疫苗研发进程中的动物身影
当下,世界上绝大多数人从出生后不久便开始接种各种疫苗:乙肝疫苗、百白破疫苗、麻腮风疫苗、HPV疫苗、流感疫苗、新冠疫苗……这些疫苗保护了无数生命,使许多曾经令人恐惧的传染病变得可以预防,甚至被彻底消灭。但很多人并不知道,在疫苗发展的漫长历史中,动物始终扮演着不可或缺的角色。从牛、马、兔、豚鼠,到小鼠、鸡、猴、雪貂和猪,许多动物都曾在疫苗研发中留下重要身影。它们帮助科学家认识疾病的发生机制,验证疫苗能否产生保护作用,评估疫苗是否足够安全,也让候选疫苗在进入人体试验之前,先经过必要的有效性和安全性检验。可以说,每一支疫苗从实验室走向人群保护的背后,都凝聚着科学家的努力,也有实验动物作出的重要贡献。
01、牛与疫苗的起点
天花曾经是人类历史上最可怕的传染病之一。感染者会出现严重皮疹、发热,甚至死亡。18世纪末,英国医生爱德华·詹纳发现,挤奶女工如果感染过一种较轻的“牛痘”,往往不容易再得天花。1796年,他用牛痘材料进行接种试验,证明人可以因此获得对天花的保护。这件事后来被认为是现代疫苗学的重要开端。“疫苗”这个词本身也与牛有关,英文vaccine来自拉丁文vacca,意思就是“牛”。也就是说,人类疫苗事业的起点,就离不开动物。
02、狗、兔和豚鼠,帮助人类理解疫苗如何发挥作用
到了19世纪,法国科学家路易·巴斯德进一步推动了疫苗学发展。他通过动物实验研究病原体如何致病、如何减弱毒力,以及机体如何获得免疫保护。其中最著名的是狂犬病疫苗。狂犬病一旦发病,死亡率极高。巴斯德通过狗,兔和豚鼠等一系列动物研究,最终研制出狂犬病疫苗,并成功用于人体。在这个阶段,动物不仅帮助科学家“试验疫苗是否有效”,更重要的是帮助人类理解:为什么接触一种被削弱的病原体后,身体会获得保护?为什么有些疫苗可以预防疾病?
免疫系统是如何被“训练”的?这些问题,正是现代免疫学的基础。
03、马和豚鼠,推动了抗毒素和细菌疫苗发展
在白喉和破伤风等疾病研究中,马和豚鼠曾经非常重要。白喉和破伤风的可怕之处,很大程度上来自细菌产生的毒素。科学家发现,如果让动物接触经过处理的毒素,动物体内就会产生能够中和毒素的抗体。早期的抗毒素血清,很多就是通过马来制备的。详见本号前文《救马又救人的马血清》马体型大,能够产生较多血清,因此曾经是早期抗毒素生产的重要动物。豚鼠、兔等动物则常被用于检测毒素、评估抗毒素效果和疫苗安全性。这让人类逐渐明白:疫苗不一定只是“预防感染”,也可以通过诱导抗体来中和病原体产生的毒素。
04、鸡和猴,帮助病毒疫苗走向成熟
20世纪是病毒疫苗快速发展的时代。黄热病、脊髓灰质炎、麻疹、腮腺炎、风疹等病毒性疾病的疫苗研发,都离不开动物和动物来源的培养系统。例如,鸡胚曾被广泛用于病毒培养和疫苗生产。鸡胚结构稳定、易于获得,适合某些病毒生长,对黄热病疫苗、流感疫苗等研发和生产都产生过重要影响。猴在脊髓灰质炎疫苗研发中也发挥了关键作用。脊髓灰质炎,俗称“小儿麻痹症”,曾经让许多儿童终身瘫痪。科学家需要知道病毒如何感染神经系统,也需要验证疫苗能否产生保护作用。由于猴在某些病毒感染和免疫反应方面与人类较为接近,因此成为当时研究脊灰疫苗的重要动物模型之一。后来,Salk灭活脊灰疫苗和Sabin口服减毒脊灰疫苗相继问世,大规模接种使脊灰在世界许多地区得到控制甚至消除。这背后,有病毒学、细胞培养技术、临床研究的共同进步,也有实验动物不可替代的贡献,详见本号前文《小儿麻痹症与百万只猴》。
05、小鼠、兔、猴和雪貂,继续参与现代疫苗研发
进入21世纪后,疫苗技术越来越先进。重组蛋白疫苗、病毒载体疫苗、mRNA疫苗、DNA疫苗等新技术不断出现。但即使技术进步了,实验动物仍然是疫苗研发中非常重要的一环。不同动物有不同作用:小鼠常用于早期研究。它们繁殖快、遗传背景清楚,适合研究疫苗是否能诱导抗体和T细胞反应。兔常用于评价抗体产生能力,也常用于安全性和免疫原性研究。豚鼠在某些细菌、病毒和毒素相关疫苗研究中仍有价值。雪貂在流感、新冠等呼吸道病毒研究中很重要,因为它们对某些呼吸道病毒的感染表现与人类有相似之处。猪在免疫学、呼吸道疾病和某些疫苗评价中也有特殊价值。非人灵长类动物,也就是猴类,则常用于关键阶段的桥接研究。它们与人类亲缘关系近,免疫系统、生理结构和疾病反应更接近人类,因此在一些重大传染病疫苗进入人体试验前,能够提供重要参考。例如,埃博拉疫苗、新冠疫苗、艾滋病相关疫苗、结核疫苗等研究中,非人灵长类动物都曾发挥重要作用。
06、看见疫苗背后的动物身影
回顾疫苗发展的历史,我们会看到一条清晰而动人的线索:牛痘开启了现代疫苗学的大门;狗、兔和豚鼠帮助科学家认识免疫保护的基本规律;马推动了抗毒素治疗和早期免疫制品的发展;鸡(胚)促进了病毒培养和疫苗生产技术的进步;猴在脊髓灰质炎、埃博拉、新冠等重大疫苗研发中完成了关键验证;而小鼠、兔、雪貂、猪等动物,至今仍在现代疫苗研究中发挥着重要作用。疫苗保护了人类,也被广泛用于保护动物健康;与此同时,动物尤其是实验动物,又帮助人类更快、更安全地获得这些保护。它们不是疫苗史中的背景角色,而是医学进步中沉默却重要的参与者。今天,当我们谈论疫苗带来的健康收益时,也应看见这些动物的贡献。正是它们与一代代科学家共同努力,推动人类逐步走出天花、脊髓灰质炎、狂犬病、白喉、破伤风、HPV相关疾病、埃博拉和新冠等传染病的阴影。可以说,疫苗的发展史,不仅是一部人类战胜疾病的历史,也是一部人类与动物共同推动医学进步的历史。
【本文得到了 “中国科学院战略生物资源专项实验动物平台项目” 的支持。】