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消滅疾病,疫苗的發明與免疫反應

至今約有13年度的諾貝爾生理學或醫學獎頒給與免疫相關的研究人員,諾貝爾獎不是以學門的區分為依歸,而是以各個發現在醫學上的重要性為準則,而免疫學的研究正是協助人類對抗傳染性疾病的有力武器。世界上第 1 支疫苗是金納(Edward Jenner)博士在 1796 年發明的,而現代疫苗的技術,則是等到 1879 年巴斯德(Louis Pasteur)發現了減毒疫苗的原理才建立的。
 
 
世界上第 1 支疫苗是金納博士在 1796 年發明的,他從一位擠牛乳少女身上得到的靈感,提出用牛痘疫苗預防天花感染的想法和實驗。而現代疫苗的技術,則是等到 1879 年巴斯德(Louis Pasteur)發現了減毒疫苗的原理才建立的。(圖 / Pixabay)
▲世界上第 1 支疫苗是金納博士在 1796 年發明的,他從一位擠牛乳少女身上得到的靈感,提出用牛痘疫苗預防天花感染的想法和實驗。而現代疫苗的技術,則是等到 1879 年巴斯德(Louis Pasteur)發現了減毒疫苗的原理才建立的。(圖 / Pixabay)
 
 免疫學研究是諾貝爾獎獲獎常客
 
免疫學研究一直是諾貝爾生理學或醫學獎獲獎的常客:1901 年第 1 屆諾貝爾醫學獎就是頒給發明血清免疫法,並用於治療白喉病的貝林(von Behring);1905 年科霍(Koch)因研究結核病,發現結核桿菌及結核菌素,並用於開發疫苗以治療結核病而得獎;1908 年埃利希(Ehrhich)及梅奇尼科夫(Metchnikoff)因免疫血清療法及免疫「細胞」理論獲獎。另外 1919 年、1951 年及 1960 年的得獎人,也都以免疫研究或黃熱病疫苗的研發成果獲獎。

就以近 30 年的諾貝爾生理或醫學獎而言,1972 年頒發給愛德曼(Edelman)及波特(Porter),彰揚他們決定抗體化學構造的成就;1977 年由發明放射性免疫偵測法用來分析抗原及抗體的雅蘿(Yalow)獲得;1980 年頒給發現組織抗原的史奈爾(Snell)、達梭(Dausset)及班那塞夫(Benacerraf);1984 年由發展出單株抗體的科勒(Koehler)及米爾斯坦(Milstein)獲得;1987 年頒給利根川(Tonegawa)以表彰其發現抗體的基因重組;1996 年則由發現免疫T細胞是如何辨認病毒的杜赫(Doherty)及辛克納吉(Zinkernagel)獲得。

總計,至今約有 13 年度的諾貝爾生理學或醫學獎頒給與免疫相關的研究人員,這麼高的獲獎率並不能歸諸於評審委員會偏好免疫。諾貝爾獎不是以學門的區分為依歸,而是以各個發現在醫學上的重要性為準則,而免疫學的研究正是協助人類對抗傳染性疾病的有力武器。

因為免疫反應是人類能有效控制各種傳染性疾病的最根本基礎,對於像愛滋病、肺結核、肝炎之類的傳染病,只有更進一步了解免疫系統,才能發展出更有效力的免疫療法或疫苗,以達到預防或治療的效果。這由諾貝爾生理或醫學獎得主中,很多的免疫學者都是從事基礎免疫學研究可得到佐證。

此外,想發展有效用的疫苗,惟有從基礎免疫學研究來探究人體各類的免疫機制,以進一步了解傳染病原的致病機轉,才能提升疫苗的效用。

現今,生長在臺灣的人們從出生到長大,都需要接種十多種疫苗,你知道疫苗的由來嗎?接種疫苗的目的為何?施打疫苗的種類有哪些?每支疫苗有何不同?疫苗的未來如何?就讓我們來尋找這些問題的解答吧!

疫苗的由來
 
免疫學之祖——金納博士(左),巴斯德(右)。(圖 / 張雅鈴)
▲免疫學之祖——金納博士(左),巴斯德(右)。(圖 / 張雅鈴)
 
疫苗概念的起源可追溯到 16、17 世紀的中國和印度,當時人們發現天花病人結痂製成的粉末,可用來預防天花的感染。天花曾經是人類最嚴重的傳染病,根據文獻記載,在 17、18 世紀時,倫敦的死亡人口中,每 10 個人就有 1 個是死於天花,當時唯一的預防方法就是用結痂粉末來預防。雖然這個方法也有很大的危險性,大約有 0.5 ~ 2 % 的人因為接種天花的結痂粉末感染天花而死亡,但和自然感染天花 20 ~ 30 % 的死亡率相比,還是值得冒險一試。

世界上第 1 支疫苗是金納(Edward Jenner)博士在 1796 年發明的,他從一位擠牛乳少女身上得到的靈感,提出用牛痘疫苗預防天花感染的想法和實驗。他發現用牛痘疫苗有很好的保護效果,且沒有嚴重的副作用,自此人類掌握了對抗天花病毒最有效的利器。經過聯合國衛生組織於 1967 年推動天花撲滅計畫後,天花病毒終於在 1979 年被澈底撲滅,這是人類醫療史上最重大的成就之一。

但是現代疫苗的技術,則是等到 1879 年巴斯德(Louis Pasteur)發現了減毒疫苗的原理才建立的。他先從患者身上取出病毒母株,把它的毒性減弱後進行繁殖,再製作成疫苗注入人體內,使人體產生抗體。因病毒毒性已減弱,所以不會造成疾病。這種減毒疫苗的原理廣泛應用在卡介苗、水痘疫苗、德國麻疹疫苗、腮腺炎疫苗等。

巴斯德發明的傳統減毒疫苗、死毒疫苗等技術,至今仍是製造疫苗的標準技術,也開啟了微生物學及免疫學研究的大門。

接種疫苗。
▲接種疫苗。


接種疫苗的目的
 
傳染性疾病一直都是人類最大的死因,每年有 1,700 萬人死於傳染性疾病。在傳染性疾病的預防上,疫苗的使用比任何其他醫學方法對人類健康的貢獻都要大。

疫苗接種的主要目的是使身體能夠製造自然的物質,用以提升生物體對病原的辨認和防禦功能,有時類似的病原體會引起同一類病原的免疫反應,因此原則上一種疫苗是針對一種疾病,或相似度極高的病原體,以牛痘預防天花就是一個很好的例子。此外,在 20 世紀末,免疫學家發現疫苗也可能具有治療功能,並發展出相關的理論和應用。

預防
疫苗接種多數是一種可以激起個體自然防禦機制的醫療行為,以預防未來可能得到的疾病,這種疫苗接種特稱為「預防接種」。白喉、破傷風、百日咳、小兒麻痺、B型流感嗜血桿菌、B型肝炎、麻疹、德國麻疹、腮腺炎等的疫苗,都是目前常見的種類。

疫苗不僅可以使接種者罹患該疾病的發病率下降,當一種疫苗所對付的疾病僅感染單一物種時,便有可能消滅病原。例如天花在自然界中僅感染人類,當幾乎所有人都接種疫苗後,天花便無法繼續傳播,也無法在其他動物間蔓延。因此聯合國得以在 1980 年宣布天花的滅絕,以及在 1999 年宣布第二型小兒麻痺的不復存在。

治療
疫苗也可以用來做積極的免疫治療,這種技術刺激免疫系統大量生產抗體,或是以外來的相應抗體,共同對付已經感染的患者體內存有的病原。狂犬病疫苗就是運用這個原理,這種疫苗也可能用作預防性疫苗。近年來對癌症及愛滋病的研究發現,病變的細胞和一般細胞表面有不同的標記,可能適合做為抗體攻擊的目標用以治療患者。
 
疫苗的種類

傳統疫苗
可分成去活性疫苗、活體減毒疫苗及類毒素疫苗 3 大類。去活性疫苗是透過熱或化學藥劑,把致病微生物結構破壞或把它殺死所形成的,但因部分結構仍完整,可誘起免疫反應達到免疫治療的目的,如流感、霍亂、腺鼠疫、A型肝炎等的疫苗。但這類致病微生物毒性較低、時效短,無法引起免疫系統完整的反應,有時必須追加施打。

活體減毒疫苗是利用培養技術製造出的減低毒性活體微生物的品種。由於免疫反應主要偵測的是病菌本身外部的構造,因此減去毒性物質或微生物代謝產物仍可有效產生施打疫苗者的免疫力,例如黃熱病、麻疹、腮腺炎等疫苗。

此外,某些微生物本身無害,但其產生、釋放的毒素是疾病的根源,科學家便把這類毒素改造或破壞以形成類毒素疫苗。這類疫苗具免疫反應所需的基本誘發功能,卻不傷害接種者,例如破傷風和白喉疫苗。
 
流感病毒模型。
▲流感病毒模型。
 
DNA的立體結構模型。
▲DNA的立體結構模型。
 
基因疫苗
針對目標細胞,藉由改造過的病毒或細菌感染,以插入基因或調節基因表現的手法,引起免疫系統的活化。若這些細胞因此在表面呈現異於接種者本身的物質,將會被免疫系統辨識而受到攻擊。儘管這項技術仍在試驗中,卻可能成為未來治療癌症、遺傳疾病的重要療法。

目前研究發現,基因疫苗可以引發高效價的抗體反應,同時伴隨細胞性免疫反應,包括輔助T細胞和殺手T細胞。在人體內殺手T細胞利用其細胞表面受器,專司負責發現並清除受病毒感染的細胞,同時對癌細胞的治療也有顯著的效果。因此如何引發具專一性的殺手T細胞,一直是預防和治療性癌症疫苗研發的重點。而用傳統的死毒疫苗或重組蛋白疫苗免疫,通常無法獲得有效的殺手T細胞反應。

免疫反應
 
電子顯微鏡下的淋巴細胞,它是人體免疫系統的主要組成。
▲電子顯微鏡下的淋巴細胞,它是人體免疫系統的主要組成。
 
主動免疫
以激發個體自行產生抗體的免疫過程,稱為主動免疫。免疫系統可分辨敵我,把不同於己的外來物視為病原,產生相應的各種反應,包括一般性發炎反應:紅、腫、熱、痛,以及製造具有專一性的抗免疫球蛋白,利用中和病原、活化相關攻擊活動等方式建立專一的防禦機制,用以摧毀異物,並短期或長期地記憶這種外來物。

疫苗接種就是利用免疫系統的運作原理,使注入接受者體內的物質類似或等同於異物,而引發相似的生理功能,以便於日後較具毒力的相似物質侵入體內時,能夠回憶起類似的狀況,加快對付病原的反應。

被動免疫
疫苗除了可提供主動免疫的防範措施外,也可以在狀況緊急時,直接協助患者施打血清型疫苗。也就是由具備該疾病抵抗力的個體中,抽取血液並且純化出該種抗體,或是經由生化合成出抗體,以直接注入患者體內壓制病原的活動力。

但由於血清內抗體不可重複使用,會受到體內自行代謝分解,個體仍須自行產生抗體,以自發的免疫反應辨識外來物,予以記憶並持續製作抗體抵禦病況,才能真正地痊癒。這種疫苗接種引發的免疫反應,就稱為被動免疫。
免疫反應的來源
▲免疫反應的來源

 

疫苗消滅疾病

自 200 多年前金納博士發現牛痘感染可預防天花後,近 100 多年來許多免疫學者前仆後繼地研發各種疫苗。疫苗的使用一度在人類對抗傳染性疾病上獲得了勝利,令人以為終將戰勝所有的微生物。

後來發現,有更多的致病微生物無法用減毒或死毒法製造出有效的疫苗,例如引起瘧疾的 Plasmodium,臺灣地區最近流行的登革熱,或令人聞之色變造成愛滋病的 Human Immunodeficiency Virus(HIV),肺結核病原菌等。這些病原菌的防疫都需要細胞性的免疫反應,也就是需要誘發殺手型的免疫細胞而非抗體免疫反應。

這種細胞性免疫反應的誘發,目前最有效的方式是使用活毒疫苗。活毒疫苗的應用常受到有無適當的病毒培養方法和是否具安全性的限制,因為病毒需要寄主細胞來繁殖,但寄主細胞通常不易獲得或培養,而要把一個活的病毒打入人體,當然需要仔細地考量安全性的問題。

此外,有的傳染病雖然已有疫苗,卻不能根絕疾病,證明這些疫苗的保護效力並不周延,例如現在結核病在世界各地的死灰復燃,也說明了疫苗研發的迫切性。這些研發工作都需要免疫學者不斷地投入與試驗,以便在傳染性疾病的預防與各類疾病的積極免疫治療上能有重大的突破,達成疾病根除的目標。
 
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