絕命毒師前仆後繼，造就大名鼎鼎的類毒素疫苗——百白破疫苗

百白破疫苗是百日咳、白喉、破傷風聯合疫苗的簡稱，涵蓋了20世紀初發病率和死亡率都很高的三種感染性疾病。

1883年，德國醫生埃德溫·克萊布斯（EdwinKlebs）在白喉患者咽喉採樣的白膜染色塗片中發現了病原微生物。次年，普魯士軍醫弗里德里希·勒弗勒（Friedrich Loeffler）培養分離出白喉棒狀桿菌，並證明白喉的癥狀是由細菌在感染過程中產生的一種外毒素引起的。

1884年，德國科學家尼古拉爾（Arthur Nicolaier）將破傷風與患者傷口中的厭氧菌相關聯，並假設這種病是由毒素擴散引起的。1889年，日本研究人員北里柴三郎率先培養並分離出破傷風梭菌。

百日咳桿菌的發現略晚於前兩種細菌。1901年，在巴斯德研究所工作的朱爾·博爾代（Jules Bordet）和奧克塔夫·讓古（Octave Gengou）在百日咳患者的組織中首次觀察到這種細菌。1906年，百日咳的病原體被成功「抓捕歸案」。

當致病的原因浮出水面後，對這三種疾病的研究和治療也就開始了。

抗毒素的發現和應用

在位於柏林的科赫傳染病研究所，埃米爾·馮·貝林（Emil von Behring）與同事北里柴三郎發現，將亞致死劑量的破傷風毒素或白喉毒素注射到實驗動物體內後可獲得一種血清，能夠預防和治癒其他動物的這種疾病。貝林把這種血清稱為抗毒素，並推測它是細菌毒素主動免疫動物的產物，當注射到另一隻動物體內時，這種毒素可通過被動免疫來保護它免受疾病的侵襲。也就是說，「被動轉移」感染動物血液中的抗體，可以使新的動物產生對破傷風或白喉的免疫力。漸漸地，他們的實驗對象從豚鼠發展到兔子、綿羊、山羊和馬。1892一1893年，羊源抗毒素進入臨床試驗，顯著降低了病死率。

貝林1901年獲得第一個諾貝爾生理學或醫學獎。他是個才華橫溢的人，以發現白喉和破傷風疫苗而聞名。在第一次世界大戰期間，他的破傷風疫苗挽救了數百萬傷員的生命。

隨著人們對抗毒素的需求日益增長，商業化的大規模生產迫在眉睫，不過正式投產前還必須先解決兩個問題。第一，為了控制毒力，生產抗毒素需要採用統一的細菌毒株。第二，抗毒素是通過抽取免疫動物的血清得到的，由於不同動物存在差異，血清的效力也參差不齊，如何實現血清的標準化呢？所幸科學家們運用細菌學和免疫學的技術分別攻克了這兩個難題。其中，細菌學家埃爾利希開發的原始標準化血清成為第一個國際標準參考製劑，在未來血清和疫苗的開發工作中發揮著重要作用。

白喉抗毒素不僅具有治療價值，還具有一定的預防價值，破傷風抗毒素在患者癥狀發作後的治療價值則較有限。20世紀初，研究發現破傷風抗毒素在傷口處理中很有價值，可以局部注射，以防止毒素從進入皮膚的破傷風細菌孢子中傳播出來。

在19世紀的最後十年，貝林和北里柴三郎開發出治療白喉和破傷風的血清療法，這固然具有里程碑式的歷史意義，但細菌學家埃爾利希的研究對生產高質量的白喉抗毒素也至關重要。最初的幾年裡，由於抗毒素劑量難以把握，血清療法一直無法取得突破，直到1897年埃爾利希研究出白喉抗毒素的含量測定方法，並提出「最小致死量」的概念，抗毒素的標準化才終於落地。可以說，埃爾利希是白喉抗毒素能夠大規模生產並投入臨床使用的最大功臣。

北里柴三郎

「毒藥」和「解藥」一起給

作為一種被動免疫方法，抗毒素無法對人體形成持續保護，且部分患者的免疫系統會對馬的抗體產生反應——這是一種威脅生命的副作用，也叫「血清病」。為此，科學家們希望能開發出具有持久保護效果的主動免疫製劑，也就是疫苗。

白喉毒素雖然致命，卻可以誘導機體產生持久的抗體。科學家們設想：如果在接種毒素的同時注射具有保護效果的抗毒素，是否能既產生更高效力的抗毒素，又不讓人發病呢？從1897年起，白喉毒素和抗毒素的組合被用於馬匹的商業性抗毒素生產，事實證明這種混合物比單獨的抗毒素更有效。1909年，西奧博爾德·史密斯（Theobald Smith）建立了一種實用的方法來平衡此類混合物，使其發揮最大作用。1914年，白喉毒素一抗毒素混合物開始用於疾病的預防。

馬是抗毒素大批量生產時代的主要血清來源

類毒素的發現與改進

類毒素，顧名思義就是細菌分泌的毒素的一種弱化形式，雖然毒性減弱，但免疫原性保持不變。也就是說，類毒素能夠引起保護性免疫反應，但不會導致任何由活性毒素引起的疾病。因此，類毒素是代替某些細菌毒素的絕佳選擇。

19世紀90年代後期，埃爾利希首先注意到了這種滅活的細菌毒素形式。1904年，恩斯特·洛溫斯坦（EmstLowenstein）和亞歷山大·格蘭尼成功運用甲醛（福爾馬林）滅活的毒素對馬進行了免疫。1907年，西奧博爾德·史密斯證明類毒素可免疫豚鼠，並發現這種保護具有持久性，可能有助於人類預防疾病。

近20年後，亞歷山大·格蘭尼和巴巴拉·霍普金斯（Barbara Hopkins）通過甲醛的作用，偶然間將白喉毒素轉化為類毒素。但是，一開始所得類毒素產品仍需要抗毒素來確保其安全性。同年，加斯頓·拉蒙通過甲醛和熱滅活開發了一種實用的方法來生產白喉類毒素，並在沒有抗毒素的情況下用它來誘導人體的主動免疫。由於白喉類毒素抗原性相對較弱，難以刺激人體產生高水平的抗體，拉蒙突發奇想，嘗試在疫苗里添加各種成分，比如消毒後的木薯粉、鈣、鎂和鋁鹽、羊毛脂、高嶺土及其他製劑，只為增強免疫原性，延長免疫時間。結果正如前文所述，這項被他描述為「有趣」的實驗成功了。

1926年，格蘭尼用硫酸鋁鉀或明礬沉澱了白喉類毒素，使其能在組織中長期存在並提供持久的保護，沉澱物包括氫氧化鋁和磷酸鋁的混合物。自此，鋁鹽作為最常用的疫苗佐劑登上了歷史的舞台。後來，科學家們又對化學物質進行了多次改進，最終形成了今天的白喉類毒素疫苗。

破傷風類毒素的發展與白喉類毒素的發展相似。破傷風毒素一抗毒素混合物的出現，剛開始主要是為了對動物進行免疫。1926年，拉蒙和克里斯蒂安·策勒（Christian Zoeller）用破傷風類毒素對人類進行了免疫。幾年後，鋁鹽佐劑的使用大大提高了免疫效果。

百日咳疫苗：受歡迎的「第三者」

與白喉和破傷風疫苗品種相對單一不同，早期的百日咳疫苗形式多樣，大多屬於全細胞疫苗，如各種通過熱或化學物質滅活和部分解毒的細菌製劑，以及包括上呼吸道菌群中其他細菌在內的混合製劑。

1914年，第一種百日咳疫苗獲得麻省公共衛生生物學實驗室的許可；白喉毒素和抗毒素的混合物於同年投入使用。1926年，明礬沉澱的白喉類毒素獲得許可1937年，破傷風類毒素獲得許可。由此可見，百日咳疫苗比另外兩種疫苗更早獲得認可，那為什麼要把它整合到白喉和破傷風疫苗中，製成大名鼎鼎的百白破疫苗（DTP，百白破疫苗的英文縮寫，由白喉、破傷風和百日咳的英文首字母組成）呢？

首先，白喉和百日咳都是常見的兒童傳染病，接種對象類似。其次，科學家們發現全細胞百日咳疫苗是有效的佐劑。與單獨給葯相比，DTP中三種抗原的結合提高了類毒素的免疫原性。再次，鋁吸附疫苗也進一步提高了百日咳疫苗的免疫原性，並降低了其相關不良反應的嚴重程度。也就是說，全細胞的百日咳疫苗可充當白喉、破傷風類毒素疫苗的佐劑，而用來沉澱類毒素的鋁鹽又能提高百日咳疫苗的免疫原性，減少嚴重不良反應。百日咳疫苗的加入，使一加二大於三，真正實現了三方「共贏」。面對這樣的「第三者」，人類有什麼理由不歡迎呢？

自帶佐劑屬性的全細胞百日咳疫苗

全細胞百日咳疫苗為什麼會自帶佐劑屬性呢？如前文所述，佐劑的「四大金剛」一一鋁鹽、乳劑、TLR激動劑和皂苷，是製造疫苗必不可少的「調味品」。既然全細胞百白破疫苗（DTWP，其中WP特指全細胞百日咳疫苗，即whole-cell pertussis vaccine）中含有用於吸附沉澱類毒素的鋁鹽，那麼全細胞百日咳疫苗中含有什麼呢？

全細胞百日咳疫苗，是通過將完整的百日咳細菌菌體滅活後製造出來的，幾乎包含所有的細菌成分。也就是說，全細胞百日咳疫苗中不僅包含我們需要的百日咳抗原成分，還包含細菌細胞壁的成分，如脂多糖，而前文已提到脂多糖正是TLR4的激動劑。因同時含有鋁鹽和脂多糖這兩種不同的佐劑成分，DTWP疫苗可以說是現代新型佐劑疫苗的前身。

無細胞百日咳疫苗閃亮登場

一方面，因為有了全細胞百日咳疫苗的加盟，DTP意外獲得了佐劑屬性；另一方面，全細胞百日咳疫苗因成分多樣，純度不足，無形中也造成了安全隱患。雖然科學家們經過嚴格的評估，並未發現疫苗與嚴重不良反應、嬰兒猝死綜合征、慢性腦病之間存在因果關係，但受到一些「疫苗相關事件」的影響，某些地區對百日咳疫苗的接受度急劇下降，一度幾乎銷聲匿跡的百日咳捲土重來。唯一令人欣慰的是，這一系列事件進一步推動了亞單位疫苗策略的發展。

20世紀80年代初，無細胞百日咳疫苗（acellular pertussis vaccine，aP）問世。與wP不同，aP只包含特定的細菌成分，如經甲醛處理的毒素，可有效控制百日咳；並不含有脂多糖，因為脂多糖被認為是全細胞反應原性的罪魁禍首。目前，發達國家或地區通常將主要或唯一的百日咳疫苗與破傷風類毒素和白喉類毒素結合使用，也就是常見的DTaP。當去除脂多糖等成分的無細胞百日咳疫苗閃亮登場後，隨著疫苗帶來的不良反應減少，佐劑的效應也會相應地減弱，但目前尚沒有證據表明其功效出現了明顯下降。

至此，大名鼎鼎的「鐵三角」類毒素疫苗—一百白破疫苗形成。如今，DTP聯合疫苗已成為人群中使用最廣泛的疫苗之一。

百白破疫苗是現代新型佐劑疫苗的典範。世界衛生組織要求全球所有兒童進行百白破疫苗常規免疫，並維持在青春期和成年期的免疫力。要想保持這種水平的人群免疫力，就需要不斷地為新生兒接種疫苗，同時為青少年和成人提供加強免疫接種。近年來，流行病學數據顯示我國的百日咳發病率呈顯著上升趨勢，可見推動百白破疫苗的廣泛主動免疫接種迫在眉睫。