、E-6(14.2%)和CV-A6(10.9%)。
3
疫苗研究現狀
HFMD疫苗是預防該疾病和減輕疾病負擔的有效措施之一。盡管EV-A71單價疫苗已在我國上市,但由于其對不同血清型病毒無法產生有效交叉保護,因此多價疫苗是目前HFMD疫苗研發的總體趨勢。下面分別針對滅活疫苗、減毒活疫苗、病毒樣顆粒(virus-like particle,VLP)疫苗、亞單位疫苗等多種HFMD疫苗的研究現狀進行概述。
3.1
滅活疫苗
HFMD滅活疫苗是利用理化方法將具有免疫原性的病原體滅活后制成的疫苗,具有安全性高、有效期長、易保存的優點,一般在初次免疫后還需加強免疫才能產生理想的免疫應答效果。2015年12月,世界首款EV-A71全病毒滅活疫苗在我國大陸獲批上市,該品針對C4型EV-A71,大規模Ⅳ期臨床試驗顯示,其對EV-A71感染的保護有效率為89.7%,不良反應發生率為4.58%。
另外,中國臺灣和新加坡也分別研制了針對B4和B2型EV-A71的滅活疫苗并開展了臨床試驗。中國臺灣EV-A71滅活疫苗的Ⅲ期臨床試驗結果顯示,其對EV-A71相關疾病的保護有效性為96.8%,疫苗接種組不良反應發生率為56.9%,與安慰劑組持平(55.8%)。新加坡EV-A71滅活疫苗僅開展了小規模的Ⅰ期臨床試驗,受試者為成人,結果顯示疫苗能有效誘導受試者產生針對EV-A71的免疫應答,未發生嚴重不良反應。該疫苗仍有待在兒童中開展更大規模的臨床試驗。
EV-A71滅活疫苗的成功研制為其他型腸道病毒滅活疫苗的研制提供了重要參考。研究發現滅活CV-A16可成功誘導小鼠產生中和抗體,對1日齡ICR小鼠經腹膜腔注射免疫0.5 μg滅活CV-A16疫苗(免疫2次,間隔1周),初次免疫后2周,以2.3×105 TCID50 CV-A16鼠適應株攻毒后,小鼠僅表現輕微癥狀且80%以上存活,接種陰性對照品的小鼠在攻毒后則均發生肢體癱瘓最終死亡,說明該疫苗可對CV-A16致死性感染產生保護效力。研究人員進一步將不同型滅活腸道病毒疫苗組合制成多價HFMD滅活疫苗(EV-A71/CV-A16、CV-A6/CV-A10、CV-A6/CV-A10/CV-A16等),免疫小鼠后均獲得對各型病毒致死量攻毒的保護。CV-A6/CV-A10二價滅活疫苗免疫小鼠后中和抗體幾何平均滴度可達到1 024。
3.2
減毒活疫苗
減毒活疫苗是由經減毒處理后毒力降低、且保持其免疫原性的病原體制成的疫苗。減毒活疫苗能夠有效激發體液免疫和細胞免疫,并具有較長的免疫持久性,由于減毒株存在返祖的可能性,因此安全性是評價減毒活疫苗的重中之重。朱凡麗對EV-A71強毒株體外低溫連續傳代后獲得了減毒株,對乳鼠的致病性雖明顯降低,但感染恒河猴嬰猴后出現手足口皰疹、肺水腫和病毒血癥,仍未達到減毒活疫苗的要求。日本研究者對EV-A71原型株(BrCr-TR)進行定向基因操作獲得了EV-A71減毒株(S1-3’),通過靜脈注射免疫食蟹猴,雖然引起了輕度神經系統癥狀,但成功誘導產生了對EV-A71原型株致死量攻擊的保護效力。猴免疫血清對不同基因亞型EV-A71毒株均能產生有效的中和活性。馬來西亞研究者通過病毒基因組同源非編碼(miRNA)插入和毒力位點多重突變分別獲得了pIY miRNA和MMS 2種EV-A71減毒疫苗株,毒力顯著降低。將2種減毒株分別免疫2周齡ICR小鼠(0、1周2次免疫,103 PFU/劑),初次免疫14 d后以105 CCID50/mL EV-A71小鼠適應株進行腹膜攻毒,均未發生后肢癱瘓,保護效力均達到100%。
3.3
VLP疫苗
VLP疫苗是只包含病毒衣殼顆粒而不含病毒遺傳物質的基因工程疫苗,能夠模擬病毒顆粒刺激機體產生免疫應答,具有良好的免疫原性;同時不會發生病毒復制,具有較高的安全性。利用昆蟲細胞、畢赤酵母、漢遜酵母、釀酒酵母等多種重組表達基質獲得的HFMD VLP疫苗均能誘導產生較高的中和抗體應答。用畢赤酵母表達基質的EV-A71 VLP疫苗免疫BALB/c小鼠(0、3周2次免疫,5 μg/劑),第2次免疫14 d后檢測免疫血清中和抗體效價達到1 337.0,顯著高于EV-A71滅活疫苗對照(322.1)。母傳抗體保護試驗及主動免疫保護試驗均顯示該疫苗能對小鼠產生100%保護效力。
在各型腸道病毒單價VLP疫苗基礎上,研究者進一步研制出多價腸道病毒VLP疫苗,可同時誘導產生針對各抗原組分的中和抗體。EV-A71/CV-A16二價VLP疫苗免疫7周齡ICR小鼠(0、2周2次免疫,2種抗原組分各1 μg/劑),初次免疫4周后采血,免疫血清對不同EV-A71毒株(BrCr、G082、FY09-1、FY09-2、SZ98、MAV-N)的中和抗體效價為1 024~8 192,與EV-A71單價VLP疫苗中和抗體水平一致;該二價疫苗的免疫血清對CV-A16毒株G08/SZ05中和抗體效價為1 024/4 096,與CV-A16單價VLP疫苗的中和抗體效價(512/8 192)較為接近。EV-A71/CV-A16/CV-A6/CV-A10四價VLP疫苗免疫6~8周齡BALB/c小鼠(0、3周2次免疫,4種抗原組分各1 μg/劑),初次免疫5周后血清對4種腸道病毒的中和抗體效價分別為256~2 048、4 096~8 192、512和64~256,對應的4種單價VLP疫苗中和抗體效價分別為512~4 096、8 192、512和64~256 。由此可見,多價疫苗中各組分誘導的中和效價與對應單價疫苗水平相當,說明不同抗原組分并未產生免疫干擾。
反向遺傳學和基因工程技術的發展使研究者可通過對天然抗原的修飾和改造獲得具備不同抗原特性的VLP疫苗。SP70是EV-A71關鍵的中和表位,其序列在EV-A中較為保守,用CV-A16 SP70模體序列替換EV-A71 SP70序列得到嵌合VLP(ChiEV-A71),免疫小鼠后可同時激發EV-A71和CV-A16特異性免疫應答。另外,將HIV-1 gag結構蛋白C端融合EV-A71 VP1序列,在昆蟲細胞中重組表達后可形成展示EV-A71抗原的gag VLP,能夠誘導小鼠產生特異的體液和細胞免疫。在HBV核心蛋白的特定位點串聯插入水痘-帶狀皰疹病毒糖蛋白E、EV-A71-VP1、EV-A71-VP2的表位序列,重組表達后可組裝為VLP并在顆粒表面展示上述3種表位,用該重組VLP疫苗免疫6~8周齡BALB/c小鼠(0、2、4周3次免疫,100 μg/劑)獲得的免疫血清,可以同時中和水痘-帶狀皰疹病毒和EV-A71,并對CV-A16有交叉中和活性。
3.4
重組病毒載體疫苗
重組病毒載體疫苗以復制缺陷病毒的骨架作為載體,將目標抗原的基因重組到載體病毒上,免疫后能在體內表達目的抗原,并誘導產生強烈的細胞免疫和體液免疫。通過將EV-A71抗原基因插入刪除早期基因E1/E3的腺病毒基因組獲得了Ad-EV VLP重組腺病毒,免疫BALB/c小鼠(0、2周2次免疫,108 PFU/劑)后能夠誘導產生特異性中和抗體,并能誘導Th1/Th2和IL-17為主的細胞免疫。該疫苗免疫1日齡hSCARB2-Tg小鼠(0、1周2次免疫,3×106 PFU/劑),在小鼠出生14 d后以3×106 PFU EV-A71 5746株攻毒,75%小鼠存活,而疫苗劑量提升10倍則保護效力可達到100%。以減毒水皰性口炎病毒為骨架,在G-L基因接頭位置插入EV-A71抗原基因獲得的EV-A71重組水皰性口炎病毒疫苗能夠成功誘導BALB/c小鼠產生體液免疫,IgG抗體水平為107,中和抗體效價為256,并能夠誘導產生Th1/Th2免疫。對接種107 PFU該疫苗的BALB/c母鼠所生乳鼠以106 PFU EV-A71攻毒,保護效力達到100%。
3.5
重組亞單位疫苗
重組亞單位疫苗是選擇病原體上能夠特異性引起免疫應答的抗原蛋白(多肽或局部抗原)、通過合成或重組表達的方式大量制備而成的疫苗。基于EV-A71 SP70、SP55和SP28表位的單價多肽疫苗和EV-A71/CV-A16二價多肽疫苗雖然能夠成功誘導小鼠產生特異性的體液免疫應答,但其中和抗體效價仍低于VLP疫苗和滅活疫苗。將多肽制備成納米顆粒,結合應用免疫信息學算法,研究者選擇EV-A71、CV-A6、CV-A10、CV-A16和CV-B3的23個B細胞表位、15個CTL表位和13個Th表位,經3D建模和結構優化得到了多價HFMD亞單位疫苗的人工抗原。雖然該疫苗尚未開展動物實驗或臨床試驗,但完全在計算機系統上設計、構建、優化到克隆、表達、評價免疫原性的方式,為亞單位疫苗設計提供了全新的思路。
4
展望
HFMD的暴發與流行已成為全球性的公共衛生問題。隨著各血清型腸道病毒的持續流行和現有EV-A71疫苗的應用,近年來HFMD病原譜較10年前已發生了較大變化,需繼續保持對HFMD致病原的監測,特別要加強針對非EV-A71非CV-A16腸道病毒的監測和統計,以便及時掌握HFMD的最新流行趨勢。同時,應結合HFMD流行現狀,加快開發針對優勢腸道病毒流行毒株感染的新型疫苗及多聯多價疫苗,促進HFMD疫情防控,降低疾病負擔。目前HFMD疫苗研發面臨的主要挑戰有以下幾點:(1)動物感染模型。目前建立的動物感染模型多采用低齡乳鼠,優點為對病毒易感,缺點為動物體型小不易操作,并且僅能采用抗血清或母傳抗體等方式間接評價疫苗的保護效果,局限性較大。(2)毒株交叉保護。作為疫苗候選株的腸道病毒毒株,需同時具備強免疫原性和廣泛交叉保護效果,對疫苗候選株的篩選提出了較高要求。(3)體內效力評價體系。已上市的EV-A71滅活疫苗采用成年BALB/c小鼠模型,由于該模型不完全適用于其他腸道病毒體內效力評價,型間差異較大,因此建立針對不同腸道病毒免疫原性動物模型為多價疫苗研發的一大難點。
作者
徐穎之 劉銀龍 郭林 肖海峰綜述 李國順 顧美蓉審校
北京民海生物科技有限公司,結合疫苗新技術研究北京市重點實驗室,北京 102600
引用本文:徐穎之, 劉銀龍, 郭林, 等. 近10年國內外手足口病病原流行趨勢及疫苗研究現狀 [J]. 國際生物制品學雜志, 2025, 48(3): 211-218.
DOI: 10.3760/cma.j.cn311962-20241011-00064
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撰寫| 國際生物制品學雜志
校稿| Gddra編審| Hide / Blue sea
編輯 設計| Alice
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