人乳头瘤病毒疫苗免疫原性及有效性研究的新进展

夏燕,吴芸，马彩玲

宫颈癌在全球女性癌症死亡中为第四大主要原因，2020年全球约有60.4万新发病例和34.2万死亡病例，这给全球卫生经济造成了沉重的负担[1]。2008年诺贝尔生理学或医学奖获得者之一哈拉尔德·楚尔·豪森博士于1974年发现了人乳头瘤病毒(human papillomavirus，HPV)与宫颈癌的密切关系，经众多科学家多年的探索和研究发现，高危HPV持续性感染才是鳞状上皮内病变(squamous intraepithelial lesions，SILs)及宫颈癌的主要病因[2]。三级预防措施联合实施的早防早治(接种HPV疫苗、定期宫颈癌筛查和及时治疗并管理已确诊的宫颈病变患者)，可以减少甚至消除宫颈癌的发生[3]。接种HPV疫苗作为一级预防措施，其降低HPV感染及宫颈病变发生率的效果已被证实，截至2020年1月,全球已有108个国家和地区将HPV疫苗纳入国家免疫规划中，疫苗的安全性已在多项研究中得以证实[4-5]。本文针对HPV的生物学特点与分型、HPV疫苗的免疫原性及其预防HPV感染、宫颈癌前病变及宫颈癌的有效性、不同剂量疫苗的有效性进行阐述。

1 人乳头瘤病毒生物学特点与分型

HPV是一种无包膜环状双链脱氧核糖核苷酸(deoxyribonucleic acid，DNA)病毒，直径约55～60 nm，内含上游调节区(NCR区)、早期转录区(E区)、晚期转录区(L区)基因组，负责病毒的复制、转录、调控和细胞转化。L区基因组编码的主要衣壳蛋白(L1蛋白)和次要衣壳蛋白(L2蛋白)，具有病毒型别特异性中和抗体依赖表位，其中L1蛋白可自组装成空病毒样颗粒(virus-liked particles，VLPs)，在人体内诱导出抗原特异性中和抗体，因此L1蛋白VLPs是HPV疫苗的主要成分。

目前已发现200多种型别的HPV，与人类生殖道疾病相关的有50余种，根据其致病特性分为高危型和低危型，高危HPV感染不仅是所有宫颈癌的原因，也是部分外阴、阴道、阴茎、肛门以及头颈部癌症的病因[6]。

2 人乳头瘤病毒疫苗

HPV疫苗是利用L1蛋白重组成空VLPs，将其装配于不同的载体(如酵母菌、杆状病毒、大肠杆菌等)上，在体内诱导免疫细胞产生记忆B细胞及浆细胞，其中长寿命浆细胞可持久稳定地分泌高效的抗原特异性中和抗体，从而使机体有效预防HPV感染[7]。

目前国外临床应用的HPV疫苗有3种，分别是二价Cervarix(bivalent HPV，biHPV)疫苗、四价Gardasil(quadrivalent HPV，qHPV)疫苗、九价(9-valent HPV，9vHPV)疫苗。biHPV疫苗针对HPV16/18型别，qHPV疫苗针对HPV6/11/16/18 4种型别；9vHPV针对HPV6/11/16/18/31/33/45/52/58共9种型别。3种疫苗在我国分别于2016年7月、2017年5月、2018年4月获批入市。2020年1月我国自主研发生产的二价Cecolin疫苗获批在国内上市，针对HPV16/18型别，适用于9～45岁女性。据统计，中国75.1%宫颈鳞癌和64.6%宫颈腺癌是由HPV16/18型引起的[8]，二价疫苗尚不能完全满足宫颈癌的防控需求，因此，我国科学家们正致力于多价疫苗的研发，力求更高的疫苗保护效率。

3 人乳头瘤病毒疫苗的免疫原性

HPV疫苗不同于其它大多数疫苗，它可以产生持久稳定的抗体免疫应答，4种疫苗的随机对照临床试验的长时间随访结果验证了它的长期高水平免疫原性。芬兰对两项三期临床试验后的3 300名接种了biHPV/qHPV的青少年女孩的随访研究显示，7～12年后接种疫苗者抗HPV16、18抗体的中位数均明显高于自然感染诱导的抗体水平，qHPV疫苗接种者的高14.8倍和5.3倍，biHPV接种者的高73.3倍和80.0倍[9]。biHPV接种者的免疫原性显著高于qHPV疫苗，可能是由于biHPV疫苗的佐剂成分能诱导体内更强的免疫反应。因9vHPV疫苗上市较晚，免疫原性的报道相对较少,但9种HPV类型抗体也可持续5年以上[10]。二价Cecolin疫苗的三期临床试验也显示了在18～45岁女性中有类似的结果，接种后3年随访结果，HPV16、18抗体水平分别是自然感染抗体水平的8倍和10倍[11]。基于疫苗能激活长寿命浆细胞的理论，期待更长时间的随访数据来验证持久的免疫原性，间接反映HPV疫苗长时间保护的特性。

4 人乳头瘤病毒疫苗的有效性

HPV疫苗的有效性主要从HPV感染率、疫苗型HPV持续性感染、宫颈上皮内瘤变(cervical intraepithelial neoplasia,CIN)及宫颈癌的发生率指标来评估。下面将通过各指标来阐述HPV疫苗的有效性。

4.1 人乳头瘤病毒疫苗与人乳头瘤病毒感染

HPV疫苗既可显著降低接种人群的疫苗型HPV感染率，也能降低接种人群的与疫苗型相关HPV型别的感染率，即交叉保护；还能降低未接种人群的疫苗型HPV感染率，即群体效应。HPV疫苗上市后多项真实世界的研究显示接种疫苗可以显著降低疫苗型HPV及与疫苗型相关HPV的感染率。西班牙和日本对biHPV疫苗的研究结果显示疫苗预防HPV16/18型感染的有效性达94%～95.5%，未接种与接种疫苗女性的HPV16/18感染率分别为9.2%和0.8%，预防HPV31/33/45感染的有效性达83%，HPV31/45/52的有效性达71.9%[12-13]。澳大利亚的一项青年女性健康倡议研究结果显示，qHPV疫苗接种成功地降低了澳大利亚年轻女性疫苗靶向基因型的感染率[14]。9vHPV疫苗在亚洲五地区的三期临床试验研究表明随访4.5年期间，接种9vHPV疫苗女性的HPV31/33/45/52/58总感染率(13.1/万人·年)明显低于接种qHPV疫苗女性(309.1/万人·年)，有效性达95.8% [95%置信区间(confidence interval，CI) 87.8%-98.9%][10]。早期的一项荟萃分析表明在女性疫苗接种覆盖率≥50%时才能观察到群体保护效应[15]。然而近期荷兰一项8年的纵向研究显示，8 768名参与者中仅35.3%的女性接种了疫苗，该群体疫苗接种前后的4次随访数据显示，HPV16/18型感染率在女性中每年以12.6%(95%CI10.6%-14.5%)的速度下降，而男性和未接种疫苗的女性每年分别以13.0%(95%CI8.3%-17.5%)和5.4%(95%CI2.9%-7.8%)的百分比下降[16]，说明仅有女性接种疫苗时，覆盖率并非要达到50%就能产生群体效应，这对于HPV疫苗低覆盖接种的中低收入国家来说无疑是种激励。

HPV持续性感染是引起宫颈癌的主要原因，4种HPV疫苗对6个月或12个月的持续性感染均有高效保护力，可有效降低宫颈癌发生的风险。biHPV疫苗在中国18～45岁女性中的三期临床试验事后结果分析显示，随访72个月，基线时HPV16/18型DNA阴性的女性6个月和12个月HPV16/18持续性感染的有效性均为100.0%，基线时HPV16/18型中一种DNA阳性的女性，有效性降为66.8%[17]。qHPV疫苗在中国女性中的三期临床试验结果显示，随访78个月时，对6个月和12个月宫颈HPV持续性感染的有效性分别为91.6%和97.5%[18]。9vHPV疫苗在亚洲五地区的三期临床试验结果显示，9vHPV疫苗可预防HPV31/33/45/52/58相关的≥6个月和≥12个月的持续性感染，有效性分别为95.8%、93.9%[19]。二价Cecolin疫苗的三期临床试验显示预防HPV16/18持续性感染(≥6个月)有效率更是高达97.8%[11]。

4.2 人乳头瘤病毒疫苗与癌前病变

随着疫苗上市时间的延长，HPV疫苗对宫颈癌前病变的保护效果的研究报告也逐渐增多。一项随机、双盲、对照的16～26岁拉丁美洲女性接种9vHPV疫苗的疗效研究显示，与接种qHPV疫苗相比，预防HPV31、33、45、52和58相关的细胞学异常及宫颈、外阴和阴道各级别上皮内瘤变的有效率均达到了92%[10]。临床试验的结果令人对HPV疫苗充满信心，几项不同国家的真实世界的研究结果也显示了HPV疫苗明显降低了宫颈细胞学异常和组织学异常的发生率。意大利一项随访了8年的队列研究显示，接种疫苗者相对于未接种者宫颈细胞学异常的发生率显著下降(6.9% vs 11.7%)，调整后比值比为0.52(95%CI0.34-0.79)[20]。瑞典一项包括133万名13～29岁女性的全国队列研究结果显示，17岁前接种了qHPV疫苗对CIN2+的有效性为64%[发病率比(incidence rate ratio,IRR)=0.36，95%CI0.27-0.47]，17～19岁和20～29岁接种qHPV疫苗的有效性分别为25%(IRR=0.75,95%CI0.66-0.86)和14%(IRR=0.86,95%CI0.73-1.01)；对CIN3+的防护效果与之相似[21]。加拿大一项基于学校免疫计划的研究，以CIN2+及高级别鳞状上皮内病变(high-grade squamous intraepithelial lesion，HSIL)为结局，在超过7年的随访中，与未接种疫苗的女性相比，在9～14岁期间按计划接种3剂疫苗者CIN2+的校正有效性为57.9% (95%CI43.2%-69.0%)；HSIL校正有效性为47.1%(95%CI35.6%-56.7%)[22]。新西兰一项对10万余名20～24岁女性的宫颈筛查结果与疫苗接种状态关系的回顾性研究发现，在18岁之前至少接种过一剂qHPV疫苗，HSIL的发生率降低了25%，CIN2+的发生率降低了31%[23]。这些研究充分提示了在青少年期接种HPV疫苗获益最大，然而我国HPV疫苗尚未纳入国家免疫规划，大多数接种HPV疫苗的女性为大龄女性，尚缺乏该人群接种疫苗在癌前病变方面有效性的研究报道。

4.3 人乳头瘤病毒疫苗与子宫颈癌

从接种HPV疫苗至宫颈癌发生的时间间隔可能需要几十年，HPV疫苗的临床试验不可能设计过长的随访时间，而且HPV疫苗上市时间仅15年，因此目前关于HPV疫苗对预防子宫颈癌的有效性报道较少。瑞典对170万10～30岁女性的随访研究显示，宫颈癌的累积发病率在接种qHPV疫苗和未接种的女性中分别为47例/10万人和 94例/10万人。调整了随访年龄、居住地、父母的教育程度、家庭收入、母亲出生国家和母亲疾病史这些协变量后，接种人群与未接种人群的IRR为0.37(95%CI0.21-0.57)，<17岁接种的女性IRR为0.12(95%CI0.00-0.34)，17～30岁接种的女性IRR为0.47(95%CI0.27-0.75)[24]。然而，丹麦对87万17～30岁女性的随访研究结果与之不一致，≤16岁或17～19岁接种疫苗与未接种的女性相比，宫颈癌的发病比率分别为0.14(95%CI0.04-0.53)和0.32(95%CI0.08-1.28)；但20～30岁时接种疫苗与未接种的女性相比，IRR为1.19(95%CI0.80-1.79)，在调整了缓冲期后IRR下降为0.85(95%CI0.55-1.32)[25]。美国一项77万余女性的队列研究显示3剂疫苗接种对原位癌及宫颈癌(CIN3+)的保护效率为72%，2剂为39%，1剂为48%，同时也发现<20岁时接种疫苗的有效率高于≥20岁[26]。总之，接种HPV疫苗可以降低宫颈癌的发病率，这一效果在≤17岁接种疫苗的女性中更显著，这与WHO推荐9～15岁女孩接种HPV疫苗的策略相一致，而在≥20岁接种疫苗女性中预防宫颈癌的保护效果尚存争议，还需要更多研究来明确疫苗在这部分人群中预防宫颈癌的保护效力。

5 不同剂量人乳头瘤病毒疫苗的有效性

真实世界的研究发现HPV疫苗单剂量接种与3剂量完全接种相比，在预防HPV感染及宫颈癌前病变方面具有非劣效性保护力。2016年印度被迫暂停的一项多中心前瞻性队列研究对2 649名10～18岁接种qHPV疫苗的女性子宫颈样本进行了HPV基因型检测，发现不论接种几剂疫苗，感染HPV16、18、6和11型的概率是相似的，并且单剂HPV疫苗对HPV16、18、6和11的持续感染所提供的短期保护与2剂或3剂疫苗所提供的保护类似[27]。随后又对该队列研究的参与者进行了免疫原性的研究，发现单剂接种者的抗体水平虽然明显低于3或2剂接种者，但对HPV16和18型显示出强劲和持续的免疫应答，抗体水平在4年内保持稳定[28]。之后该队列随访9年的数据显示疫苗对HPV16/18持续性感染的有效率在不同接种剂量中类似(1、2、3剂的有效率分别为95.4%、93.1%和93.3%)[29]。与此同时美国也对之前开展的基于社区的疫苗试验进行了类似的数据分析，接种疫苗后第4～7年在1、2、3剂组间HPV16和HPV18抗体水平几何平均值的下降差异无统计学意义；3组女性HPV16/18累计感染率分别为1.5%、3.6%、4.3%，1、2剂组与3剂组比较差异均无统计学意义[30]。这一免疫原性的研究结果给单剂或较少剂量疫苗接种的有效性提供了证据支持。一项对13万余名女性少剂量和标准剂量HPV疫苗接种的临床结局比较显示，随访5年，与未接种疫苗女性比，在15～19岁接种疫苗1、2和3剂量组发生组织学证实的浸润型宫颈癌前病变风险比分别为0.64 (95%CI0.47-0.88)、0.72(95%CI0.54-0.95)和0.66(95%CI0.55-0.80)；在其他年龄段接种疫苗的女性与未接种疫苗女性相比，风险比差异无统计学意义，主要是因为15岁之前开始接种疫苗的女孩发生细胞学高级别病变的例数仅19例，数量过少，20岁之后开始接种疫苗的女孩可能在接种前已感染HPV[31]，该研究虽未进一步分层分析，但研究结果依然让疫苗界研究者富有兴趣，提出了更科学及更有说服力的纵向研究，全球性单剂量疫苗有效性的随机对照临床试验研究已于2018年开展，期待可观的数据支持，这样可以减少疫苗接种剂量、提高HPV疫苗接种的接受度、增加经济成本效益。

6 展望

HPV疫苗上市15年来，已有较多的随机对照临床试验和真实世界数据证实其高效持久稳定的免疫原性和对HPV感染及宫颈癌前病变的良好保护效果。多队列接种疫苗可提高疫苗接种覆盖率，增加人群中疫苗的保护效率，但≥20岁女性接种HPV疫苗对HPV感染及宫颈癌前病变有效性数据较少，其预防宫颈癌的保护效果尚存争议，亟需开展对这部分女性接种疫苗有效性的观察研究；青少年单剂量疫苗接种的初期预防效果的数据令人振奋，其纵向研究结果将为公共卫生政策的制定提供更多可靠依据，以更好地优化疫苗资源的使用、提高疫苗接种的接受度和覆盖率。然而，研究数据也提示接种HPV疫苗后并非一劳永逸，定期行宫颈癌筛查依然十分必要。在中国大陆，疫苗上市后3年的调查显示仅有3%的女性接种了HPV疫苗[32]，2015年全国女性宫颈癌筛查率仅为23.6%[33]，这组数据与世界卫生组织提出的消除宫颈癌阶段性目标(90-70-90)还相差甚远，这两项研究明确了职业和经济收入是影响接种疫苗意愿的主要因素，而对HPV及HPV疫苗的认知是影响接受度的关键，与宫颈癌筛查率的影响因素类似。因此为达到消除宫颈癌的目标，大力开展健康教育宣传迫在眉睫，同时建议国家及政府对欠发达地区实施疫苗补贴政策、加大宫颈癌普查力度，提高疫苗接种和宫颈癌筛查的覆盖率。