轮状病毒疫苗接种现状及有效性研究进展

谭莎，许红梅

（重庆医科大学附属儿童医院感染科儿童发育疾病研究教育部重点实验室国家儿童健康与疾病临床医学研究中心儿童发育重大疾病国家国际科技合作基地儿科学重庆市重点实验室，重庆 400014）

0 引言

轮状病毒（Rotavirus，RV）是2016年引起全球5岁以下儿童死亡的第三大病原体，仅次于疟疾和肺炎链球菌[1]。而轮状病毒胃肠炎（Rotavirus gastroenteritis, RVGE）占中国5岁以下儿童腹泻病例的40%左右，每年可造成约6140万美元的损失[2]。自从2006年轮状病毒疫苗Rotarix和RotaTeq首获WHO许可之后，轮状病毒疫苗得到了迅速普及，轮状病毒相关疾病也获得了良好的预防作用。2006年至2016年全球因轮状病毒胃肠炎住院的5岁以下儿童人数较疫苗接种前平均减少了38%[3]。然而轮状病毒仍然是儿童腹泻相关死亡的主要原因，2016年造成了近13万人死亡[1]。为进一步提高对轮状病毒疫苗的认识和重视，本文将从疫苗种类、覆盖率、疫苗有效性及安全性等方面进行综述如下。

1 轮状病毒概述

轮状病毒属于呼肠病毒科，是一种直径约70nm的无包膜RNA病毒。RV基因组大小约18.5Kb，由11段 双 链RNA(dsRNA)组 成，编 码6个结构蛋白(VP1‐4，VP6‐7)和6个非结构蛋白(NSP1‐NSP6)。根据内壳蛋白VP6决定的血清型将RV分为A‐J群，其中A群是导致人类胃肠道感染的最重要群。两种外衣壳蛋白VP7(糖蛋白)和VP4(蛋白酶敏感蛋白)含有中位性表位，可诱导机体产生保护性免疫，因此VP7和VP4对疫苗的研制非常重要。两者抗原性的不同构成了轮状病毒G（VP7）和 P（VP4）基因型的双重分类系统，目前已发现有41种G型和57种P型[4,5]。G/P基因型组合：G1P、G2P、G3P、G4P、G9P和G12P，造成全球近90%的轮状病毒感染[4,6,8]。不同年份、不同地区的循环基因型存在一定差异。中国常见的RV基因型是 G3P、G1P和 G2P，近些年出现G9型检出率增加，主要以G9P8和 G9P6 两种形式流行[4,7,8]。

轮状病毒主要通过粪口途径传播，患者粪便和呕吐物中RV浓度可高达每克含1012微粒以上，并且持续数天。轮状病毒感染多发于秋冬季节,为自限性疾病，主要表现为急性胃肠炎，症状轻可为无症状或轻度水样腹泻，重则伴随脱水及酸中毒症状甚至死亡。越来越多的证据表明轮状病毒感染并不局限于肠道，可累及中枢神经、呼吸道、循环血管、肾脏等多个系统损害，其中无热或发热性惊厥是轮状病毒感染最常见的肠外并发症[8]。

2 RV疫苗接种现状

2.1 RV疫苗种类

疫苗接种是预防轮状病毒感染及减少严重病例的最有效干预手段。2006年两种人轮状病毒口服活疫苗Rotarix(葛兰素史克生技公司)和RotaTeq(默克公司)获得WHO许可[9]，随后均通过资格预审。截至2021年11月，82个国家在其免疫规划中使用了Rotarix，16个国家使用了RotaTeq, 10个国家同时使用了Rotarix和RotaTeq[10]。还有两种新获许可的口服轮状病毒活疫苗：Rotavac (巴拉特生物技术公司)和Rotasiil(印度血清研究所)于2018年通过WHO资格预审，然而两者目前主要在印度和几个低收入国家使用[11,12]。另外中国和越南也有研制出获得国家使用许可的疫苗，分别为兰州羔羊轮状病毒减毒疫苗（Lanzhou lamb rotavirus vaccine, LLR,中国兰州生物研究所）[13]、Rotavin-M1（越南疫苗和生物制品研究与生产中心）[14]。以上6种疫苗的生产及接种相关信息均总结在表1。

表1 全球和个别国家许可的口服轮状病毒活疫苗

在新型RV疫苗中，由印度尼西亚国营制药企业PT BioFarma研制的RV3-BB很具前景。RV3-BB是由新生儿G3P[6]人轮状病毒株组成，因此致力于新生儿及婴儿轮状病毒疾病的预防。一项于2013~2016年进行的双盲、安慰剂对照并且应用于新生儿和婴儿的RV3-BB 2期临床试验显示该疫苗有效力在新生儿组为75%(95%CI:44~91),婴儿组为51%(95%CI:7~76)，两者联合组63%(95%CI:34~80)[15]。中国正在研究的人羊重组G2、G3、G4三价轮状疫苗（LLR3）也有新的进展。2020年报道的一项3期临床试验中表明LLR3对任意严重程度RVGE、重度RVGE和住院RVGE的疫苗有效力分别为56.6% (95%CI: 50.7~61.8)、70.3% (95%CI: 60.6~77.6)和74.0% (95%CI: 57.5~84.1)[16]。除了口服RV疫苗，肠外非复制型RV疫苗也受到高度关注[17]，例如由适宜卫生科技组织(PATH)开发的三价亚单位疫苗P2-VP8*，美国疾病预防控制中心正在研制的单价人轮状病毒G1P[8]热灭活疫苗CDC-9。除此之外，病毒样颗粒、纳米颗粒疫苗和mRNA疫苗也在开发中[18]。

2.2 RV疫苗覆盖率

Rotarix和RotaTeq较高的保护力促使WHO在2009年正式建议所有国家将RV疫苗纳入婴儿免疫规划[9]。截至2021年11月，全球已有111个国家和3个次国家地区引入婴儿轮状病毒常规疫苗接种[10]。但整体来讲轮状疫苗覆盖率并不高，据2019年WHO联合国儿童基金会国家免疫覆盖率监测的数据，在引进RV疫苗的98个国家中有38个国家的疫苗覆盖率为90%至100%，23个国家的疫苗覆盖率为80%至89%，17个国家的疫苗覆盖率为70%至79%，4个国家的疫苗覆盖率为60%至69%，16个国家的疫苗覆盖率低于60%，全球未接种RV疫苗的儿童数量约占世界儿童人口的约41%[19]。轮状病毒感染负担最严重的撒哈拉以南的非洲、亚洲部分地区的一些中低收入国家，甚至尚未开展RV疫苗接种。而在领先推广RV疫苗的国家中则发现其RV疫苗覆盖率虽然居世界前列，但仍落后于其他常规疫苗覆盖率。一项美国实施疫苗后十年获得的数据显示19-35月龄儿童的RV疫苗覆盖率低于百白破、脊髓灰质炎病毒、肺炎球菌结合疫苗接种覆盖率[20]。

3 RV疫苗有效性

3.1 疾病负担的减轻

全球轮状病毒监测网络(Global rotavirus surveillance network ，GRSN)是由WHO组织的以定点医院为基础的腹泻主动监测系统。根据GRSN数据发现在轮状病毒疫苗引入之前，、轮状病毒性胃肠炎占所有腹泻住院病例的三分之一以上。2008年全球范围内有45.3万5岁以下儿童死于轮状病毒引起的腹泻，占 5 岁以下儿童总死亡人数的5%，并且其中90%以上的死亡病例发生于发展中国家[21]。但随着RV疫苗的接种，全球5岁以下儿童轮状病毒感染死亡人数从2008年的45.3万下降到2016年的12.85万[1]。Burnett等人使用2006-2019年疫苗有效力相关研究发表的数据进行系统分析后发现，5岁以下儿童因轮状病毒住院的比例较疫苗接种前下降59% (IQR:46%-74%)，全球每年因急性胃肠炎死亡的人数较疫苗接种前下降36% (IQR:28%-46%)[22]。也有模型预测如果所有43个亚洲国家均引入RV疫苗地话，每年轮状病毒相关的住院人数估计将减少71万人(下降49%)，轮状病毒相关死亡人数将减少3.5万人(下降40%)[23]。另外也有研究表明疫苗对轮状病毒肠外并发症起到积极的保护作用，例如日本引入RV疫苗后轮状病毒胃肠炎相关惊厥的住院患者比例显著下降[24]。

3.2 疫苗具体有效力

多项关于轮状病毒疫苗（主要为Rotarix和RotaTeq）研究表明其疫苗有效力在儿童死亡率各阶层国家之间存在梯度，呈高死亡率国家低效力状态。一项纳入全球15项随机对照试验的Cochrane文献显示RotaTeq疫苗可有效预防2岁以下幼儿重度轮状病毒性胃肠炎病例的发生，但有效力在高病死率国家（41%-57%）和低病死率国家（82%-92%）之间存在差异[25]。Jonesteller等人在使用2016年12月2日之前发表的数据进行的一项全面系统分析报告称，Rotarix疫苗在儿童低死亡率国家的中位有效力为84%，而在高死亡率国家则为57%，同时RotaTeq疫苗在儿童低死亡率和高死亡率的国家中疫苗的中位有效力分别为90%和45%[26]。在前面提到的Burnett等人的系统分析中显示疫苗有效力在儿童死亡率各阶层国家及接种年龄均存在梯度，Rotarix疫苗对12个月以下儿童在低、中、高死亡率国家中的有效力分别为86% (95% CI 81-90)、77%(66-85)、63%(54-70)，而 对12-23个月儿童则分别为86%(81-90)、 54%(23-73)、 58%(38-72)[27]。导致高死亡率国家低效力的机制尚不明确，可能因素包括轮状病毒流行株不同、与口服脊髓灰质炎疫苗的共同效应、母源性轮状病毒特异抗体滴度、合并感染（如诺如病毒和肠道细菌）、肠道微生物环境、机体免疫状态、一般营养状态等[28]。然而从疾病负担方面来看，由于高死亡率国家（多为发展中国家）的严重轮状病毒疾病的基线发病率明显更高，其通过疫苗接种减轻的疾病负担比低死亡率国家更大。这也是WHO强调疾病负担沉重的发展中国家引入轮状病毒疫苗的原因。

3.3 疫苗普遍接种后RV流行病学改变

疫苗接种使轮状病毒的临床及分子流行病学均发生改变。在美国实施疫苗后近十年获得的数据显示，与实施疫苗规划前相比，轮状病毒检测阳性率持续下降，同时还出现了四个显著的季节性趋势改变：两年一次的模式、发病季节延迟、持续时间缩短以及从西至东常规模式的中断[20]。RV基因型对RV疫苗的开发非常重要，而疫苗接种可能会使非疫苗毒株流行率增加。例如引入疫苗之前G1是澳大利亚最流行的基因型，其次是G2、G4、G3和G9，疫苗引入后澳大利亚人群流行的基因型出现G8和G10频率增加，并发现G12P[8]、G3P[8]新基因型[29]。RV疫苗也引起了儿童腹泻病原学改变，在美国、芬兰等国家发现RV疫苗实施后，随着轮状病毒疾病发病率下降，诺如病毒逐渐成为儿科严重肠胃炎的主要原因[30]。

4 RV疫苗安全性

肠套叠风险是口服轮状病毒减毒活疫苗首要考虑的安全因素。首个轮状病毒疫苗Rotashield在被发现与肠套叠风险有关后于1999年撤出美国市场[31]。然而在目前RV疫苗安全性分析研究中，RV疫苗肠套叠风险并不高。据美国统计在每10万个接种RV疫苗的婴儿中大约会有1至5例肠套叠病例[32]。在前面提到的Cochrane文献也发现接种Rotarix、RotaTeq或Rotavac后发生严重不良事件的风险并不高[25]。2018年一项纳入7个使用Rotarix的非洲国家肠套叠监测网络数据分析显示Rotarix疫苗接种后发生肠套叠的风险并不高于肠套叠原本的背景风险[33]。肠套叠的自然发病高峰年龄段与接种RV疫苗的年龄段有重合，所以RV疫苗接种引起的肠套叠风险评估还需调整基线发病率。RV疫苗相对较低的风险性使各个国家对RV疫苗纳入免疫规划始终保持着积极的态度。

5 中国RV疫苗使用现状

中国目前使用的疫苗主要为2000年上市的LLR和2018 年在中国大陆地区获批准上市的RotaTeq，两者均属于国家非免疫规划疫苗。RotaTeq在中国的一项随机对照临床试验中显示其针对轮状病毒性胃肠炎预防有效力为69.3% (95% CI: 54.5-79.7)，针对疫苗所含血清型引起的严重病例有效力为78.9% (95% CI: 59.1-90.1)[34]。关于LLR疫苗的研究，一项在北京7家医院进行的病例对照研究显示2015-2017年北京5岁以下儿童的LLR疫苗平均覆盖率为10.8%，2-35月龄儿童的LLR疫苗有效力为36.2% (95%CI,4.7-57.3)，针对G9型轮状病毒感染的疫苗有效力为40.8% (95%CI, 7.8-61.9)[35]。疫苗接种率低、接种过程不完整是目前中国轮状疫苗接种的主要问题，可能与RV疫苗尚未纳入国家免疫规划、价格较高、接种方案较复杂有关。在刘艳等[36]对2014年中国6 省份儿童LLR疫苗接种现状分析的研究中表明LLR疫苗首剂接种率为32.84%，12 周龄内接种率仅为2.5%，而在接种过LLR疫苗的儿童中90%只接种了一剂，与WHO建议的免疫接种程序差异较大。

6 展望

在过去的15年里，全世界已有100多个国家安全有效地实施了轮状病毒疫苗接种。轮状病毒疾病负担明显有所减轻的同时，也存在疫苗覆盖率较低、高死亡率国家低效力等问题。而这些问题也促使着新一代更具有效性和安全性的RV疫苗的研制。