绝命毒师前仆后继，造就大名鼎鼎的类毒素疫苗——百白破疫苗

百白破疫苗是百日咳、白喉、破伤风联合疫苗的简称，涵盖了20世纪初发病率和死亡率都很高的三种感染性疾病。

1883年，德国医生埃德温·克莱布斯（EdwinKlebs）在白喉患者咽喉采样的白膜染色涂片中发现了病原微生物。次年，普鲁士军医弗里德里希·勒弗勒（Friedrich Loeffler）培养分离出白喉棒状杆菌，并证明白喉的症状是由细菌在感染过程中产生的一种外毒素引起的。

1884年，德国科学家尼古拉尔（Arthur Nicolaier）将破伤风与患者伤口中的厌氧菌相关联，并假设这种病是由毒素扩散引起的。1889年，日本研究人员北里柴三郎率先培养并分离出破伤风梭菌。

百日咳杆菌的发现略晚于前两种细菌。1901年，在巴斯德研究所工作的朱尔·博尔代（Jules Bordet）和奥克塔夫·让古（Octave Gengou）在百日咳患者的组织中首次观察到这种细菌。1906年，百日咳的病原体被成功“抓捕归案”。

当致病的原因浮出水面后，对这三种疾病的研究和治疗也就开始了。

抗毒素的发现和应用

在位于柏林的科赫传染病研究所，埃米尔·冯·贝林（Emil von Behring）与同事北里柴三郎发现，将亚致死剂量的破伤风毒素或白喉毒素注射到实验动物体内后可获得一种血清，能够预防和治愈其他动物的这种疾病。贝林把这种血清称为抗毒素，并推测它是细菌毒素主动免疫动物的产物，当注射到另一只动物体内时，这种毒素可通过被动免疫来保护它免受疾病的侵袭。也就是说，“被动转移”感染动物血液中的抗体，可以使新的动物产生对破伤风或白喉的免疫力。渐渐地，他们的实验对象从豚鼠发展到兔子、绵羊、山羊和马。1892一1893年，羊源抗毒素进入临床试验，显著降低了病死率。

贝林1901年获得第一个诺贝尔生理学或医学奖。他是个才华横溢的人，以发现白喉和破伤风疫苗而闻名。在第一次世界大战期间，他的破伤风疫苗挽救了数百万伤员的生命。

随着人们对抗毒素的需求日益增长，商业化的大规模生产迫在眉睫，不过正式投产前还必须先解决两个问题。第一，为了控制毒力，生产抗毒素需要采用统一的细菌毒株。第二，抗毒素是通过抽取免疫动物的血清得到的，由于不同动物存在差异，血清的效力也参差不齐，如何实现血清的标准化呢？所幸科学家们运用细菌学和免疫学的技术分别攻克了这两个难题。其中，细菌学家埃尔利希开发的原始标准化血清成为第一个国际标准参考制剂，在未来血清和疫苗的开发工作中发挥着重要作用。

白喉抗毒素不仅具有治疗价值，还具有一定的预防价值，破伤风抗毒素在患者症状发作后的治疗价值则较有限。20世纪初，研究发现破伤风抗毒素在伤口处理中很有价值，可以局部注射，以防止毒素从进入皮肤的破伤风细菌孢子中传播出来。

在19世纪的最后十年，贝林和北里柴三郎开发出治疗白喉和破伤风的血清疗法，这固然具有里程碑式的历史意义，但细菌学家埃尔利希的研究对生产高质量的白喉抗毒素也至关重要。最初的几年里，由于抗毒素剂量难以把握，血清疗法一直无法取得突破，直到1897年埃尔利希研究出白喉抗毒素的含量测定方法，并提出“最小致死量”的概念，抗毒素的标准化才终于落地。可以说，埃尔利希是白喉抗毒素能够大规模生产并投入临床使用的最大功臣。

北里柴三郎

“毒药”和“解药”一起给

作为一种被动免疫方法，抗毒素无法对人体形成持续保护，且部分患者的免疫系统会对马的抗体产生反应——这是一种威胁生命的副作用，也叫“血清病”。为此，科学家们希望能开发出具有持久保护效果的主动免疫制剂，也就是疫苗。

白喉毒素虽然致命，却可以诱导机体产生持久的抗体。科学家们设想：如果在接种毒素的同时注射具有保护效果的抗毒素，是否能既产生更高效力的抗毒素，又不让人发病呢？从1897年起，白喉毒素和抗毒素的组合被用于马匹的商业性抗毒素生产，事实证明这种混合物比单独的抗毒素更有效。1909年，西奥博尔德·史密斯（Theobald Smith）建立了一种实用的方法来平衡此类混合物，使其发挥最大作用。1914年，白喉毒素一抗毒素混合物开始用于疾病的预防。

马是抗毒素大批量生产时代的主要血清来源

类毒素的发现与改进

类毒素，顾名思义就是细菌分泌的毒素的一种弱化形式，虽然毒性减弱，但免疫原性保持不变。也就是说，类毒素能够引起保护性免疫反应，但不会导致任何由活性毒素引起的疾病。因此，类毒素是代替某些细菌毒素的绝佳选择。

19世纪90年代后期，埃尔利希首先注意到了这种灭活的细菌毒素形式。1904年，恩斯特·洛温斯坦（EmstLowenstein）和亚历山大·格兰尼成功运用甲醛（福尔马林）灭活的毒素对马进行了免疫。1907年，西奥博尔德·史密斯证明类毒素可免疫豚鼠，并发现这种保护具有持久性，可能有助于人类预防疾病。

近20年后，亚历山大·格兰尼和巴巴拉·霍普金斯（Barbara Hopkins）通过甲醛的作用，偶然间将白喉毒素转化为类毒素。但是，一开始所得类毒素产品仍需要抗毒素来确保其安全性。同年，加斯顿·拉蒙通过甲醛和热灭活开发了一种实用的方法来生产白喉类毒素，并在没有抗毒素的情况下用它来诱导人体的主动免疫。由于白喉类毒素抗原性相对较弱，难以刺激人体产生高水平的抗体，拉蒙突发奇想，尝试在疫苗里添加各种成分，比如消毒后的木薯粉、钙、镁和铝盐、羊毛脂、高岭土及其他制剂，只为增强免疫原性，延长免疫时间。结果正如前文所述，这项被他描述为“有趣”的实验成功了。

1926年，格兰尼用硫酸铝钾或明矾沉淀了白喉类毒素，使其能在组织中长期存在并提供持久的保护，沉淀物包括氢氧化铝和磷酸铝的混合物。自此，铝盐作为最常用的疫苗佐剂登上了历史的舞台。后来，科学家们又对化学物质进行了多次改进，最终形成了今天的白喉类毒素疫苗。

破伤风类毒素的发展与白喉类毒素的发展相似。破伤风毒素一抗毒素混合物的出现，刚开始主要是为了对动物进行免疫。1926年，拉蒙和克里斯蒂安·策勒（Christian Zoeller）用破伤风类毒素对人类进行了免疫。几年后，铝盐佐剂的使用大大提高了免疫效果。

百日咳疫苗：受欢迎的“第三者”

与白喉和破伤风疫苗品种相对单一不同，早期的百日咳疫苗形式多样，大多属于全细胞疫苗，如各种通过热或化学物质灭活和部分解毒的细菌制剂，以及包括上呼吸道菌群中其他细菌在内的混合制剂。

1914年，第一种百日咳疫苗获得麻省公共卫生生物学实验室的许可；白喉毒素和抗毒素的混合物于同年投入使用。1926年，明矾沉淀的白喉类毒素获得许可1937年，破伤风类毒素获得许可。由此可见，百日咳疫苗比另外两种疫苗更早获得认可，那为什么要把它整合到白喉和破伤风疫苗中，制成大名鼎鼎的百白破疫苗（DTP，百白破疫苗的英文缩写，由白喉、破伤风和百日咳的英文首字母组成）呢？

首先，白喉和百日咳都是常见的儿童传染病，接种对象类似。其次，科学家们发现全细胞百日咳疫苗是有效的佐剂。与单独给药相比，DTP中三种抗原的结合提高了类毒素的免疫原性。再次，铝吸附疫苗也进一步提高了百日咳疫苗的免疫原性，并降低了其相关不良反应的严重程度。也就是说，全细胞的百日咳疫苗可充当白喉、破伤风类毒素疫苗的佐剂，而用来沉淀类毒素的铝盐又能提高百日咳疫苗的免疫原性，减少严重不良反应。百日咳疫苗的加入，使一加二大于三，真正实现了三方“共赢”。面对这样的“第三者”，人类有什么理由不欢迎呢？

自带佐剂属性的全细胞百日咳疫苗

全细胞百日咳疫苗为什么会自带佐剂属性呢？如前文所述，佐剂的“四大金刚”一一铝盐、乳剂、TLR激动剂和皂苷，是制造疫苗必不可少的“调味品”。既然全细胞百白破疫苗（DTWP，其中WP特指全细胞百日咳疫苗，即whole-cell pertussis vaccine）中含有用于吸附沉淀类毒素的铝盐，那么全细胞百日咳疫苗中含有什么呢？

全细胞百日咳疫苗，是通过将完整的百日咳细菌菌体灭活后制造出来的，几乎包含所有的细菌成分。也就是说，全细胞百日咳疫苗中不仅包含我们需要的百日咳抗原成分，还包含细菌细胞壁的成分，如脂多糖，而前文已提到脂多糖正是TLR4的激动剂。因同时含有铝盐和脂多糖这两种不同的佐剂成分，DTWP疫苗可以说是现代新型佐剂疫苗的前身。

无细胞百日咳疫苗闪亮登场

一方面，因为有了全细胞百日咳疫苗的加盟，DTP意外获得了佐剂属性；另一方面，全细胞百日咳疫苗因成分多样，纯度不足，无形中也造成了安全隐患。虽然科学家们经过严格的评估，并未发现疫苗与严重不良反应、婴儿猝死综合征、慢性脑病之间存在因果关系，但受到一些“疫苗相关事件”的影响，某些地区对百日咳疫苗的接受度急剧下降，一度几乎销声匿迹的百日咳卷土重来。唯一令人欣慰的是，这一系列事件进一步推动了亚单位疫苗策略的发展。

20世纪80年代初，无细胞百日咳疫苗（acellular pertussis vaccine，aP）问世。与wP不同，aP只包含特定的细菌成分，如经甲醛处理的毒素，可有效控制百日咳；并不含有脂多糖，因为脂多糖被认为是全细胞反应原性的罪魁祸首。目前，发达国家或地区通常将主要或唯一的百日咳疫苗与破伤风类毒素和白喉类毒素结合使用，也就是常见的DTaP。当去除脂多糖等成分的无细胞百日咳疫苗闪亮登场后，随着疫苗带来的不良反应减少，佐剂的效应也会相应地减弱，但目前尚没有证据表明其功效出现了明显下降。

至此，大名鼎鼎的“铁三角”类毒素疫苗—一百白破疫苗形成。如今，DTP联合疫苗已成为人群中使用最广泛的疫苗之一。

百白破疫苗是现代新型佐剂疫苗的典范。世界卫生组织要求全球所有儿童进行百白破疫苗常规免疫，并维持在青春期和成年期的免疫力。要想保持这种水平的人群免疫力，就需要不断地为新生儿接种疫苗，同时为青少年和成人提供加强免疫接种。近年来，流行病学数据显示我国的百日咳发病率呈显著上升趋势，可见推动百白破疫苗的广泛主动免疫接种迫在眉睫。