作者：Douglas R. Lowy; John T. Schiller
编译：麦子
9月5日，拉斯克奖基金会公布了今年的获奖者。基础研究奖颁给了发现营养激活TOR（Target of Rapamycin）蛋白的瑞士伯尔尼大学的分子生物学家Michael N. Hall。
临床医学研究奖，则给了美国国家癌症研究所（NCI）的两位科学家Douglas R. Lowy和John T. Schiller，他们研发了病毒样颗粒技术，用以研发HPV疫苗，使宫颈癌及其他HPV感染引起的肿瘤有了更便利的预防方法。
HPV疫苗于2006年一经FDA批准就引起了全球反响，被称为女性福音。今年7月底，葛兰素史克的二价HPV疫苗在中国上市，四价疫苗应该也快了，总算脱贫有望。两位获奖者在JAMA上发表了一则篇小综述，为我们疏理了HPV疫苗研发史上的重要事件。
早在19世纪，宫颈癌的性传播倾向就被Rigoni-Stern发现，而20世纪初人们便知道人乳头瘤病毒（HPV）会引起生殖器和非生殖器疣。但这种病毒却一直没有得到重视，直到上世纪80年代zur Hausen及其同事发现。
HPV的两个亚型有点独特，HPV-16或HPV-18会引起生殖器疣，且可在约70%的宫颈癌患者中找到，这是全球女性的第三大常见癌症。
接下来，许多基础病毒学和流行病学研究组的成果都指向一个结论，HPV感染是好几种癌症的原因。约30%的宫颈癌与HPV-16或HPV-18无关，但也能归结于至少10种HPV亚型中的一种。
而与宫颈癌有关的一系列HPV亚型中，尤其是HPV-16，也会引起其他部位的癌症，如肛门、外阴部、阴道、阴茎、口咽部，有些癌种在男性中更为普遍，近25年来还翻了3倍。
美国的宫颈癌筛查有效降低了它的发病率和死亡率，现在与其他HPV相关的癌症相比，病例也少了许多。但在发展中国家，宫颈癌却还占了HPV相关癌症的90%，每年死于这些癌症的人数2015年有206000人，预计到2030年要涨到317000人。
研发病毒样颗粒疫苗
从预防天花的经验中便知道，疫苗是一种预防感染性疾病的低成本好办法。诱导内体的保护性免疫比治疗疾病要容易。多数疫苗的里程碑式成果即为使接种者产生中和抗体。
HPV病毒颗粒衣壳的两种结构蛋白L1和L2都含有中和表位。L1蛋白含有免疫优势表位，但能否诱导感染抑制抗体则与其构造密切相关，提示病毒样颗粒（VLP）的结构貌似最有可能。因为所有HPV亚型都含有致癌基因，一个有预防作用的疫苗就需要去除它们。
VLP和病毒的组装 | J Clin Invest. 2016 Jan 4; 126(1): 5–11.
在此背景下，Kirnbauer，Lowy，Schiller及其同事的实验则发现，用重组杆状病毒载体在昆虫细胞中单独表达L1，可使VLP自组装，诱导高滴度中和抗体。
VLP结构是很必要的，因为变性VLP只能诱导非中和L1抗体。这是在牛乳头瘤病毒1型（BPV-1）上进行的初步观察，因为那时研究者们有感染性BPV-1，并研制出了定量体外BPV-1感染-中和试剂。
HPV-16的早期研究中，周健、Frazer及其同事报告称，仅表达L1是无法刺激VLP的，而L1与L2共表达又会形成异常颗粒。Kirnbauer，Lowey及Schiller等则尝试将他们的观察结果延用于HPV-16 L1蛋白，却发现它的自组装效率比BPV-1低了3个数量级。
他们猜测实验所使用的来自zur Hausen参考株的L1是个突变体，因为它是从宫颈癌样本中分离而来。因此他们尝试使用非恶性病变样本中分离的HPV-16 L1蛋白，这回自组装效率就和BPV-1一样了。测序分析表明，野生型病毒株与突变的参考株有一个氨基酸的差异。
当Roden、Lowy和Schiller研发出HPV-16中和试剂时，他们发现野生型L1诱导的抗体具有高度中和活性，而参考株的L1则没有。
临床前疫苗检测
因为具有物种特异性，所以还需要在各种动物的乳头瘤病毒系统中进行临床前试验。在各研究组的犬、兔乳头瘤病毒的试验中（其中后者也有两位获奖者参与），都独立证实了VLP能诱导较强的保护效力。
Campo、Lowy和Schiller的BPV-4体内试验确认了疫苗的预防效力，但不能用于治疗，因为BPV-4引起的病损并没有消退。
Roden，Lowy和Schiller又做了各种HPV亚型的VLP体外试验，发现对HPV-16和HPV-18免疫者对其他亚型却没有相同的保护作用，提示其保护作用可能受限于HPV亚型，所以疫苗应该要有来自多种亚型的VLP。
人类接种HPV疫苗
早期临床试验在年轻女性和男性中进行，Harro、Lowy和Schiller发现，单价HPV-16 L1 VLP疫苗有很好的耐受性及免疫活性。在安慰剂对照试验中，HPV-16 L1 VLP疫苗有显著效力，试验组的768名女性没有一例出现新的HPV-16感染，而对照组的765名女性却有41例受了感染。
四价VLP疫苗（HPV-6、HPV-11、HPV-16、HPV-18）和二价VLP疫苗（HPV-16和HPV-18）的国际试验，则在年轻女性中获得95%的效力抵抗相应亚型HPV引起的宫颈疾病，促使FDA在分别在2006年和2009年批准了默克和葛兰素史克生产的疫苗。
这疫苗是第一次成功预防了区域性性传播疾病。男性四价疫苗的试验则使用肛门发育异常作为临床结局指标，也成功于2009年获得了FDA批准。
接着又研制了第二代的九价疫苗，加上了宫颈癌常见亚型中紧随HPV-16和HPV-18之后的5种，因为原来的四价疫苗只有非常有限的交叉保护效力。这个疫苗于2014年被FDA批准用于男性和女性。
二价、四价、九价疫苗成分 | J Clin Invest. 2016 Jan 4; 126(1): 5–11.
在澳大利亚，2007至2013年间只有女性接种。四价疫苗一经获批便风靡全国，获得了较强的群体免疫，使得澳大利亚出生的年轻男性（异性恋）的这四种亚型HPV感染率及生殖器疣发病率也降低了近4倍。
减小疫苗剂量，提高接种率
基于其他亚单位疫苗的经验，HPV疫苗原来是要在6个月中接种3次，能在绝大多数接种者中诱导较高的抗体滴度。而各疫苗在FDA批准后的研究又表明，青少年分2次接种，间隔至少6个月，所获得的HPV抗体滴度也至少跟3次接种的女性一样高，于是监管部门又批准了青少年的2次接种方案。
2013年，哥斯达黎加的试验收获了出乎意料的结果，单剂量接种也有可能得获得长期保护。
J Clin Invest. 2016 Jan 4; 126(1): 5–11.
接着，在对二价疫苗和四价疫苗的事后检验分析中发现，女性受试者接种1次、2次、3次都能获得较高的效力（M. Safaeian，未发表数据，2017年八月）。更惊艳的是，只接受二价疫苗单剂量接种的女性，其血清HPV-16和HPV-18的抗体滴度能在1年内达到平台期，比接受全部3次接种者只低了4倍，且这个水平可以稳定7年。
此前从来没有亚单位疫苗单剂量接种可以获得如此持久应答的先例，这通常见于减毒活疫苗。这种连续持久的抗体应答似乎可以归因于VLP的颗粒状及重复结构。
一项由NCI和盖茨基金会联合资助的严格临床试验（NCT03180034），将要在青少年女性中检测二价和九价疫苗的单剂量接种效力。如果这个试验能证明至少1种疫苗能在1次接种后获得长期保护作用，它就有潜力在全球范围内改变现行的指南。
一次接种显然更便宜，操作也更简单，能极大提高接种率，尤其是在资源不足的地区，那里恰是HPV相关癌症猖獗的地方。而且如果单剂量接种试验能获得成功，也应该严肃考虑将来的疫苗研发是否也可以采用VLP或同型重复结构。
总结
目前对HPV相关癌症的理解及HPV疫苗的研发，是得益于许多个研究组的贡献。尽管此前没有先例记载疫苗能预防性传播感染后引发的疾病，两大制药企业（默克和葛兰素史克）还是抓住了机遇，当然受试者们也不可或缺。
消除HPV相关癌症作为一个公共健康问题，是一场持久战，现在已经看到了希望。然而，还要想办法提高全球接种率才能尽快实现这个目标。
参考资料：Preventing Cancer and Other Diseases Caused by Human Papillomavirus Infection: 2017 Lasker-DeBakey Clinical Research Award
https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/2652676
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