病毒疫苗如何起作用？

疫苗是通过诱导或训练宿主的免疫系统来发挥作用的。疫苗使免疫系统在初次接触病毒后数年甚至更长时间里，仍能识别同类病毒并发生相应的免疫反应。免疫系统的这种功能也被称为免疫记忆（immune memory）。合格的病毒疫苗能建立免疫和记忆，防止自然感染后典型致病后果的发生。疫苗免疫接种（immunization）在刺激长期免疫记忆方面的成功是人类最伟大的科学和医学成就之一。

图1. 免疫记忆细胞对感染和随后的再感染的反应。

（注释：First infection , 首次感染。  Mild or inapparent reinfection，轻度或不明显的再感染。  Antibody prevalence and T cell number，抗体滴度和T细胞数量。）

免疫记忆是由专门的T和B淋巴细胞维持的，这些淋巴细胞在感染解除后仍然存在，而大多数激活的免疫细胞会逐渐死亡。这些记忆细胞可以对随后的感染做出快速反应(见上图)。理想情况下，一种有效和持久的疫苗是能够诱导和维持大量记忆细胞的疫苗。如果宿主再次被同样的病毒感染，记忆B细胞和T细胞会在疾病发生前迅速控制病毒。这一模式适用于大多数已有相应疫苗的人类病毒，包括麻疹、腮腺炎、水痘-带状疱疹病毒和脊髓灰质炎病毒。在某些情况下，病毒易于发生抗原变异，如流感病毒，变异的病毒可排除记忆免疫反应的完全保护，需要重新接种更新的疫苗。

针对感染或疾病的保护

大多数人类病毒疫苗引起的记忆反应并不能防止再次感染，而只是防止疾病的发展。一个人可能反复暴露于病毒却从未意识到，因为记忆反应在症状出现之前就会消除病毒。例如接种灭活的脊髓灰质炎疫苗后，病毒仍可在肠道内复制，但可有效阻止脊髓灰质炎的发展。另一方面，人类乳头瘤病毒（HPV）疫苗阻断感染的有效性超过90%（参考文献1），因此，认定HPV疫苗可诱导消毒式（sterilizing）免疫。

COVID-19（新冠肺炎）疫苗是否能阻止感染尚不清楚，因为尚未对接种疫苗者进行大规模的系统检测。一些小规模研究的结果表明，一些疫苗可以预防感染。然而，这些研究并不是决定性的，因为它们只是在接种疫苗后不久进行的，此时血清抗体水平远高于6个月后的水平。只有在至少6个月之后，我们才能准确衡量疫苗接种可在多大程度上阻止SARS-CoV-2（新冠病毒）感染。很可能，任何一种COVID-19疫苗都不能完全阻止感染，但可以充分减少病毒繁殖，以阻止该病毒在人群中的传播。

群体免疫 (herd immunity)

一种有效的疫苗必须能在很大一部分人群中诱导保护性免疫。并非人群中的每个人都需要接种疫苗来阻止病毒传播，但接种人数必须足够多，才能阻止病毒传播。当感染的可能性降到一个临界值以下时，人际传播就停止了。这种效应被称为群体免疫。

群体免疫阈值计算的公式为1－1/R0。R0是在遇到活跃的感染个体时，平均会被感染的非免疫个体的数量。随着复制数R0的增加，1/R0的值减小，1－1/R0更接近于1，或100%。对于天花病毒，群体免疫阈值为80 －85%，而对于R0较高的麻疹病毒，群体免疫阈值为93 － 95%。在COVID-19暴发的早期，SARS-CoV-2的R0被计算为2-3，这将要求达到50-70%的群体免疫阈值。

群体免疫仅在疫苗阻止感染或充分减少病毒在宿主中的繁殖以阻止人与人之间的传播时才起作用。如上所述，没有理由认为COVID-19疫苗不能充分减少传播，从而实现群体免疫。

没有一种疫苗在诱导人群免疫方面100%有效。因此，免疫水平并不等于接种人数。例如，当80%的人口接种了麻疹疫苗时，只有大约76%的人口实际上有免疫力，远低于群体免疫所需的93 - 95%。

T细胞起什么作用？

对于许多病毒感染，抗体是预防感染的关键。然而，彻底消除感染往往需要细胞毒性T细胞的作用，它能杀死病毒感染的细胞。对于不能产生消毒式免疫的疫苗来说，T细胞很可能在消灭病毒感染的细胞和防止疾病发展方面发挥作用。

在讨论COVID-19疫苗时，B细胞和T细胞的这种分工在很大程度上被忽略了。大部分研究涉及抗体的诱导及其中和病毒感染的能力。而COVID-19疫苗确实会诱导病毒特异性T细胞，这些细胞很可能会清除从接种疫苗的个体开始的感染。据报道，SARS-CoV-2变种的氨基酸变化不会影响T细胞表位，而从感染中恢复或接种过疫苗的人的T细胞应答不会受到这些变化的影响（参考文献2）。因此，看起来，即使担心的变异能够在某种程度上逃避之前的抗体免疫，它们将被T细胞反应清除，避免严重的疾病和死亡。强生COVID-19疫苗III期试验的结果支持这一假设。

参考文献：

1. Harper DM, et al., Sustained efficacy up to 4.5 years of a bivalent L1 virus-like particle vaccine against human papillomavirus types 16 and 18: follow-up from a randomised control trial. Lancet. 2006 Apr 15;367(9518):1247-55.   DOI: 10.1016/S0140-6736(06)68439-0  

2. Alison Tarke, et al., Negligible impact of SARS-CoV-2 variants on CD4+ and CD8+ T cell reactivity in COVID-19 exposed donors and vaccinees, bioRxiv 2021.02.27. doi: https://doi.org/10.1101/2021.02.27.433180