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腺病毒载体安全吗?

使不使用腺病毒载体疫苗,归根结底是一个药物研发时经常需要考虑的风险/收益比值问题。
 
撰文 | 史隽
 
最近几周,关于腺病毒载体的新冠疫苗的副作用新闻越来越多。
 
4月7日,欧洲药品监管机构发现阿斯利康公司与牛津大学合作开发的基于大猩猩腺病毒载体的新冠疫苗 (ChAdOx1 nCoV-19, 也叫做AZD1222) 与罕见的血凝块问题之间可能存在联系。异常血凝块和低血小板将会被作为 “非常罕见”的副作用,添加到疫苗的产品信息中。英国医药监管机构也表示,阿斯利康的新冠疫苗和罕见血凝块之间可能有联系。
 
4月13日(周二)上午,美国联邦健康监管机构建议暂停使用强生公司的基于腺病毒载体的新冠疫苗(Ad26.COV2.S),因为在注射过这款疫苗的人群中,有6位18-48岁的女性出现了血凝块(blood clot)。其中一例死亡,另一例重病住院。
 
周三(4月14日),又有两个病例被确认:第7位女性,以及一个临床试验中的男性。
 
这8例中有7位的症状是脑静脉窦血凝块,都发生在疫苗接种以后的6-14天。
 
美国疾控中心(CDC)疫苗顾问委员会经讨论后决定,美国暂停接种强生疫苗几周,在这期间,继续收集强生疫苗可能引起血凝块副作用的数据,然后再做进一步决策。这是因为三百万剂强生疫苗刚在过去的两周内施打,副作用可能需要几周时间才能显现。
 
腺病毒是一种弱化的感冒病毒,于1953年首次在人类腺样体组织中发现。在人类中,腺病毒通常引起的是轻度的呼吸道感染和胃肠道感染。但是,对免疫功能低下或已有呼吸系统或心脏疾病的人来说,腺病毒感染也可能是致命的。猿猴、黑猩猩和人类等各种各样的哺乳动物身上都有腺病毒。从人类身上已经分离到50多种腺病毒,其中Ad5是在生物医学领域最常用的一种。
 
腺病毒载体疫苗就是将一段病毒的基因插入腺病毒的基因。这种被改造的病毒通常被科学家们称为载体。病毒载体的唯一目的就是感染细胞,表达所携带的有用基因。当腺病毒疫苗被注射入体内,感染细胞,就会表达这段病毒基因,生成蛋白作为抗原,引发免疫反应。一个通俗的比喻,可以把腺病毒载体想象成出租车,车上载着重要的物资,到达指定的地方,然后卸载物资。
 
在新冠疫苗之前,被批准使用的腺病毒载体疫苗只有卡介苗。还有一些腺病毒载体疫苗正在研发中:针对艾滋病毒(HIV)、埃博拉病毒、流感病毒等的腺病毒载体疫苗正在人体临床试验中;针对狂犬病病毒、登革热病毒和中东呼吸综合征冠状病毒的腺病毒载体疫苗还在临床前的研发状态。
 
全世界研究最广泛的一种HIV疫苗,就是用Ad5载体表达三种HIV抗原。然而,这种疫苗在临床上未能降低病毒载量,反而增加了某些男性感染HIV的风险。
 
腺病毒载体也曾被用于基因治疗。但它几乎令整个基因治疗领域一度陷入瘫痪。
 
上世纪90年代,美国亚利桑那州的图森市住着一家六口,爸爸妈妈和四个孩子,两男孩两女孩。其中一个男孩正在上高中,名叫杰西·基辛格(Jesse Gelsinger)。他是一个善良聪明的男孩,热爱骑摩托车和职业摔跤,并在一家超市兼职。基辛格不是一个很有野心的孩子,他的银行账户中只有10.10美元,因为需要10美元才能保持开户状态。随着年龄的增长,他越来越独立,甚至开始有点叛逆。不幸的是,叛逆对于他来说,不只是一个成长的阶段,甚至还威胁到了健康和生命。
图1:杰西·基辛格(Jesse Gelsinger)。(来源:wikipedia)
 
基辛格患有一种罕见的代谢疾病,称为鸟氨酸转氨甲酰酶缺乏综合征(OTCD)。OTCD病人完全或部分缺乏鸟氨酸氨基甲酸酯化酶(OTC)。OTC是人体内尿素循环的5个关键酶之一,对分解和去除体内的氮起重要作用。缺乏OTC酶会导致体内过量的氮以氨的形式在血液中积聚。而氨是一种神经毒素,过量的氨会通过血液进入中枢神经系统,导致呕吐、厌食、嗜睡和昏迷。有些患有重症OTCD的婴儿,氨会在血液中积累到致死的水平。这些婴儿在出生后72小时内就会陷入昏迷并遭受脑损伤,其中一半的婴儿会在一个月内死亡,另一半幸存者也会在5岁前去世。
 
基辛格在两岁时被诊断出OTCD,但不是典型的病例:他的突变似乎是在子宫内自发产生的,而且属于科学家所说的“马赛克突变” ——不是所有的细胞都有突变,而只是一小部分细胞缺失了OTC酶。因此他的症状并没有那么严重。虽然偶尔还是会发病,但大部分时间可以通过低蛋白饮食和每天32粒药片来控制。
 
然而,到了17岁那年(1998年),他开始有叛逆的想法,经常不遵医嘱,自己偷偷停药。1998年12月22日,他父亲回到家,发现基辛格蜷缩在沙发上,不停地呕吐。他被送去医院,插管并保持在昏迷状态,直到体内氨的水平得到控制。这次康复出院以后,他再也没敢少吃一粒药。
 
基辛格的儿科遗传学医生告诉他,美国费城宾夕法尼亚大学的研究人员正在研发一种基因疗法来修复缺失的OTC基因。这种基因疗法用腺病毒载体Ad5 表达OTC酶。这个改造过的、理论上不会致病的腺病毒经右肝动脉灌注到病人体内,感染患者的肝细胞,表达携带的OTC酶。
 
基辛格和他父亲对此非常感兴趣,如果治疗成功,基辛格可能就能像正常人那样生活,不需要再吃那么多药片,也不用再严格控制饮食——对他来说,甚至吃半个热狗都是一种奢侈。基辛格想立即注册,但他要等到18岁成年后才符合参加临床试验的条件。
 
当时,基因治疗只在少数遗传病患者身上试过。研究人员的实验疗法在实验室里延长了缺失OTC酶的小鼠的寿命,科学家们希望这个基因修复方法最终可以用于治疗人的肝脏疾病。
 
当基辛格报名参加这项临床试验时,他知道他不会受益:这项试验只是临床一期,旨在调查这个基因疗法对症状最严重的婴儿的安全性,而不是有效性——目的是找到 “最大耐受剂量”:该剂量要足够高,能让基因起作用;但又要足够低,以免患者遭受严重的副作用。然而,基辛格渴望能够为一个新疗法的研究做出贡献。他对一位朋友说:“在我身上发生的最糟糕的事情是什么?我死了。但这是为了那些患有绝症的婴儿。”
 
1999年6月18日是基辛格的18岁生日。他和家人飞往费城去拜访父亲那边的亲戚。他们参观了自由钟和洛基雕像,在那里,杰西高举拳头和雕像合影 (图2)。22日,他们去了宾夕法尼亚大学,那里的医生对他们解释了临床试验的内容,并对基辛格进行了血液和肝功能检查,看他是否符合参加试验的条件。他符合条件!试验预定在秋天开始,他将会是最年轻的志愿者。
图2:18岁的杰西·格辛格(Jesse Gelsinger)在宾夕法尼亚大学的一尊雕像旁的照片。(来源:The Arizona Daily Star/AP Photo)
 
该临床试验计划包括18位成人,最终有19名志愿者签约,基辛格是第18位被灌注修改过的腺病毒的志愿者。
 
基辛格的治疗于9月13日星期一开始。他会接受最高剂量的病毒载体。已经接受治疗的17名志愿者中有一名女性,也接受了与杰西相同剂量的病毒(虽然是不同的生产批次),并且反应良好。
 
早上 10:30,基辛格开始接受病毒灌注,中午12:30结束。晚上,基辛格感到恶心,发烧到了40.3度(华氏104.5度)。医生们并不特别惊讶,因为其他患者也经历了同样的反应。他的父亲,保罗·基辛格(Paul Gelsinger),还在亚利桑那的家中,准备过几天再飞到医院来,给他打了电话。聊完以后,他们互相说了我爱你,然后告别。那是他们说过的最后一句话。
 
第二天早上,基辛格开始犯迷糊,并显示出黄疸的迹象。测试证实,基辛格的胆红素(一种红细胞的分解产物)是正常水平的四倍。医生们开始担心,因为这不是一个好迹象。异常高的胆红素通常意味着两件事必居其一:肝脏衰竭或凝血障碍——红细胞分解的速度快于肝脏代谢分解的红细胞的速度。科学家们在猴子身上试验这种腺病毒载体的增强版的时候,曾看到过相同的症状。这类症状会危急任何人的生命,但对患有OTCD的人尤其危险,因为红细胞分解时会释放出蛋白质, 而OTCD患者不能很好的处理蛋白代谢过程产生的氮。中午,基辛格进入昏迷状态。到了晚上23:30,他血液中的氨水平升高到正常水平的10倍多。医生开始为他透析。
 
基辛格的父亲连夜从家里飞到费城,周三早上到了医院。下午,基辛格似乎稳定下来。然而,到了晚上,情况又开始恶化。他开始有强烈的炎症反应和血栓,随后肾、肝和肺的功能相继衰竭。
 
1999年9月17日早晨,也就是接受药物治疗的第5天,基辛格被宣布脑死亡。照顾他的医生和护士团队对他的迅速恶化和死亡感到震惊。由于基辛格的死亡,最后一名志愿者未得到治疗。
 
基辛格的老家图森市有座赖特山,锯齿状的山峰耸立,俯瞰着深深的峡谷,峡谷底的沙漠上点缀着仙人掌,延伸到郁郁葱葱的黄松林。据说这是在亚利桑那州南部最接近天堂的地方,也是基辛格最喜欢的地方。1999年11月初,基辛格死亡的7周后,一个晴朗的星期天下午,大约20多个送葬者,其中包括基辛格的父亲、母亲、继母、两个姐妹、一个兄弟、三位主治医生和一些朋友,带着装有他骨灰的药瓶,沿着一条陡峭的小路跋涉了五英里到达山顶,把他的骨灰撒进峡谷。
图3:赖特山 (Mount Wrightson,来自网络)。
 
基辛格的死亡是首例与腺病毒载体的基因治疗直接相关的病例。他的死亡证明书上的原因是成人呼吸窘迫综合征。然而真正的死因要复杂得多。
 
临床试验之前,宾夕法尼亚大学的詹姆斯·威尔逊(James Wilson)教授的实验室在小鼠身上进行了20多次有效性试验,在小鼠、恒河猴和狒狒身上完成了12项安全性研究。另外一位志愿者也被灌注了这个病毒载体,所用的剂量和基辛格接受的一样,观察到了预期的类似流感的副作用以及一些轻度的肝脏炎症,这种炎症会自行消失。
 
然而,基辛格接受该载体后,发生了一系列无法预测的连锁反应——黄疸、凝血功能障碍、肾衰竭、肺衰竭和脑死亡。换句话说,多器官系统衰竭。真正的致死原因到现在还不是完全清楚,一个流行的理论是,腺病毒引发了炎症风暴,但具体为什么还不是很清楚。
 
一个在研基因疗法导致一位大致健康的志愿者死亡,这一消息震惊了基因治疗领域,甚至整个生物医学研究领域。新闻报道将研究人员描述成急切、不谨慎的人,走捷径,无视保护志愿者健康为第一的准则。基辛格的家人提出了法律诉讼。整个基因治疗领域开始崩溃,投资人不愿意投钱,很多初创公司倒闭。威尔逊教授发现自己处于多项调查的中心。他被剥夺了头衔,他的基因治疗中心也被解散,并被禁止再进行任何临床试验。这个情况一直持续到了2010年。
图4:詹姆斯·威尔逊(James Wilson)教授 (来源: https://gtp.med.upenn.edu/people/dr-jim-wilson)
 
尽管如此,威尔逊把实验室减员,埋头专注寻找更安全的病毒载体。最终,他的职业生涯和基因治疗领域都实现了一个惊人的卷土重来。他实验室的工作最终促进了多种血清型的腺伴随病毒 (adeno-associated virus ,AAV) 的发现,并促使其广泛运用于基因疗法。
 
腺伴随病毒比腺病毒小,本身不会致病,也不能独立复制。2019年诺华制药公司被批准的基因疗法Zolgensma使用的就是一种腺伴随病毒AAV9,可以挽救患有致命神经疾病的婴儿。
 
十年前,大家见到威尔逊都绕道走。现在,基因疗法已经成为了生物医疗领域的新热点。威尔逊是宾夕法尼亚大学基因治疗和孤儿疾病中心的负责人,也是很多生物公司的创始人。他在宾夕法尼亚大学的团队有200多人,占用了多幢楼的好几层,就像是一个小型的生物技术公司。多个房间被改造成小型的AAV生产车间;还有一个很大动物房,饲养了许多动物(小鼠、猴子、猫和狗),用来测试AAV基因疗法的有效性和安全性。
 
在生物医学界,有些人赞扬威尔逊推动了基因治疗领域的复兴,也有人认为就是他20年前的错误才导致整个领域几乎全盘覆灭。不管怎样,不容置疑的是,基因疗法的再度兴盛和威尔逊紧密不可分割。
 
然而,对于保罗·基辛格来说,他深爱的儿子杰西·基辛格再也不会回来了。他认为,如果当年威尔逊严格遵循临床试验的章程,对杰西·基辛格进行一个免疫反应筛选测试,那么杰西·基辛格就不会符合参加临床试验的条件,也可能不会因此去世了。
图5:2000年2月2日,保罗·基辛格在基因疗法的听证会上 (来自于c-span)。
 
截至4月15日,美国已有740万人接种了强生疫苗,还没有除了血凝块以外的其他严重不良反应的报道。
 
专家们尚未确定疫苗是否和血凝块的出现直接相关。CDC/FDA出于谨慎小心的考虑,在调查这个罕见的血凝块时,暂停使用强生疫苗。
 
“暂停使用”是一种很普遍的做法。在临床试验以及疫苗广泛接种之后,专家会跟踪接种疫苗的人遇到的任何医疗问题。如果某些病症出现得异常多,监管机构可能会决定暂停试验或停止使用疫苗,作进一步调查。这么罕见的副作用被发现,恰恰表明了疫苗大规模使用后,跟踪系统发挥了作用。
 
这个副作用到底是什么原因造成的还有待进一步的调查。调查的目的是搞清楚这些问题只是巧合,还是和疫苗直接相关。如果结果显示疫苗确实存在风险,也许科学家们能够识别出高风险人群的一些共同的内在特征,那么就可以编写新指南,注明谁不应该接种疫苗。暂停也给了监管机构时间,去建议医生们该如何识别和治疗副作用的症状。
 
根据美国CDC的统计,在美国,每年有30万至60万人在其肺部或腿部静脉或身体的其他部位出现血凝块。这意味着,在美国人口中每天约1000至2000个人会有血凝块。现在每天有数百万人接种疫苗,很可能某些接种过疫苗的人会随机出现血凝块,和疫苗没有直接关联。
 
然而,目前发现的强生疫苗接种者的血凝块症状和普通的血凝块症状不同,也少见得多。除了在大脑中形成脑静脉窦血栓 (cerebral venous sinus thrombosis, CVST) 外,所有这些接种者的血小板水平都非常低,这使他们容易出现异常出血。这和某些阿斯利康疫苗接种者的症状很相似。
 
尚不能完全确认是腺病毒技术引起了问题。《新英格兰医学杂志》(NEJM)连发了两篇文章,阐释了阿斯利康的新冠疫苗引起血凝块的可能机理,似乎和病毒载体直接相关。
 
强生和阿斯利康公司的新冠疫苗都使用了腺病毒载体,分别是Ad26和大猩猩腺病毒载体 (ChAdOx1) 。俄罗斯的新冠疫苗Sputnik V(混合的Ad26+Ad5)和中国的康希诺疫苗 (Ad5) 也采用了类似的技术。
 
由于腺病毒是可能引起普通感冒的病原体,所以很多人过去已经自然感染过腺病毒(尤其是在儿童时期),对病毒载体产生过免疫反应,体内已经有针对这些腺病毒的抗体。这些既往感染获得的、预先存在的免疫力 (pre-existing immunity) 可能会降低腺病毒疫苗的有效性。同理,腺病毒疫苗的第二针的有效性相比于第一针也可能会大打折扣。根据一篇论文的统计,在南非、肯尼亚、乌干达和泰国,对Ad5有预先存在的免疫力的比率分别为87.9-89.5%,90.5%,86.4%和82.2%,对Ad26的比率是43.1–53.2%, 66.2%, 67.8%, and 54.6%[3]。一个早期的研究表明,大猩猩腺病毒ChAdOx1在英国和冈比亚的成年人中有预先存在的免疫力的人较少[4]。但是,不同地区的人对某种腺病毒有预先免疫力的比率都不完全相同。
 
目前为止,打了强生疫苗出现CVST的比例是百万分之一,打了阿斯利康疫苗出现CVST的比例是百万分之五。而感染新冠病毒以后有血凝块的几率是百万分之135000。根据牛津大学研究人员于4月14日发布、尚未经过同行评审的数据分析,感染新冠病毒的患者有类似于CVST症状的几率是百万分之39 [5]。换句话说,不打疫苗,如果感染新冠,得CVST的几率远远大于打了疫苗以后得CVST的几率。
 
归根究底,这是一个药物研发时经常需要考虑的风险/收益比值(risk/benefit)。任何药物/疗法,对每一个人的风险/收益比值都不同,需要自己衡量判断。希望专家们能很快找到一个风险指标,区分出注射疫苗有CVST的高风险人群,这样剩下的人就能放心地打疫苗了。
 
参考文献
 
[1] https://www.nytimes.com/1999/11/28/magazine/the-biotech-death-of-jesse-gelsinger.html
 
[2] https://cen.acs.org/business/The-redemption-of-James-Wilson-gene-therapy-pioneer/97/i36
 
[3] D. H. Barouch et al., International seroepidemiology of adenovirus serotypes 5, 26, 35, and 48 in pediatric and adult populations. Vaccine 29, 5203-5209 (2011).
 
[4] M. D. J. Dicks et al., A Novel Chimpanzee Adenovirus Vector with Low Human Seroprevalence: Improved Systems for Vector Derivation and Comparative Immunogenicity. PLOS ONE 7, e40385 (2012).
 
[5] https://osf.io/a9jdq/



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