结核病疫苗接种新策略：灭活疫苗与BCG在实验攻击研究中的微生物学与免疫学比较分析

《Veterinary Research》：Tuberculosis vaccination: microbiological and immunological summary of a series of experimental challenge studies

本研究针对牛结核病(TB)在野生动物宿主存在的粗放饲养系统中控制难题，评估了灭活疫苗与活BCG疫苗在减少牛只肺部细菌载量、免疫反应及诊断干扰方面的效果。通过四组实验挑战试验发现，所有疫苗接种策略均能显著降低肺部M. bovis载量（最高99%），但淋巴结细菌载量增加，提示结核病本质为淋巴疾病。口服灭活疫苗诊断干扰更低，且免疫反应与肺部细菌清除呈解耦现象。结果为修订疫苗评估标准及将灭活疫苗纳入TB控制策略提供了关键依据。

　　

在畜牧业中，牛结核病（Bovine Tuberculosis, TB）一直是个棘手的难题。这种由结核分枝杆菌复合群（Mycobacterium tuberculosis complex, MTC）成员——主要是牛分枝杆菌（Mycobacterium bovis）和山羊分枝杆菌（Mycobacterium caprae）——引起的疾病，不仅影响牛群健康，还威胁人类安全，是一种重要的人畜共患病。过去几十年，许多国家通过检测-扑杀策略在奶牛群中成功控制了TB，但在粗放饲养系统下，情况变得复杂起来。牛肉牛、山羊等牲畜常与野生动物接触，成为TB的重要宿主，而传统控制措施往往难以覆盖这些群体。更麻烦的是，传统诊断方法的敏感性有限，而活疫苗BCG（Bacille Calmette-Guérin）虽然有效，却会干扰基于免疫反应的诊断检测，使得疫情监测变得困难。

在这样的背景下，疫苗接种被视为一种有前景的替代策略。但长期以来，研究多集中于活BCG疫苗，灭活疫苗则被忽视。然而，灭活疫苗在野生动物TB控制中已显示出潜力，其安全性高，且不会引起活疫苗那样的生物安全风险。此外，近年提出的“训练免疫”（trained immunity, TRAIM）概念为灭活疫苗的应用提供了理论支持。尽管早期认为训练免疫效应仅适用于活疫苗，但研究表明，辅以佐剂的灭活疫苗也可能具备类似的非特异性免疫增强能力。口服接种灭活疫苗还能避免引发特异性免疫反应，为区分感染动物和接种动物（DIVA）策略提供了可能。

但问题在于，如何评估疫苗的有效性？传统上，结核病被视为呼吸系统疾病，因为病变主要位于胸腔。然而，在牛群中，肺部病变其实较少见，更多病变出现在淋巴结。例如，澳大利亚仅有14.1%的肉眼病变位于肺部，西班牙在1950年代前这一比例为48.8%。这些发现支持了结核病本质上是一种淋巴疾病，肺部只是细菌进出门户的观点。这意味着，评估疫苗效果时，不能只看肺部病变，还需关注淋巴结的细菌载量，因为后者可能更反映疾病的传播风险。

为解决这些问题，Juste等人在《Veterinary Research》上发表了一项研究，比较了同源和异源灭活疫苗与活BCG疫苗在实验攻击条件下的效果。研究通过分析41头犊牛的实验数据，探讨了疫苗接种对细菌分离、肉眼病变和免疫反应的影响，并讨论了影响疫苗表现的因素。

为开展本研究，研究人员整合了四项疫苗接种和攻击试验的数据，涉及41头犊牛。动物分别接种活BCG疫苗或热灭活牛分枝杆菌（heat-inactivated M. bovis, HIMB），接种途径包括口服或非肠道（皮下或肌肉）。攻击采用内毒素途径或口服途径，使用野外分离的M. bovis菌株。免疫反应通过干扰素γ释放试验（interferon-gamma release assay, IGRA）和皮肤试验（单皮内试验SIT和比较皮内试验CIT）评估。剖检时采集淋巴结、肺组织等样本进行细菌分离（使用Coletsos固体培养基和MGIT液体培养系统）和肉眼病变评分（采用Palmer评分系统）。统计分析采用广义线性模型，处理细菌计数和病变评分的高变异性及零膨胀数据。

免疫反应动态

通过IGRA检测不同抗原的免疫反应动态显示，未刺激血液中的基础IFN-γ水平在攻击后所有组均有所升高，提示感染引发了主动免疫反应。针对标准结核菌素（禽纯化蛋白衍生物aPPD和牛纯化蛋白衍生物bPPD）的IGRA反应在攻击后显著增强，且疫苗接种组与未接种组在不同时间点存在差异。口服HIMB疫苗（HIMBO）的干扰素反应低于非肠道接种（HIMBP），可能反映其抗炎效应。特异性抗原（如ESAT-6/CFP-10、Rv3615c）的反应在感染后期才趋于一致，表明疫苗可能影响早期检测灵敏度。皮肤试验结果显示，除HIMBO组外，所有疫苗接种组在牛PPD抗原上的皮肤增厚均显著高于未接种组，而定义抗原（APHA1、APHA2）的差异较小。标准比较试验在BCG和非肠道灭活疫苗组中表现良好，但异源疫苗（商业副结核病疫苗CPVP）和口服HIMB疫苗会出现诊断干扰，降低敏感性。

临床体征、剖检病变与细菌负荷

攻击后未观察到临床体征。绝大多数动物出现TB相容病变，但病变评分和细菌分离结果因组织和疫苗类型而异。疫苗接种对细菌负荷的影响呈现组织特异性：所有疫苗接种组均显著降低肺部细菌载量（较未接种组减少84%-95%），但淋巴结细菌载量反而增加（BCGO、CPVP、HIMBO、HIMBP组分别增加1019%、144%、276%、855%）。肉眼病变评分在疫苗接种组肺部高于未接种组，而淋巴结评分则低于未接种组，表明病变评估与细菌清除不完全一致，肺部病变评分作为疫苗效力指标可靠性有限。

相关性分析与主成分分析

免疫反应与剖检结果的相关性分析未显示一致模式。主成分分析（PCA）揭示，特异性免疫反应（通过IGRA评估）与病变评分和淋巴结细菌负荷负相关，定义了数据变异的第一个主成分（贡献率38.6%）。而肺部细菌负荷与其他组织病变评分、基础IFN-γ水平共同定义第二个主成分（贡献率15.3%），与免疫病理变量几乎无关，表明肺部细菌清除与免疫反应解耦。

研究结论与意义

本研究最显著的发现是疫苗接种能大幅降低肺部细菌负荷，尽管淋巴结细菌载量增加，证实结核病主要为淋巴疾病。肺部细菌减少可直接降低传播风险，即使未实现完全清除，也有望将基本繁殖数（R₀）降至1以下，从而在群体层面控制疫情。灭活疫苗（尤其是口服途径）安全性高，诊断干扰小，为DIVA策略提供可能。此外，病变评分与细菌负荷的不一致提示，疫苗评估应更侧重定量微生物学指标，而非单纯依赖病理变化。

这些发现对修订疫苗评估标准、推动灭活疫苗整合至TB控制规划具有重要意义。在慢性、多宿主感染如结核病的控制中，目标应从根除转向通过疫苗接种降低传播，增强群体韧性。未来研究需延长随访时间、区分淋巴与肺部 compartment，并关注口咽部免疫机制，以更全面评估疫苗效力。

总之，Juste等人的研究为牛结核病控制提供了新视角，表明灭活疫苗可作为安全有效的工具，在减少传播的同时避免活疫苗的风险。这项工作不仅深化了对结核病发病机制的理解，也为制定更可持续的疾病控制策略奠定了科学基础。