专利名称：非菌体性百日咳疫苗及其制备方法
技术领域：
本发明涉及非菌体性百日咳疫苗，及其成分和制备方法。
相关申请参考本申请是1995年7月12日提交的共同未决的美国专利申请第08/501,743号的部分继续申请，该申请是1995年5月4日提交的、共同未决的美国专利申请第08/433,646号的部分继续申请。
背景技术：
百日咳是由百日咳包特氏菌引起的严重传染性上呼吸道传染病。世界卫生组织估计每年约有6千万人罹患该病，50～100万人相关死亡(参考文献1。纵观该文，引用的诸多文献均列于括号中，它们详尽的叙述了本发明所属领域的现状。每篇引用文献的目录信息均附录于说明书之后、权利要求之前。这些公开内容在此引入，作为本公开内容的参考。)。未接种疫苗的5岁以下儿童的百日咳发病率高达80％(参考文献2)。尽管百日咳普遍被认为是一种儿童期疾病，但有越来越多的证据证明，在青少年和成人中，存在临床和无症状感染(参考文献3，4，5)。
含有化学或热灭活的百日咳杆菌菌体的全菌体性疫苗在20世纪40年代的引入，使百日咳杆菌引起的百日咳的发病率得到显著降低。全菌体性百日咳疫苗的有效率根据对病例的不同定义估计可高达95％(参考文献6)。尽管百日咳杆菌感染后可获得终生免疫，但有越来越多的证据表明全菌体性百日咳疫苗免疫后，其保护作用逐渐减弱(参考文献3)。几篇报导叙述了全菌体性百日咳疫苗接种及其反应性和严重副作用的关系，致使疫苗的可接受性下降，随之而来的是百日咳重新流行(参考文献7)。最近发展了确定成分百日咳疫苗。
确定成分百日咳疫苗抗原目前已发展了多种非菌体性百日咳疫苗，含有百日咳杆菌抗原，百日咳毒素(PT)，丝状血凝素(FHA)，69kDa外膜蛋白(百日咳杆菌黏附素(pertactin))和菌毛凝集原(见下表。附表在说明书末尾)。
百日咳毒素百日咳毒素是一种外毒素，为具有ADP-核糖基转移酶活性的细菌毒素A/B家族中的一员(参考文献8)。这些毒素的A部分显示ADP-核糖基转移酶活性，B部分介导毒素与宿主细胞受体的结合，并将A转移至其作用部位。PT尚可促进百日咳杆菌对纤毛上皮细胞的粘附(参考文献9)，在百日咳杆菌侵袭巨噬细胞的过程中也具有一定意义(参考文献10)。
所有非菌体性百日咳疫苗均含有PT，该物质被认为是主要的毒力因子和保护性抗原(参考文献11，12)。百日咳杆菌自然感染后，可产生针对PT的体液和细胞免疫(参考文献13～17)。婴儿具有通过胎盘获得的抗-PT抗体(参考文献16，18)，且人初乳中所含的抗-PT抗体可有效地被动保护小鼠抵抗通过空气的感染(参考文献19)。非菌体性疫苗免疫后，可产生针对PT亚基的细胞免疫(CMI)应答(参考文献20)，而接种全菌体性疫苗后，可产生针对PT的CMI应答(参考文献13)。在动物模型和人类中，全菌体性疫苗或成分疫苗中化学灭活的PT均具有保护性(参考文献21)。而且，针对S1亚基的单克隆抗体可对百日咳杆菌的感染提供保护(参考文献22，23)。
PT的主要病理效应基于其ADP-核糖基转移酶活性。PT催化ADP-核糖从NAD转移到G1鸟嘌呤核苷酸结合蛋白，从而干扰了细胞腺苷酸环化酶调节系统(参考文献24)。PT还阻止巨噬细胞和淋巴细胞向炎症部位的迁移，干扰中性粒细胞介导的吞噬作用和杀菌作用(参考文献25)。有很多体内和体外方法用来评价S1和/或PT的酶活性，包括牛转导蛋白的ADP-核糖基化法(参考文献26)，中国仓鼠卵巢(CHO)细胞聚集法(参考文献27)，组胺致敏法(参考文献28)，白细胞增多法和NAD糖水解酶法。当CHO细胞与PT接触后，可显示一种特征性的聚集形态。这种现象有赖于PT的结合以及转位，S1的ADP-核糖基转移酶活性，因此，CHO细胞聚集法被广泛应用于检测PT全毒素的完整性和毒性。
丝状血凝素丝状血凝素是一种非毒性的大(220kDa)多肽，在细菌定居过程中，介导百日咳杆菌对上呼吸道纤毛细胞的粘附(参考文献9，29)。自然感染可诱导抗-FHA抗体和细胞免疫(参考文献13，15，17，30和31)。人初乳中含抗-FHA抗体，并可通过胎盘传递(参考文献17，18和19)。接种全菌体性或非菌体性百日咳疫苗，可产生抗-FHA抗体，且含FHA的非菌体性疫苗还可诱导产生针对FHA的CMI应答(参考文献20，32)。在鼠呼吸道细菌攻击模型中，主动或被动免疫后，FHA是一种保护性抗原(参考文献33，34)。但是，在鼠脑内细菌攻击实验中，单独的FHA不具有保护鼠的潜能(参考文献28)。
69kDa外膜蛋白(pertactin)69kDa蛋白是一种外膜蛋白，最初是从支气管败血性包特氏菌中鉴定的(参考文献35)。它是一种针对支气管败血性包特氏菌的保护性抗原，后来在百日咳杆菌和副百日咳杆菌中均得到鉴定。69kDa蛋白可与真核细胞直接连接(参考文献36)，百日咳杆菌自然感染后，可诱导抗-P.69的体液免疫应答(参考文献14)，P.69还可诱导细胞免疫应答(参考文献17，37，38)。接种全菌体性或非菌体性疫苗，可诱导产生抗-P.69抗体(参考文献32，39)，且非菌体性疫苗还可诱导产生针对P.69的CMI应答(参考文献39)。Pertactin在百日咳杆菌的气雾剂攻击实验中，可保护小鼠(参考文献40)，与FHA联合应用，在百日咳杆菌脑内攻击实验中，可保护小鼠(参考文献41)。被动转移的多克隆或单克隆抗-P.69抗体，可保护小鼠避免气雾剂攻击的感染(参考文献42)。
凝集原百日咳杆菌的血清型是通过其菌毛凝集来确定的。WHO推荐的全菌体性疫苗包括1，2和3型凝集原(Aggs)，因为它们之间不具有交叉保护能力(参考文献43)。Agg1不是菌毛成分，存在于所有的百日咳菌株中，而血清型2和3Aggs则是菌毛成分。自然感染或接种全菌体性或非菌体性疫苗可诱导抗-Agg抗体(参考文献15，32)。小鼠气雾剂感染后，可产生针对Agg2和Agg3的特异性细胞免疫应答(参考文献17)。Aggs2和3在小鼠呼吸道细菌攻击实验中，具有保护作用，含有抗-凝集原抗体的人初乳在此试验中也具有保护作用(参考文献19，44，45)。
非菌体性疫苗第一种非菌体性疫苗是由Sato等开发的双成分PT+FHA疫苗(JNIH6)(参考文献46)。这种疫苗的制备是从百日咳杆菌株Tohama的培养上清中纯化PT和FHA抗原，之后用福尔马林脱毒。1981年以来，日本成功地应用多厂家、多种组分的非菌体性百日咳疫苗免疫儿童，预防百日咳，使该病的发病率大大降低(参考文献47)。1986年，JNH6疫苗和一种单成分PT类毒素疫苗(JNH7)在瑞典进行了大型临床试验的测试。开始的结果显示，这两种疫苗的有效率较全菌体性疫苗报告的为低，但随后的研究显示，它们对通过血清学方法诊断的轻型疾病更有效(参考文献48，49，50，51)。但是，有证据显示这些疫苗中福尔马林灭活的PT出现毒性复活。还发现这些疫苗对疾病的保护性优于对感染的保护性。
最近，评估了很多新的非菌体性百日咳疫苗，它们均含有PT，FHA，P.69和/或凝集原的组合物，这些疫苗列于表1。几种化学脱毒技术应用于PT，包括应用福尔马林(参考文献46)，戊二醛(参考文献52)，过氧化氢(参考文献53)和四硝基甲烷(参考文献54)灭活。
但是，目前商用的非菌体性百日咳疫苗可能不含有适于免疫的适宜抗原的合适制剂，以在百日咳易感人群中获得理想效果。
提供一种含有选定相对剂量的选定抗原的有效非菌体性百日咳疫苗及其制备方法将是顺应需求的。
发明简述本发明涉及非菌体性百日咳疫苗制剂，其成分，制备方法，及应用方法。
本发明的另一方面，提供了一种含有本文所述菌毛凝集原制剂的免疫原性组合物。这种免疫原性组合物可作为疫苗体内应用以保护经它免疫后的宿主避免包特氏菌感染，该组合物还包括至少一种其他包特氏菌抗原。这种至少一种其他包特氏菌抗原可以是丝状血凝素，69kDa外膜蛋白，腺苷酸环化酶，包特氏菌脂寡糖，外膜蛋白和百日咳毒素或其类毒素，包括其遗传脱毒类似物。
本发明的另一方面，本文提供的免疫原性组合物，包括至少一种非包特氏菌免疫原。这种非包特氏菌免疫原可以是白喉类毒素，破伤风类毒素，嗜血杆菌属荚膜多糖，嗜血杆菌属外膜蛋白，乙型肝炎病毒表面抗原，脊髓灰质炎病毒，流行性腮腺炎病毒，麻疹病毒和/或风疹病毒。
本文提供的免疫原性组合物尚包含一种佐剂，这种佐剂可以是磷酸铝，氢氧化铝，Quil A，QS21，磷酸钙，氢氧化钙，氢氧化锌，糖脂类似物，氨基酸的十八烷基酯或脂蛋白。
根据本发明的一个方面，提供了一种为保护易感人群避免百日咳杆菌感染的疫苗组合物，包括选定相对剂量的纯化型百日咳类毒素，丝状血凝素，pertactin和菌毛凝集原，可以为至少约70％的易感人群提供保护。
这种疫苗组合物含有约5～30μg氮的百日咳类毒素，约5～30μg氮的丝状血凝素，约3～15μg氮的pertactin和约1～10μg氮的菌毛凝集原。
在一个特定实施方案中，疫苗含有的百日咳类毒素，丝状血凝素，69kDa蛋白和包特氏菌菌毛凝集原重量比约为10∶5∶5∶3，即在单人剂量中，含有约10μg的百日咳类毒素，约5μg的丝状血凝素，约5μg的69kDa蛋白和约3μg的菌毛凝集原。在另一个特定实施方案中，疫苗含有的百日咳类毒素，丝状血凝素，69kDa蛋白和菌毛凝集原重量比约为20∶20∶5∶3，即在单人剂量中，含有约20μg的百日咳类毒素，约20μg的丝状血凝素，约5μg的69kDa蛋白和约3μg的菌毛凝集原。在另一个特定实施方案中，疫苗含有的百日咳类毒素，丝状血凝素，69kDa蛋白和菌毛凝集原重量比约为20∶10∶10∶6，即在单人剂量中，含有约20μg的百日咳类毒素，约10μg的丝状血凝素，约10μg的69kDa蛋白和约6μg的菌毛凝集原。
对于阵发性咳嗽持续至少21天并培养确证细菌感染的病例，本发明疫苗组合物对易感人群的保护范围至少约为80％，优选约为85％。对于咳嗽持续至少1天的轻型百日咳病例，该疫苗的保护范围至少约为70％。
疫苗的凝集原成分优选菌毛凝集原2(Agg2)和菌毛凝集原3(Agg3)，基本上不含凝集原1。Agg2和Agg3的重量比约为1.5∶1～2∶1。
本文提供的疫苗尚可与白喉类毒素和破伤风类毒素联合应用，提供一种白-破-百三联疫苗。在一个实施方案中，疫苗含有大约15Lfs的白喉类毒素和约5Lfs的破伤风类毒素。
另外，疫苗还包括一种佐剂，特别是矾。
本发明的另一方面尚提供了一种免疫易感人群避免百日咳杆菌感染的方法，包括给易感人群应用免疫有效剂量的本文提供的疫苗组合物，该疫苗组合物可以为至少70％的易感人群提供保护。
本发明的优势包括一种提高了效果的改良非菌体性百日咳疫苗。
本发明在另一方面尚提供了应用于生产疫苗组合物的纯化型百日咳类毒素，丝状血凝素，pertactin和菌毛凝集原，该组合物应用于易感人群，可以为至少约70％的成员提供保护。
在这种用途上，疫苗的单人剂量包括约30μg氮的pertactin和约1～10μg氮的菌毛凝集原。特别是美国政府国立变态反应与传染病研究所(NIAID)选择本疫苗组合物进行双盲临床疗效观察，以期在该领域的专家中，建立充分的基础，证明该组合物可以在一定程度上有效抑制该病(百日咳)。该课题(成为一种疫苗)遇到了合理预计应用结果的困难。
附图简述结合后文的发明详述、参考实例和附图，将对本发明有一个更加深刻的理解。
图1是从包特氏菌株中分离制备凝集原的技术流程图。
发明详述图1显示了从包特氏菌株中制备凝集原的流程。如图1所示，一种含有凝集原的包特氏菌细胞匀浆，如百日咳杆菌细胞匀浆，用含有尿素的缓冲液，如10mM的磷酸钾，150mM的氯化钠和4M尿素，从细菌细胞匀浆中选择性提取凝集原，产生含有凝集原的第一上清(sp1)和第一沉淀(ppt1)。第一上清(sp1)和第一沉淀(ppt1)可通过离心法分离。弃去沉淀(ppt1)。澄清上清(sp1)可通过应用10mM的磷酸钾/150mM的氯化钠/0.1％Triton X-100和100～300kDa NMWL薄膜滤器进行浓缩和透滤。
然后将第一上清在适宜的温度下温育一段时间，以产生含有凝集原的澄清上清液(sp2)和不含凝集原的弃去沉淀(ppt2)。适宜的温度包括约50～100℃，包括75～85℃，适宜的温育时间包括1～60分钟。第二次上清可加入分子量约为8000的聚乙二醇(PEG8000)使其终浓度约为4.5+0.2％，并轻轻搅拌至少约30分钟而浓缩，以产生第三沉淀(ppt3)。离心收集沉淀，弃去上清(sp3)。
第三沉淀(ppt3)可用含有如10mM的磷酸钾/150mM的氯化钠的缓冲液提取，制成含有菌毛凝集原的原液。然后将1M磷酸钾加入原液，使其终浓度为100mM。另外，含热处理菌毛凝集原的澄清上清还可通过凝胶过滤色谱法，如应用Sepharose CL6B胶，而非沉淀法进行纯化。原液中的菌毛凝集原再通过柱层析，如通过PEI硅石柱，进行纯化，以得到含菌毛凝集原制剂的过柱液。
含菌毛凝集原的过柱液还可用含有10mM磷酸钾/150mM氯化钠的缓冲液和100～300kDa NMWL薄膜滤器进行浓缩和透滤。凝集原制剂还要通过一个≤0.22μM的微孔薄膜滤器过滤除菌，最后得到含有菌毛凝集原2和3的精制凝集原制剂。
从包特氏菌株得到的凝集原制剂包括菌毛凝集原2(Agg2)和菌毛凝集原3(Agg3)，基本上不包括凝集原1。Agg2和Agg3的重量比约为1.5∶1～2∶1。这种菌毛凝集原制剂可通过这里提供的上述方法制备获得。本发明还包括用上述方法制备的含有菌毛凝集原的其它免疫原性组合物(包括疫苗)。还包括用这些疫苗包括其它包特氏菌免疫原，包括丝状血凝素，69kDa外膜蛋白，百日咳毒素或其类毒素，包括如在文献68中所述的遗传脱毒的PT类似物。
这些疫苗包括非包特氏菌免疫原，如白喉类毒素，破伤风类毒素，嗜血杆菌属荚膜多糖，嗜血杆菌属外膜蛋白，乙型肝炎病毒表面抗原，脊髓灰质炎病毒，流行性腮腺炎病毒，麻疹病毒和/或风疹病毒。
每一种包特氏菌抗原均分别吸附于佐剂(如矾)，以方便、快速地生产本文提供的含有选定相对剂量抗原的疫苗，该疫苗可以为至少70％的易感人群提供保护，优选可以为至少80％的易感人群提供保护。
在备选实施方案中，本发明提供具有以下特征的疫苗(这里用的μg蛋白质，是根据纯化浓缩物进行Kjedahl实验的结果，表示为蛋白质含氮的μg数)，均可用于肌肉注射。
(a)CP10/5/5/3DT一种包括成分百日咳疫苗和白喉、破伤风类毒素的联合制剂被命名为CP10/5/5/3DT。每0.5ml人用剂量CP10/5/5/3DT包括10μg 百日咳类毒素(PT)5μg 丝状血凝素(FHA)5μg 菌毛凝集原2和3(FIMB)
3μg 69kDa外膜蛋白15Lf 白喉类毒素5Lf 破伤风类毒素1.5mg磷酸铝0.6％2-苯氧基乙醇，作为保存剂(b)CP20/20/5/3DT另一种包括成分百日咳疫苗和白喉、破伤风类毒素的联合制剂被命名为CP20/20/5/3DT。每0.5ml人用剂量CP20/20/5/3DT包括20μg百日咳类毒素(PT)20μg丝状血凝素(FHA)5μg 菌毛凝集原2和3(FIMB)3μg 69kDa外膜蛋白15Lf 白喉类毒素5Lf 破伤风类毒素1.5mg磷酸铝0.6％2-苯氧基乙醇，作为保存剂(c)CP10/5/5DT另一种包括成分百日咳疫苗和白喉、破伤风类毒素的联合制剂被命名为CP10/5/5DT。每0.5ml人用剂量CP10/5/5DT包括10μg百日咳类毒素(PT)5μg 丝状血凝素(FHA)5μg 菌毛凝集原2和3(FIMB)15Lf 白喉类毒素5Lf 破伤风类毒素
1.5mg 磷酸铝0.6％ 2-苯氧基乙醇，作为保存剂(d)CP20/10/10/6DT另一种包括成分百日咳疫苗和白喉、破伤风类毒素的联合制剂被命名为CP20/10/10/6DT。每0.5ml人用剂量CP20/10/10/6DT包括20μg 百日咳类毒素(PT)10μg 丝状血凝素(FHA)10μg 菌毛凝集原2和3(FIMB)6μg69kDa外膜蛋白15Lf白喉类毒素5Lf 破伤风类毒素1.5mg 磷酸铝0.6％ 2-苯氧基乙醇，作为保存剂其它包特氏菌免疫原，百日咳毒素(包括其遗传脱毒类似物，如在此引入作为参考的Klein等转让给受让人的美国专利第5,085,862号)，FHA和69kDa蛋白，可用下述方法生产。
PT的纯化PT可以用传统方法从百日咳杆菌的培养上清中分离得到。如可应用Sekura等的方法(参考文献55)。PT的分离包括，首先将培养上清吸附于含染料配体的凝胶基质Affi-Gel Blue(Bio-Rad实验室，Richmond，CA)的柱上，然后用高浓度盐，如0.75M氯化镁洗柱，将PT洗脱下来，去盐后，将含PT的洗脱液再过一次柱，该柱为胎球蛋白-Sepharose亲和基质，含有胎球蛋白及与其相连的溴化氰活化的Sepharose。用4M镁盐溶液将PT从胎球蛋白柱上洗脱下来。
另外，还可采用Irons等(参考文献56)的方法进行PT的纯化。将培养上清吸附于经溴化氰活化并已与结合珠蛋白共价结合的Sepharose 4B柱上。PT在pH6.5时与吸附剂结合，应用0.1M Tris/0.5MNaCl缓冲液洗柱，pH逐渐改变至10时，PT从柱上洗脱下来。
另外，于1987年11月10日授予Scott等的美国专利第4,705,686号所阐述的方法，在此引入，亦作为参考。在该方法中，百日咳杆菌的培养上清或其提取物经过一个阴离子交换树脂柱，该柱可以充分吸附内毒素，而允许包特氏菌的抗原成分流出，或与内毒素分离。
另外，PT还可应用珍珠岩层析法进行纯化，如在此引入作为参考的转让给受让人的EP专利第336,736号所述。
PT的脱毒PT的脱毒就是除去其在最后应用中可能引起副作用的不需要活性。多种传统化学脱毒的方法均可应用，如用福尔马林、过氧化氢、四硝基甲烷和戊二醛处理。
例如，PT可以采用Munoz等(参考文献57)描述的改良戊二醛法脱毒。在此脱毒过程中，纯化的PT温育于0.01M磷酸盐盐水缓冲溶液中。将戊二醛加入该溶液至终浓度为0.05％，室温温育2小时，再加入L-赖氨酸至终浓度为0.02M。室温温育2小时后，在0.01M PBS中透析2天。在一个特定实施方案中，可应用EP专利第336,736号描述的脱毒过程。简而言之，PT可用下述方法应用戊二醛脱毒溶解于pH8.0，含0.22M氯化钠的75mM磷酸钾溶液中的纯化PT，用等体积甘油稀释至蛋白浓度约为50～400μg/ml。将溶液加热至37℃后，加入戊二醛至终浓度为0.5％(w/v)以去除毒性。37℃温育4小时后，加入天冬氨酸(1.5M)至终浓度为0.25M。室温温育1小时，用10倍体积的pH8.0，含0.15M氯化钠和5％甘油的10mM磷酸钾溶液透滤，以减少甘油，去除戊二醛。最后将PT类毒素通过0.2μM的微孔薄膜滤器以滤过除菌。
如果应用重组技术制备了无毒或少毒的PT突变分子，作为PT类毒素分子，就不必进行化学脱毒了。
FHA的纯化基本如Cowell等所述(参考文献58)，FHA可从细菌培养上清中纯化。生长促进因子，如甲基化β-环糊精，可以用来增加培养上清中FHA的产量。将培养上清上羟基磷灰石柱。FHA吸附在柱上，而PT则否。用大量Triton X-100洗柱以去除内毒素。然后，用含0.5M氯化钠的0.1M磷酸钠溶液洗脱FHA，如有必要，可再过胎球蛋白-Sepharose柱以去除残留的PT。此外，纯化尚可包括过Sepharose CL-6B柱。
另外，FHA还可应用针对该抗原的单克隆抗体予以纯隆抗体已附于溴化氰活化的亲和柱上(参考文献59)。
另外，FHA还可应用上述EP专利336,736所述的珍珠以纯化。
69kDa外膜蛋白(pertactin)的纯化69kDa外膜蛋白(69K或pertactin)可从应用抑菌剂如的细菌菌体中获得，正如在此引入作为参考的已发表EP-所述。灭活的细菌悬浮于水溶液中，如PBS(pH7～8)，反复(℃)后冷却至室温或4℃以抽提。抽提过程使69K蛋白质放出来。用沉降法收集含有69K蛋白质的物质并过Affi-ge高浓度盐，如0.5M氯化镁将69K蛋白质洗脱下来。透析后析支持物。
另外，69kDa蛋白质尚可应用以本文中受让人名义在参考的已发表PCT申请WO 91/15505所述的方法，从百日上清中纯化。
其它从百日咳杆菌中纯化69kDa外膜蛋白的方法，尚年1月4日授予Gotto等的美国专利第5,276,142号和199日授予Burns的美国专利第5,101,014号。
这里描述了许多已实施的人类临床试验，以建立一种相应的有用的成分疫苗以预防百日咳。特别是，对疫苗中包含原产生了免疫应答(如下表3所示)。在一组大的安慰剂对参与、双随机分组的易感人群临床试验中，分析了一种CP10/5/5/3DT，以对其预防典型百日咳的效果予以评估。
典型百日咳的诊断标准是阵发性咳嗽21天或以上，合并以下之一者培养确证百日咳杆菌感染，或血清学证据证明百日咳特异性感染，证据为用ELISA双份血清中抗FHA或PT的IgG或IgA抗体升高100％。
或如缺乏血清学证据，在受试儿童开始咳嗽之前或之后28天内，曾与培养确证百日咳杆菌感染的患者密切接触。
这项研究的结果表明，CP10/5/5/3DT可有效预防大约85％的典型病例。在同一研究中，仅含PT和FHA的双成分百日咳非菌体性疫苗，其有效率约为58％，而全菌体性疫苗的有效率约为48％(见下表4)。另外，CP10/5/5/3DT疫苗对咳嗽持续至少1天的轻型百日咳的有效率约为77％。特别是，获得的针对疫苗的免疫应答概况，与全菌体性疫苗免疫后获得的免疫基本相同，据报导，后者可高效预防百日咳。
疫苗的制备和应用宜于作为疫苗的免疫原性组合物可用这里公开的方法从包特氏菌中制备。疫苗刺激机体产生免疫应答，产生的抗体可具有调理作用或杀菌作用。如果接种了疫苗的机体再次遭遇百日咳杆菌，这些抗体将与细菌结合并灭活之。而且，有调理作用和杀菌作用的抗体还可能通过其它机制提供保护。
包括疫苗的免疫原性组合物应制为可注射的流体溶液或乳液。包特氏菌免疫原应与与之可配伍的药用赋形物混合。这些赋形物可包括水，盐水，右旋葡萄糖，甘油，乙醇和其组合物。免疫原性组合物及疫苗尚应包括一些附加物，如湿化或乳化剂，pH缓冲剂或佐剂以增强其效果。免疫原性组合物和疫苗采用非肠道用药，即皮下注射或肌肉注射。免疫原性制剂和疫苗的应用方式要配以合适的剂量，而且该剂量应治疗有效，具免疫原性与保护性。应用剂量有赖于受体本身，包括该个体免疫系统产生抗体的能力，如果需要，尚包括产生细胞免疫的能力。所需活性成分的准确用量有赖于医师的判断。然而，本领域的技术人员易于确定适宜的剂量范围，可以是毫克数量级的免疫原。首次用药和加强剂量的适宜方案也多种多样，但应包括首次用药和随后加强用药。剂量还有赖于用药途径和宿主身材大小。
根据本发明，免疫原性组合物中免疫原的浓度一般约为1～95％。仅含有一种病原体抗原物质的疫苗为单价疫苗。含有多种病原体抗原物质的疫苗为联合疫苗，属于本发明范畴。这种联合疫苗含有，如多种病原体、或同种病原体的不同菌株、或多种联合病原体的物质。
如果抗原与佐剂同时应用，其免疫原性会得到显著提高。佐剂的浓度一般为0.005～0.5％，溶于磷酸缓冲盐水溶液中。佐剂增强抗原的免疫原性，但其本身不必具有免疫原性。佐剂可以将抗原保留在用药局部，产生储存效应，缓慢、持续地将抗原释放至免疫系统的细胞。佐剂还可以将免疫细胞吸引至抗原储存处，刺激这些细胞产生免疫应答。
免疫刺激剂或佐剂被用来提高宿主对，如疫苗，的免疫应答已有多年。内源性佐剂，如脂多糖，一般是作为疫苗的死菌或减毒菌的成分。外源性佐剂是免疫调节剂，常与抗原非共价连接，提高宿主免疫应答。但是，佐剂被鉴定只能提高对非肠道应用的抗原的免疫应答。而一些佐剂具有毒性，会引起不必要的副反应，使它们不适用于人类和多种动物。确实，只有氢氧化铝和磷酸铝(一般合称为矾)常规作为佐剂用于人类和兽用疫苗。矾提高对白喉和破伤风类毒素抗体应答的效果已经确立，就在最近，一种乙型肝炎表面抗原疫苗也用矾作为佐剂。尽管矾的有效性在一些申请中已确立，但其仍有局限性。例如，矾在流感疫苗中无效，不能持续产生细胞介导的免疫应答。以矾作为佐剂的抗原刺激小鼠产生的抗体主要为IgG1亚型，对于一些疫苗制剂，此亚型不能提供最佳保护。
多种外源性佐剂可刺激机体对抗原产生有效的免疫应答。这些包括皂角甙与膜蛋白抗原的复合物(免疫刺激复合物)、含矿物油的普卢兰尼克聚合物、矿物油中的死亡分枝杆菌，Freund’s完全佐剂，细菌产物，如胞壁酰二肽(MDP)和脂多糖(LPS)，以及脂质A和脂质体。
为了有效诱导体液免疫应答(HIR)和细胞介导的免疫(CMI)，免疫原通常在佐剂中乳化。很多佐剂具有毒性，诱导产生肉芽肿、急性和慢性炎症(Freund’s完全佐剂，FCA)、细胞溶解(皂角甙和普卢兰尼克聚合物)和致热原性、关节炎和前葡萄膜炎(LPS和MDP)。尽管FCA作为一种很好的佐剂在研究中广泛应用，但由于其毒性而未获准用于人类和兽用疫苗。
理想佐剂应包括以下所需特征(1)无毒性；(2)刺激机体产生持续免疫应答的能力；(3)生产简便，长期储存中性质稳定；(4)对多种途径应用的抗原均可激发CMI和HIR；
(5)可与其它佐剂协同作用；(6)具有与不同抗原提呈细胞(APC)选择性作用的能力；(7)具有特异激发适宜TH1或TH2细胞特异性免疫应答的能力；(8)选择性提高针对抗原的适宜抗体亚型水平(如，IgA)的能力；在此引入作为参考的于1989年8月8日授予Lockhoff等的美国专利第4,855,283号，介绍了将糖脂类似物包括糖基用氨基酸取代的N-糖基酰胺，N-糖基脲和N-糖基氨基甲酸酯作为免疫调节剂或佐剂。而且，Lockhoff等(美国专利第4,855,283号和参考文献60)报导了N-糖脂类似物与天然存在的糖脂，如鞘糖脂和糖基甘油脂结构类似，并在单纯疱疹病毒疫苗和假狂犬病病毒疫苗的应用中，能够刺激机体产生很强的免疫应答。有些糖脂可从长链烷基胺和脂肪酸合成，该长链烷基胺和脂肪酸通过异头碳原子直接与糖连接以模仿天然存在的脂基功能。
在此引入作为参考的授予Moloney的美国专利第4,258,029号，已转让给本文中受让人。在该专利中，介绍了将十八烷基酪氨酸盐酸盐作为佐剂与破伤风类毒素和福尔马林灭活的I，II，III型脊髓灰质炎病毒疫苗联合应用。Nixon-George等(参考文献61)也报导了将芳香族氨基酸的十八烷基酯与重组乙型肝炎表面抗原混合，增强宿主对乙型肝炎病毒的免疫应答。
实例以上公开内容梗概描述了本发明。参考以下具体实例，可获得对本发明更加全面的理解。这些实例仅作为说明，而非限制本发明的范围。如果要求便利，形式的改变和等价物的取代均在考虑之列。尽管这里应用了特殊术语，但这些术语仅作为说明，而非限制本发明的范围。
所用蛋白质的生物化学、发酵和免疫学方法在本公开内容中不予详述。这些实例在科学文献中大量报导，并在本领域专业人员的能力范围之内。
实施例1本实例描述了百日咳杆菌的生长。
主菌种百日咳杆菌菌株主菌种培养物分批存于2～8℃，冻干状态。
工作菌种冻干培养物在Hornibrook培养基中复苏，并接种到Bordet-Gengou琼脂(BGA)平皿上。Hornibrook培养基含下列成分组分1升中含量酪蛋白水解产物(活性炭处理) 10.0g烟酸0.001g氯化钙 0.002g氯化钠 5.0g六水合氯化镁0.025g氯化钾 0.200g磷酸二氢钾 0.250g淀粉1.0g蒸馏水加至 1升用1％碳酸钠溶液调整pH至6.9±0.1。将培养基分装至试管中，先在消毒锅中蒸20分钟，然后在121～124℃高压灭菌20分钟。接种菌种两次，第一次在BGA平皿，然后在成分百日咳琼脂(CPA)。成分百日咳琼脂(CPA)含有下列组合物氯化钠 2.5g/L磷酸二氢钾 0.5g/L氯化钾 0.2g.L六水合氯化镁0.1g/LTris碱 1.5g/L酪蛋白氨基酸10.0g/L谷氨酸氢钠 10.0g/L浓盐酸 至pH7.2琼脂15.0g/L生长因子(CPGF) 10.0mL/L成分百日咳生长因子(CPGF)-100X含有下列组合物左旋半胱氨酸盐酸盐 4.0g/L烟酸0.4g/L
抗坏血酸 40.0g/L谷胱甘肽，还原型 15.0g/L七水合硫酸亚铁 1.0g/L二甲基-β-环糊精 100g/L二水合氯化钙 2.0g/L最终培养产物悬浮于百日咳菌种悬浮缓冲液(CPSB)中，2～4ml等量分装，-60～-80℃冷冻储存。百日咳菌种悬浮缓冲液(PSSB)含有下列组合物酪蛋白氨基酸 10.0g/LTris碱 1.5g/L无水甘油 100m/L浓盐酸 至pH7.2这些甘油悬浮液提供了制备工作菌种的起始物质。
培养过程工作菌种在成分百日咳琼脂Roux瓶中，34～38℃培养4～7天。培养后，用百日咳成分肉汤(CPB)将菌体从琼脂上洗下来。革兰氏染色观察培养物纯度和混浊度。
菌体转移至含有CPB的4升锥形瓶中，34～38℃振荡温育20～26小时。革兰氏染色观察样本，检验培养物纯度。收集瓶中悬浮液，接种到含有CPB(10升体积，起始OD600为0.1～0.4)的两个发酵罐中。菌种生长至终OD600为5.0～10.0。革兰氏染色检验培养物纯度，抗原特异性ELISAs检验无菌性。
实例2本实例描述从百日咳杆菌培养物中纯化抗原的方法。
在肉汤中的制备和细菌的浓缩细菌悬浮液用两个发酵罐在34～37℃培养35～50小时。发酵罐经过培养基无菌检验。悬浮液用连续流动圆盘堆积离心法(12,000×g)分离细菌与肉汤。收集细菌，准备提取菌毛成分。澄清的液体通过一个≤0.22μm的微孔薄膜滤器。过滤后的液体再通过10～30kDa标称分子量限制(NMWL)膜超滤浓缩。浓缩后的液体储存以备分离纯化百日咳毒素(PT)，丝状血凝素(FHA)和69kDa(pertactin)成分。
肉汤成分的分离肉汤成分(69kDa，PT和FHA)可以应用珍珠岩层析法和选择性洗脱步骤进行分离和纯化，基本上是上述EP专利第336,736号和申请人发表的PCT申请第WO.91/15505号中描述的方法。具体的有效纯化操作见下述。
百日咳毒素(PT)用50mM Tris，50mM Tris/0.5％Triton X-100和50mM Tris缓冲液洗珍珠岩柱。PT部分可用50mM Tris/0.12M NaCl缓冲液从柱上洗脱下来。
从珍珠岩柱上洗脱下来的PT部分再上羟基磷灰石柱，然后用30mM的磷酸钾缓冲液洗柱。PT可用75mM磷酸钾/225mM氯化钠缓冲液洗脱。用200mM磷酸钾/0.6M氯化钠/0.6氯化钠缓冲液洗柱以收获FHA部分并弃之。将甘油加入纯化的PT中至终浓度为50％。将混合物保存于2～8℃，直至1周内脱毒完成。
丝状血凝素(FHA)FHA部分可用50mM Tris/0.6M NaCl从珍珠岩柱上洗脱下来，再经羟基磷灰石柱层析纯化。从珍珠岩柱上洗脱下来的FHA部分再上羟基磷灰石柱，先用含有0.5％Triton X-100的30mM的磷酸钾洗柱，然后再用30mM的磷酸钾缓冲液洗柱。用85mM的磷酸钾缓冲液将PT部分洗脱下来并弃之。最后用200mM磷酸钾/0.6M氯化钠将FHA部分洗脱下来。2～8℃保存至1周内脱毒完成。
69kDa(pertactin)将浓肉汤用注射用水(WFI)稀释至其传导率为3～4mS/cm，上珍珠岩柱。每毫升珍珠岩柱上0.5～3.5mg蛋白质。流出液(69kDa成分部分)再通过10～30kDa NMWL膜进行浓缩。将硫酸铵加入浓缩的流出液至终浓度为35％±3％(w/v)，该混合物于2～8℃保存4±2天或立即离心(7000×g)。移出多余上清，收集离心(7000×g)沉淀。69kDa沉淀或冻存于-20～-30℃，或溶解于Tris或磷酸缓冲液中立即应用。
珍珠岩柱的浓缩流出液加35％(w/v)硫酸铵沉淀所得的69kDa外膜蛋白可用来纯化。将硫酸铵(每升100±5g)加入69kDa部分，2～8℃至少搅拌2小时。离心(7,000×g)收集上清。将硫酸铵(每升100～150g)加入上清部分，2～8℃至少搅拌2小时。离心(7,000×g)收集沉淀，溶解在pH8的10mM Tris HCl中。溶液的离子强度调整至与10mMTris HCl(pH8)等价，并含15mM硫酸铵。
将69kDa蛋白上前后连接的羟基磷灰石柱和Q-Sepharose柱。用含15mM硫酸铵的10mM Tris HCl(pH8)洗柱，收集流出液中的69kDa蛋白。用6～10倍体积含0.15M氯化钠的10mM磷酸钾(pH8)和100～300kDa的NMWL膜透滤69kDa蛋白。收集超滤液，69kDa蛋白在超滤过程中被浓缩。
将69kDa蛋白溶剂交换成10mM Tris HCl(pH8)，吸附至Q-Sepharose柱，用10mM Tris HCl(pH8)/5mM硫酸铵洗柱。用50mM磷酸钾(pH8)将69kDa蛋白洗脱下来。用6～10倍体积含0.15M氯化钠的10mM磷酸钾(pH8)和10～30kDa的NMWL膜透滤69kDa蛋白。将69kDa蛋白过≤0.22μm的微孔薄膜滤器以除菌。将无菌的69kDa蛋白储存于2～8℃，并于3个月内实施吸附。
菌毛凝集原凝集原可从肉汤中分离出的细菌匀浆中纯化。用含10mM磷酸钾、150mM氯化钠和4M尿素的缓冲液将细菌匀浆稀释至细菌占0.05体积，混合30分钟。离心(12,000×g)澄清细菌溶解产物，然后用10mM磷酸钾/150mM氯化钠/0.1％Triton X-100和100～300kDa的NMWL膜透滤、浓缩。
浓缩物加热至80℃30分钟，离心(9,000×g)使之再次澄清。在澄清的上清中加入PEG 8000至终浓度为4.5±0.2％，轻轻搅拌至少30分钟。离心(17,000×g)收集沉淀，用10mM磷酸钾/150mM氯化钠缓冲液抽提沉淀，获得菌毛凝集原原液。菌毛凝集原通过PEI硅石层析柱得到纯化。用1M磷酸钾调整原液磷酸钾浓度为100mM，过PEI硅石柱。
流出液用10mM磷酸钾/150mM氯化钠缓冲液，过100～300kDa的NMWL膜透滤、浓缩。将无菌的菌毛凝集原储存于2～8℃，并于3个月内实施吸附。制备的菌毛凝集原含Agg2和Agg3，两者的重量比约为1.5～2∶1，基本上不含Agg1。
实例3本实例描述了纯化百日咳杆菌抗原，PT和FHA的类毒素化。
如实例2所述制备的纯化PT，加入戊二醛至浓度为0.5±0.1％，在37±3℃温育4小时以类毒素化。加入L-天冬氨酸至0.21±0.02M以终止反应。混合物在室温保存1±0.1小时，然后2～8℃存放1～7天。
混合物用10mM磷酸钾/0.15M氯化钠/5％甘油缓冲液，过30kDa的NMWL膜透滤，过≤0.22μm的微孔薄膜滤器以除菌。无菌液储存于2～8℃，并于3个月内实施吸附。
如实例2所述制备的FHA部分，分别调整L-赖氨酸和甲醛的浓度至47±5mM和0.24±0.05％，35～38℃温育6周以类毒素化。混合物用10mM磷酸钾/0.5M氯化钠，过30kDa的NMWL膜透滤，过微孔薄膜滤器以除菌。无菌液储存于2～8℃，并于3个月内实施吸附。
实例4本实例描述了纯化的百日咳杆菌抗原的吸附。
为了将PT，FHA，Agg和69kDa分别吸附至磷酸铝(矾)上，需要制备磷酸铝的储备液，浓度为18.75+1mg/ml。准备合适的容器，将抗原无菌分装至容器中。无菌加入2-苯氧基乙醇至终浓度为0.6±0.1％v/v，搅拌至均质状态。将合适体积的磷酸铝无菌加入容器。加入适量体积的无菌蒸馏水，使磷酸铝的终浓度为3mg/ml。将容器密封、标记，室温搅拌4天。将容器保存直至最后应用。
实例5本实例描述了百日咳成分疫苗与白喉、破伤风类毒素联合制剂。
如前实例所述制备的百日咳抗原与白喉、破伤风类毒素联合，提供了几种成分的百日咳疫苗(CP)。
如上实例1～4所详述，百日咳成分从生长于深层培养基中的百日咳杆菌中生产。细菌生长完成后，离心分离培养肉汤和细菌菌体。每种抗原均分别纯化。百日咳毒素(PT)和丝状血凝素(FHA)顺次通过珍珠岩和羟基磷灰石层析柱从肉汤中获得纯化。PT用戊二醛脱毒，FHA部分中残存的任何PT(大约1％)用甲醛脱毒。菌毛凝集原(2+3)(AGG)从细菌菌体中制备。用尿素和热处理裂解菌体，菌毛凝集原通过聚乙二醇沉淀和聚乙烯亚胺硅石层析以纯化。69kDa蛋白(pertactin)成分从珍珠岩层析柱(实例2)流出液中经硫酸铵沉淀分离，再顺次通过羟基磷灰石和Q-sepharose层析柱纯化。所有成分均通过0.22μm的微孔薄膜滤器以除菌。
白喉类毒素可用标准方法从生长于深层培养基中的白喉棒杆菌中制备。白喉类毒素的制备分为五个阶段，即工作菌种的维持，白喉棒杆菌的繁殖，白喉毒素的收获，白喉毒素的脱毒和白喉类毒素的浓缩。
白喉类毒素的制备(I)工作菌种白喉棒杆菌菌株以冻干菌种形式分批维持。复苏的菌种在35+2℃，Loeffler斜面上生长18～24小时。然后转移至含白喉培养基的烧瓶中。检测培养物的纯度和Lf量。剩余菌种用来接种至发酵罐。
(II)白喉棒杆菌的生长培养物在35±2℃温育，并摇动发酵罐。将预先设定量的硫酸亚铁，氯化钙和磷酸盐溶液加入培养基。每种溶液的实际用量(磷酸盐，硫酸亚铁，氯化钙)通过每种培养基的预实验决定。选择的用量是能提供最高Lf含量的用量。生长周期结束时(30～50小时)，检测培养物的纯度和Lf量。
用碳酸氢钠调整pH，用0.4％甲苯在35±2℃灭活培养物1小时。然后进行无菌实验以确定没有活的白喉棒杆菌。
(IH)白喉毒素的收获来自一个或几个发酵罐的培养物经甲苯处理过后，收集于一个大容器。加入大约0.12％的碳酸氢钠，0.25％活性炭，23％的硫酸铵，测量pH。
搅拌混合液30分钟。加硅藻土，将混合物泵入深滤器。滤液循环过滤直至清澈，然后收集滤液，取样检测Lf量。将硫酸铵加入滤液至浓度为40％。再次加入硅藻土。混合液于2～8℃静置3～4天以沉淀。收集沉淀的毒素，并溶解于0.9％的盐水中。硅藻土通过过滤去除，毒素用0.9％的盐水透析以去除硫酸铵。收集透析后的毒素，检测Lf量和纯度。
(IV)白喉毒素的脱毒透析后须立即进行脱毒。为脱毒，毒素须稀释至终溶液中含a)白喉毒素1000±10％Lf/mlb)0.5％碳酸氢钠c)0.5％福尔马林d)0.9％w/vL-赖氨酸单盐酸盐溶液用盐水补足体积，并调整pH7.6±0.1。
类毒素通过纤维素硅藻土滤垫和/或膜预滤器和0.2μm的微孔薄膜滤器过滤，收集于容器中，34℃温育5～7周。取一次样本检测毒性。
(V)纯化类毒素的浓缩收集类毒素，超滤法浓缩后，存放在适宜的容器中。取样本检测Lf量和纯度。加入保存剂(2-苯氧基乙醇)至终浓度为0.375％，调整pH至6.6～7.6。
类毒素通过预滤器和0.2μm的微孔薄膜滤器过滤除菌后收集。取无菌类毒素样本，检测其类毒素的不可逆性、Lf量、保存剂含量、纯度(氮含量)、无菌性和毒性。无菌浓缩类毒素储存于2～8℃，直至最后制备。
破伤风类毒素的制备破伤风类毒素(T)可从生长于深层培养基中的破伤风梭菌中制备。
破伤风类毒素的生产分为五个阶段，即工作菌种的维持，破伤风梭菌的生长，破伤风毒素的收获，破伤风毒素的脱毒和破伤风类毒素的纯化。
(I)工作菌种用来生产破伤风毒素并最终转化为破伤风类毒素的破伤风梭菌菌株以冻干菌种形式分批维持。菌种接种于巯基乙醇酸盐培养基中，并于35±2℃生长大约24小时。取样本检测培养物纯度。
(II)破伤风梭菌的生长将破伤风培养基分装至发酵罐中，热处理后冷却。发酵罐中接种细菌，34±2℃生长4～9天。取样本检测培养物纯度和Lf量。
(III)破伤风毒素的收获通过纤维素硅藻土垫过滤分离毒素，澄清的毒素通过微孔薄膜滤器除菌。取样本检测Lf量和无菌性。通过30,000道尔顿孔径超滤浓缩毒素。
(IV)破伤风毒素的脱毒脱毒前先检测样本的Lf量。浓缩的毒素(475～525Lf/ml)中加入0.5％w/v碳酸氢钠，0.3％v/v福尔马林和0.9％w/vL-赖氨酸单盐酸盐脱毒，并用盐水补足体积。调整pH至7.5±0.1，将混合物在37℃温育20～30天。取样本检测无菌性和毒性。
(V)类毒素的纯化浓缩的类毒素依次通过预滤器和0.2μm的微孔薄膜滤器过滤除菌。取样本检测无菌性和Lf量。
硫酸铵的最适浓度根据类毒素样本的分级分离“S”曲线确定。将第一个浓度加入类毒素(稀释至1900-2100Lf/ml)。混合液在20～25℃至少保存1小时，收集上清，弃去含高分子量部分的沉淀。
将第二个浓度的硫酸铵加入上清，进行第二次分离以去除低分子量杂质。混合液在20～25℃至少保存2小时，然后在2～8℃最多保存3天。通过离心和过滤收集代表纯化类毒素的沉淀。
应用透滤法从纯化的类毒素中去除硫酸铵。应用Amicon(或等价物)超滤膜和pBS超滤，直至在类毒素溶液中检测不到硫酸铵。调整pH至6.6～7.6，加入2-苯氧基乙醇至终浓度为0.375％。类毒素通过薄膜滤器过滤除菌，取标本检测(类毒素的不可逆性、Lf量、pH、保存剂含量、纯度、无菌性和毒性。
一种成分百日咳疫苗和白喉、破伤风类毒素联合制剂被命名为CP10/5/5/3DT。每0.5ml成人剂量的CP10/5/5/3DT含有10μg百日咳类毒素(PT)5μg 丝状血凝素(FHA)5μg 菌毛凝集原2和3(FIMB)3μg 69kDa外膜蛋白15Lf 白喉类毒素5Lf 破伤风类毒素1.5mg磷酸铝0.6％2-苯氧基乙醇作为保存剂另一种成分百日咳疫苗和白喉、破伤风类毒素联合制剂被命名为CP10/5/5DT。每0.5ml成人剂量的CP10/5/5DT含有10μg百日咳类毒素(PT)5μg 丝状血凝素(FHA)5μg 菌毛凝集原2和3(FIMB)
15Lf白喉类毒素5Lf 破伤风类毒素1.5mg 磷酸铝0.6％ 2-苯氧基乙醇作为保存剂另一种成分百日咳疫苗和白喉、破伤风类毒素联合制剂被命名为CP20/20/5/3DT。每0.5ml成人剂量的CP20/20/5/3DT含有20μg 百日咳类毒素(PT)20μg 丝状血凝素(FHA)5μg菌毛凝集原2和3(FIMB)3μg69kDa外膜蛋白15Lf白喉类毒素5Lf 破伤风类毒素1.5mg 磷酸铝0.6％ 2-苯氧基乙醇作为保存剂还有一种成分百日咳疫苗和白喉、破伤风类毒素联合制剂被命名为CP20/10/10/6DT。每0.5ml成人剂量的CP20/10/10/6DT含有20μg 百日咳类毒素(PT)10μg 丝状血凝素(FHA)10μg 菌毛凝集原2和3(FIMB)6μg 69kDa外膜蛋白15Lf 白喉类毒素5Lf破伤风类毒素1.5mg 磷酸铝
0.6％ 2-苯氧基乙醇作为保存剂实例6本实例描述了根据本发明生产的非菌体性百日咳成分疫苗的临床评估。
(a)成人研究对成人和16～20个月儿童的研究显示，含菌毛凝集原的多成分疫苗安全而又具免疫原性(表2)。
五成分百日咳疫苗(CP10/5/5/3DT在Calgary，Alberta对17～18个月的儿童进行了I期临床观察，并报告了副反应。33个儿童接受了该疫苗，另外35个儿童接受了不含69kDa蛋白成分的相同疫苗。
局部反应少见。全身性副反应，主要是烦燥，在无论使用哪种疫苗的约半数研究参加者均可出现。通过酶免疫法，可检测到抗-PT，抗-FHA，抗-菌毛凝集原和抗-69kDa的IgG抗体水平显著升高，通过CHO细胞中和法，也可检测到抗-PT抗体水平显著升高。接受四成分(CP10/5/5DT)和五成分(CP10/5/5/3DT)疫苗的儿童，除抗-69kDa抗体外，检测的其它抗体反应无差异。接受含有69kDa蛋白的五成分疫苗的儿童，免疫后，抗-69kDa抗体水平显著提高。
对四成分疫苗的剂量反应研究在Winnipeg，Manitoba，Canada进行。应用的两种成分疫苗制剂为CP10/5/5/3DT和CP20/10/10/6DT。一种全菌体性DPT疫苗作为对照也包括在研究中。
该研究在91年对17～18个月的婴儿进行了双盲研究，该时段是这些婴儿进行百日咳疫苗加强注射的时候。这些儿童可以很好地耐受CP10/5/5/3DT和CP20/10/10/6DT。无论接受哪一种成分疫苗，出现局部反应或全身性反应的儿童人数显示无差异。相反，接受全菌体性疫苗的儿童，出现局部和全身性反应的人数显著多于接受CP20/10/10/6DT成分疫苗的儿童。
婴儿研究II期应用CP10/5/5/3DT疫苗的一项研究在Calgary，Alberta和BritishColumbia，Canada进行。在这项研究中，432个婴儿在2，4和6个月接受成分百日咳疫苗或全菌体性对照疫苗DPT。这些婴儿可以很好地耐受CP10/5/5/3DT疫苗。每剂量免疫后，成分疫苗的局部反应较之全菌体性疫苗要少见。
成分百日咳疫苗接种后，可观察到对全部抗原的显著抗体反应。全菌体性疫苗的接受者，对菌毛凝集原、D和T可产生较强的抗体反应。免疫后7个月，82～89％的成分疫苗接受者和92％的全菌体性疫苗接受者，菌毛凝集原的抗体滴度有4倍或4倍以上的升高。相反，对FHA的抗体反应，成分疫苗接受者为75～78％，而全菌体性疫苗接受者只有31％。抗-69kDa抗体在90～93％的成分疫苗接受者和75％的全菌体性疫苗接受者中存在4倍升高。抗-PT抗体用酶免疫法检测在40～49％的成分疫苗接受者和32％的全菌体性疫苗接受者中存在4倍升高抗-PT抗体用CHO细胞中和法检测在55～69％的成分疫苗接受者和6％的全菌体性疫苗接受者中存在4倍升高。(表2)II期B在一项双盲随机研究中，评价了CP20/20/5/3DT和CP10/10/5/3DT疫苗的效果。对照疫苗是D15PT，D15PT对照疫苗含有15Lf的白喉类毒素，较25Lf的制剂为低。该研究在100个2，4和6个月大婴儿中进行。在两种成分疫苗制剂中，副反应的发生率无差异；两者的副反应均较全菌体性疫苗显著低下。含抗原剂量高的CP20/10/5/3DT疫苗的接受者，通过酶免疫法和CHO细胞中和法检测的抗PT和FHA抗体滴度均较高。免疫后7个月，抗FHA几何平均滴度在CP20/20/5/3DT接受者中为95.0，在CP10/5/5/3DT接受者中为45.2，在D15PT接受者中仅为8.9。抗PT滴度用酶免疫法检测，三者分别为133.3，58.4和10.4；用CHO细胞中和法检测，三者分别为82.4，32.7和4.0(表2)。
该研究显示成分百日咳疫苗与吸附的白喉、破伤风类毒素联合应用，尽管抗原含量增加，在婴儿中应用仍然安全且具免疫原性，而且抗原(PT和FHA)含量的增加加强了对该抗原的免疫应答而无副反应的增加。
II期，NIAID.美国的对比观察在美国国立变态反应和传染性疾病研究所(NIAID)的主持下，一项II期研究拉开了大规模观察非菌体性百日咳疫苗效果的序幕。本发明的一种成分百日咳疫苗与吸附的白喉、破伤风类毒素联合疫苗(CP10/5/5/3DT)与其它12种非菌体性疫苗和两种全菌体性疫苗在此研究之列。137名儿童在2，4和6个月接受了CP10/5/5/3DT成分疫苗的免疫，结果显示了疫苗的安全性。
如在以前的研究中所看到的，成分疫苗安全、副反应低、并能被很好地耐受。
在7个月，抗-PT抗体，抗-FHA抗体，抗-69kDa抗体和抗-菌毛凝集原抗体均高于或等于全菌体性疫苗接种后获得的抗体水平(参考文献71和表2)。一项双盲研究将儿童随机分为接受CP20/20/5/3DT或CP10/5/5/3DT疫苗制剂的组。总共有美国和加拿大的2050名婴儿参加了该项研究，其中，1961名婴儿完成了研究。在这些婴儿中，这两种疫苗制剂均具有安全、低副反应和免疫原性。在包括292名婴儿的小组中，免疫原性得到了评价。两种疫苗制剂均可获得针对所含全部抗原的抗体水平升高。CP20/20/5/3DT制剂可诱导更高的抗FHA抗体滴度，而抗PT抗体滴度则否。CP10/5/5/3DT制剂可诱导更高的抗菌毛和凝集原抗体滴度。
另一项安全性和免疫原性研究在法国进行。研究设计除疫苗应用时间在2，3和4个月外，其余与上述北美研究设计相似。局部和全身性反应普遍较小。总之，疫苗的这种使用方法在法国被研究参与者很好地接受。
在10,000个婴儿中两种非菌体性百日咳疫苗和一种全菌体性疫苗的安慰剂对照效果观察在美国NIAID II期对比观察之后，一组多中心、有对照双随机分组和安慰剂对照的效果观察选择了一种双成分和一种五成分非菌体性疫苗。该临床观察在百日咳发病率较高的瑞典进行。双成分疫苗含有戊二醛和福尔马林灭活的PT(25μg)，福尔马林处理的FHA(25μg)和白喉类毒素17Lf以及破伤风类毒素10Lf。五成分百日咳疫苗是CP10/5/5/3DT。在此观察中，10,000名婴儿，代表瑞典约半数该年龄段婴儿，根据出生证明，在14个根据地理划分的研究区域参加了该研究。
出生于1992年1～2月的儿童被随机分为3组。在征得家长同意之后，三分之二的婴儿在2，4和6个月接受两种白喉-破伤风-非菌体性百日咳制剂中的一种。对照组只接受DT。1992年5月，引进了美国领有许可执照的商用全菌体性DTP疫苗，生于1992年3～12月的儿童被随机分为4组。在征得家长同意之后，四分之三的婴儿在2，4和6个月接受三种DTP制剂中的一种。对照组只接受DT。
每种疫苗均有2,500名儿童应用。疫苗应用有三种剂量。首剂在婴儿2个月，最迟不超过3个月时应用。以后的剂量以8周的间隔给予。
疫苗用于肌肉注射。
随访儿童及其家人30个月。如果怀疑百日咳感染，收集临床数据，并寻求实验室证据，方法是作鼻腔抽吸物的细菌培养和聚合酶链反应(PCR)以诊断。收集急性期和恢复期血样以作出血清学诊断。
在此研究之前，并不知道在易感人群(特别是新生儿)中应用的本发明成分百日咳疫苗中的pertactin剂量范围。特别是，多种包特氏菌成分和它们在百日咳疫苗中的选定相对剂量对疫苗效果的影响也并不知道。
该观察的主要目的是评价非菌体性百日咳疫苗和全菌体性疫苗相对于安慰剂对典型百日咳的保护能力。
第二目的是探索疫苗对已确诊的不同严重程度的百日咳感染的保护效果。
疫苗的效果定义为接种疫苗的儿童相对于未接种疫苗的儿童，患百日咳可能性下降的百分比。
两组接种不同疫苗组的百日咳相对危险性用两组患病可能性之比表示。
百日咳患病可能性，也称为发病率，可用不同的方法衡量。计算样本大小后，在指定研究组中，百日咳患病可能性用研究随访结束时患病儿童数与研究组剩余儿童数之商衡量。
在此观察中，成分疫苗CP10/5/5/3DT预防典型百日咳的效果见表4，大约为85％。在同一观察中，一种只含有PT和FHA的双成分非菌体性百日咳疫苗约58％有效，一种全菌体性疫苗约48％有效。CP10/5/5/3DT对预防轻型百日咳也有效，有效率为77％。
公开内容概要总结该公开内容，本发明提供了一种新的百日咳杆菌菌毛凝集原制剂及其制备方法。菌毛凝集原可与其它包特氏菌和非包特氏菌抗原联合，制成多种多成分百日咳疫苗。这些疫苗在人类使用中安全、无副反应、具免疫原性和保护性。在本发明的范围内可作调整。
表1.非菌体性百日咳疫苗
a.过氧化氢灭活b.麻省公共卫生实验室c.四硝基甲烷灭活d.戊二醛灭活 e.福尔马林灭活 f.应用微生物与研究中心表2.成人和儿童接受安慰剂和非菌体性百日咳类毒素(AP)，白破百类毒素(DTP)，或多成分非菌体性白破百(ADTP)类毒素免疫后，机体对百日咳抗原，白喉、破伤风类毒素的IgG抗体应答。
数据用几何平均数的95％置信空间表示。百日咳类毒素，丝状血凝素，凝集原，pertactin和白喉、破伤风类毒素的抗体滴度用ELISA单位/nL表示。CHO细胞中和法中，所示数值表示80％细胞被中和的最高稀释度的倒数。
表3.婴儿接种非菌体性百日咳疫苗的血清学结果(2、4和6个月龄)
CLI-Connaught实验室有限公司，Swiftwater，Pennsylvania.Mass-麻省公共实验室CLL-Connaught 实验室有限公司，Willowdale，Ontario.Lederle-Lederle实验室有限公司表4.非菌体性百日咳疫苗的效果
A病例定义 阵发性咳嗽21天并培养阳性B病例定义 咳嗽至少1天的轻型百日咳注释1置信限注释2全菌体性百日咳疫苗参考文献1.Muller，A.S.Leeuwenburg，J.Pratt，D.S.(1986)百日咳流行病学和控制。《世界卫生组织通报》(Bull WHO)64卷321-331页2.Fine，P.E.M.Clarkson，J.A.(1984)百日咳免疫性在英格兰和威尔士人群中的分布。《(卫生学杂志》(J.Hyg)92卷21-26页3.Mortimer，E.A.Jr(1990)百日咳及其预防家庭事件。《传染病杂志》(J.Infect.Dis)161卷473-479页4.Addiss，D.G.Davis，I.P.，Meade，B.D.，Burstyn，D.G.Meissner，M.，Zastrow，J.A.，Berg，J.L.Drinka，P.Phillips，R.(1991)百日咳在威斯康星一家私立医院爆发。《传染病杂志》(J.Infect.Dis)164卷704-710页5.Halperin，S.A.Marrie，T.J.(1991a)成人百日咳脑病个案报导和综述。《(传染病评论》(Rev.Infect.Dis)13卷1043-1047页6.Onorato，I.M.Wassilak，S.G.Meade，B.(1992)全细胞性百日咳疫苗在美国学龄前儿童中的应用效果。《美国医学学会会刊》(JAMA)267卷2745-2749页7.Miller，D.L.Ross，E.M.Alderslade，R.Bellman，M.H.Brawson，N.S.B.(1981)儿童中百日咳免疫和严重急性神经病。《英国医学杂志》(Brit Med.J.)282卷1595-1599页8.Tamura，M.Nogimori，K.Murai，S.Yajima，M.Ito，K.Katada，T.Ui，M.Ishii，S.(1982)胰岛活性蛋白，百日咳毒素的亚基结构与A-B模型一致。《(生物化学》(Biochemistry)21卷5516-5522页9.Tuomanen，E.Weiss，A.(1985)对粘附人呼吸道纤毛上皮细胞的百日咳杆菌两种粘附素的鉴定。《(传染病杂志》(J.Infect.Dis)152卷118-125页10.Friedman，R-L.Nordensson，K.Wilson，L.Akporiaye，E.T.YocumD.E.(1992)人巨噬细胞对百日咳杆菌的摄取及其胞内存活。《传染与免疫》(Infect.Immu.)60卷4578-4585页11.Pittman，M.(1979)百日咳毒素百日咳损伤效应和持久免疫的因由。一种假说。《传染病评论》(Rev.Infect.Dis)1卷401-402页12.Granstrom，M.，Granstrom，G.(1993)百日咳的血清学相关特点。《疫苗》(Vaccine)11卷445-448页13.Gearing，A.J.H.Bird，C.R.Redhead，K.Thomas，M.(1989)人百日咳杆菌感染后细胞免疫应答。《欧洲微生物学会联合会微生物学与免疫学》(FEMS Microbial.Immunol)47卷205-212页14.Thomas，M.G.Redhead，K.Lambert，H.P.(1989a)百日咳杆菌感染和疫苗接种后人血清抗体反应。《传染病杂志》(J.Infect.Dis)159卷211-218页15.Thomas，M.G.Ashworth，L.A.E.Miller，E.Lambert，H.P.(1989b)百日咳杆菌感染和全细胞性疫苗接种后对百日咳毒素，丝状血凝素和凝集原2，3的血清IgG，IgA和IgM应答《传染病杂志》(J.Infect.Dis)160卷838-845页16.Tomoda，T.Ogura，H.Kurashige，T.(1991)百日咳杆菌感染和疫苗接种后的免疫应答。《传染病杂志》(J.Infect.Dis)163卷559-563页17.Peterson，J.W.Ibsen，P.H.Haslov，K.Capiau，C.Heron，I，(1992a)鼠吸入百日咳杆菌感染后气管支气管淋巴结和脾淋巴细胞的增殖反应及其γ-干扰素、肿瘤坏死因子的产生。《传染与免疫》(Infect.immun)60卷4563-4570页18.Englund，J.A.Reed，G.F.Edwards，K.M.Decker，D.Pichichero，M.E.Ronnels，M.B.Steinhoff，M.C.Anderson，E.L.Meade，B.D.Deloria，M.A.NIAID非细胞性百日咳疫苗组(1992b)婴儿通过胎盘传递得到的抗体和接种非细胞性(AC)、全细胞性(WC)百日咳疫苗后产生的抗百日咳毒素(PT)和丝状血凝素(FHA)抗体的效应。《儿科学研究》(Pediat.Res.)31卷91A页19.Oda，M.Cowell，J.L.Burstyn，D.G.Thaib，S.Manclark，C.R.(1985)人初乳中抗百日咳杆菌抗体及其对鼠吸入感染的保护活性《传染与免疫》(Infect.Immun)47卷441-445页20.Petersen，J.W.P.H.Bentzon，M.W.Capiau，C.Heron，I.(1991)成人接种非细胞性和全细胞性百日咳疫苗后的细胞和体液免疫应答《欧洲微生物学会联合会微生物学通讯》(FEMS Microbiol Lett)76卷279-288页21.Oda，M.Cowell.J.L Burstyn，D.G.Manclark，C.R.(1984)百日咳杆菌丝状血凝素和促淋巴细胞增多因子对鼠的保护活性。《传染病杂志》(J.Infect.Dis)150卷823-833页22.Sato，H.Ito，A.Chiba，J.Sato，Y.(1984b)抗百日咳毒素单克隆抗体对百日咳感染及其毒素的效果。《传染与免疫》(Infect.Immun)46卷422-428页23.Sato，H.Sato，Y.(1990)抗百日咳毒素单克隆抗体对鼠百日咳感染的保护活性。《传染与免疫》(Infect.Immun)58卷3369-3374页24.Weiss，A.A.Hewlett，E.L.(1986)百日咳杆菌的毒力因子。《微生物学年评》(Ann.Rev.Microbiol)40卷661-668页25.Munoz，J.J.(1988)百日咳原(百日咳毒素)对宿主免疫系统的作用。见百日咳的发病机制和免疫。A.C.Wardlaw和R.Parton.编。JohnWiley & Sons Ltd.，Toronto.211-229页26.Watking，P.A.Burns，D.L.Kanaho，Y.Liu，T-Y.Hewlett，E.L.Moss，J.(1985)百日咳毒素对转导蛋白的ADP-转核糖基作用。《生物化学杂志》(J.Biol.Chem.)260卷13478-13482页27.Burns，D.L. 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权利要求
1.一种可以保护易感人群避免由百日咳杆菌感染引起疾病的疫苗组合物，包括选定相对剂量的可以为易感人群的至少约70％成员提供保护的纯化型来自百日咳杆菌的百日咳类毒素，丝状血凝素，百日咳杆菌黏附素和凝集原制剂，该凝集原制剂基本不含凝集原1。
2.权利要求1的疫苗，其中单人剂量含有约5～30μg氮的上述百日咳类毒素，约5～30μg氮的上述丝状血凝素，约3～15μg氮的上述百日咳杆菌黏附素，约1～10μg氮的上述凝集原制剂。
3.权利要求1的疫苗，其可为至少约80％的阵发性咳嗽持续至少21天并有确切细菌感染证据的百日咳病例提供保护。
4.权利要求1的疫苗，其可为至少约70％的咳嗽持续至少1天的轻型百日咳病例提供保护。
5.权利要求1的疫苗，其可为约85％的阵发性咳嗽持续至少21天并有确切细菌感染证据的百日咳病例提供保护。
6.权利要求1的疫苗，其中凝集原制剂包括菌毛凝集原2和菌毛凝集原3。
7.权利要求6的疫苗，其中菌毛凝集原2与菌毛凝集原3的重量比约为1.5∶1～2∶1。
8.权利要求1的疫苗，还包括破伤风类毒素和白喉类毒素。
9.权利要求8的疫苗，其中的疫苗包括以下之任一(a)在单人剂量中，约10μg氮的百日咳类毒素制剂，约5μg氮的丝状血凝素制剂，约3μg氮的百日咳杆菌黏附素制剂，约5μg氮的菌毛凝集原制剂；或(b)在单人剂量中，约20μg氮的百日咳类毒素制剂，约20μg氮的丝状血凝素制剂，约3μg氮的百日咳杆菌黏附素制剂，约5μg氮的菌毛凝集原制剂。
10.权利要求9的疫苗，其中白喉类毒素的量约为15Lfs，破伤风类毒素的量约为5Lfs。
11.权利要求1的疫苗，还包括一种佐剂。
12.权利要求12的疫苗，其中佐剂为磷酸铝或氢氧化铝。
13.权利要求1-12之任一的疫苗在制备用于免疫易感人群避免由百日咳杆菌感染引起疾病的药物中的应用。
14.为一种来自百日咳杆菌的纯化的百日咳类毒素制剂，纯化的丝状血凝素制剂，纯化的百日咳杆菌黏附素制剂和纯化的菌毛凝集原制剂的纯化型百日咳杆菌抗原在制备给药免疫易感人群以避免由百日咳杆菌感染引起疾病中的疫苗制剂中应用，其中百日咳毒素制剂，丝状血凝素制剂，百日咳杆菌黏附素制剂和菌毛凝集原制剂为选定的相对剂量可以为易感人群的至少约70％成员提供保护，该凝集原制剂基本不含凝集原1。
15.权利要求14的应用，其中的保护程度为以下之任一(a)为至少约80％的阵发性咳嗽持续至少21天并有确切细菌感染证据的百日咳病例提供保护；(b)为至少约70％的咳嗽持续至少1天的轻型百日咳病例提供保护。
16.权利要求14的应用，其中的疫苗的单人剂量含有约5～30μg氮的百日咳类毒素制剂，约5～30μg氮的丝状血凝素制剂，约3～15μg氮的百日咳杆菌黏附素制剂，约1～10μg氮的菌毛凝集原制剂。
17.权利要求16的应用，其中菌毛凝集原制剂包括菌毛凝集原2和菌毛凝集原3。
18.权利要求17的应用，其中菌毛凝集原2与菌毛凝集原3的重量比约为1.5∶1～2∶1。
19.权利要求16的应用，其中的疫苗制剂还包括破伤风类毒素和白喉类毒素。
20.权利要求19的应用，其中的疫苗包括以下之任一(a)在单人剂量中，约10μg氮的百日咳类毒素制剂，约5μg氮的丝状血凝素制剂，约3μg氮的百日咳杆菌黏附素制剂，约5μg氮的菌毛凝集原制剂；或(b)在单人剂量中，约20μg氮的百日咳类毒素制剂，约20μg氮的丝状血凝素制剂，约3μg氮的百日咳杆菌黏附素制剂，约5μg氮的菌毛凝集原制剂。
21.权利要求20的应用，其中疫苗包含的白喉类毒素的量约为15Lfs，破伤风类毒素的量约为5Lfs。
22.权利要求14-20之任一的应用，其中的疫苗还包括一种佐剂。
23.权利要求22的应用，其中的佐剂是氢氧化铝或磷酸铝。
全文摘要
含有纯化的毒素或其类毒素，丝状血凝素，pertactin和菌毛凝集原的非菌体性百日咳疫苗制剂，可以为至少70％的易感人群提供保护。菌毛凝集原可以从包特氏菌株，特别是百日咳杆菌菌株中制备，制备过程包括从细菌匀浆中抽提菌毛凝集原，并将抽提物浓缩和纯化。
文档编号A61K39/116GK1915424SQ200610100048
公开日2007年2月21日 申请日期1996年5月2日 优先权日1995年5月4日
发明者J·R·沃瑟, R·E·F·法希姆, G·E·雅克森, L·U·L·谈, A·赫尔伯特, L·鲍克斯, L·巴雷托, J·施哈王, M·H·克莱恩 申请人:康诺特实验室有限公司