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商周 | 从人痘到牛痘:疫苗发明的几个关键节点

疫苗是人类医学史上最伟大的发明 | 图源:pixabay.com
 
导 读
 
今天,我们已经深切地体会到疫苗对于预防传染病的重要价值和意义。实际上,疫苗的概念,可以追溯到16世纪的中国,当时 “人痘接种术” 已经得到广泛使用,以预防天花。疫苗(vaccine)一词,则源于18世纪末英国医生爱德华·詹纳发明并推广的牛痘,这一技术比传统的 “人痘接种术” 更安全,也因此在各国得到应用,并最终帮助人类消灭了天花。
 
撰文|商 周
 
责编|陈晓雪
 
谈起疫苗的发明,很多人脑海里都会浮现出这样一个故事:英国乡村医生爱德华·詹纳(Edward Jenner)发现挤奶的女工不会感染天花,从中获得了灵感:牛痘能防止天花。1796年,詹纳从一个美丽的挤奶女工的手臂上取出牛痘接种到了一个八岁的男孩身上,然后这个男孩有了对天花的抵抗力。这也宣告了疫苗的诞生,也被认为是现代医学的开端。
 
这是一个不仅简化而且美化了的故事,容易在大众中传播,但要从一个伟大的发明的过程里获得营养,必须去追溯真实的历史。在真实世界里,疫苗的发明远不是故事里那样简单美好,却更加精彩。
 
让我们来回顾历史,探寻疫苗发明的源头。
 
人痘的发明
 
在1801年发表的《疫苗接种的起源》一文里 [1],詹纳这样描述道:
 
“我对牛痘研究的开端,要追溯到25年前。
 
作为一个乡村医生,我那时经常被叫去为当地人进行天花接种。期间我发现,在其中一些人身上,无论怎么去进行天花接种他们都没有反应。我发现这些人都曾经患有过一种当地人称为 ‘牛痘’ 的病,这是一种通过奶牛传给人的疾患,人在挤牛奶的时候因为接触了牛乳头上的脓疱而被传染。这个发现让我感到好奇和兴奋,于是开始了对牛痘的调查和研究。
 
经过询问得知,牛痘作为一种疾病在很久以前就已经被人熟知,而且牛痘可以用来防止天花这种模糊的说法也在奶牛场里流传。但我发现这个说法相对来说是一个新鲜事物,因为所有的上了年纪的农民都说他们年轻的时候并不知道它的存在。
 
这个现象不难解释,因为在萨顿把天花的接种技术进行优化之前,平常百姓一般都没有被接种过天花,所以牛痘对天花的预防作用很少在奶牛场工人的身上被测试过。”
 
根据詹纳的描述,他在1796年第一次给一个八岁的小孩接种牛痘,并不是因为一时的灵感,而是长达近二十年的观察和思考后的慎重决定。而且,挤奶女工不容易感染天花,并非是詹纳首先观察到的,而是那个时代的发现。
 
疫苗发明的基础是人痘。其实,英国人痘接种技术是从其它国家引进的,那么这就产生了一个有趣的问题:从人痘到牛痘中间有哪些关键的里程碑?
 
第一,就是人痘接种的出现。
 
根据文献记录,人类首例人痘接种出现在一千多年前的中国宋代。清代出版的《痘疹定论》中记载:“宋仁宗时丞相王旦,生子俱苦于痘,后生子素,召集诸医,探问方药。时有四川人清风,陈说:峨眉山有神医能种痘,百不失一。不逾月,神医到京。见王素,摩其顶曰:此子可种!即于次日种痘,至七日发热,后十二日,正痘已结痂矣。”
 
古代中国真正在一定规模上应用到民间的人痘接种,是在十六世纪,也就是中国的明朝晚期。关于这一点,很多明末清初的文献都有记载。
 
比如,在1549年(明代嘉靖二十八年)出版的的由万全撰写的《痘疹世医心法》一书中,有这样的文字:“女子种痘,经水忽行,暴暗不能言语者。” 在明末(1643年)出版的《寓意草》里,也有关于顾明的二郎、三郎在北平种痘的医案记载。清初(1653年)出版的《三冈识略》,记载了一位张姓医生 ‘种痘’ 的事迹,并且提到这个技术在张医生那里已经祖传了三代。另外,1727年出版《痘科金镜赋集解》里也有过如下记录:“又闻种痘法,起于明朝隆庆年间,宁国府太平县,姓氏失考,得之异人,丹传之家。由此蔓延天下。” 这些文献记录表明,在明代中晚期的中国,“种痘” 技术已经在民间有了一定规模的应用了。
 
等到了清代,人痘接种在康熙时期更是得到了进一步的推广。清朝初年,顺治皇帝因为感染天花而不治身亡。年轻的顺治皇帝驾崩后,选继承人成了一个问题。当时,人们已经知道得过天花的人之后就不会再被感染,根据这一点经验,得过天花并痊愈的三皇子玄烨被选为皇位的继承人,这就是后来的康熙皇帝。康熙皇帝主政后大力推广人痘的接种,并把这一技术传播到了当时的俄国。
 
在中国之外,另外一个人口众多的文明古国印度,也可能进行了人痘的接种,但相关的文献记录并不像中国那样丰富。现在有人声称印度几千年前的梵文文献里就有了人痘接种的记录,但这样的说法缺乏证据,因为在古老的印度文献记录里,虽然的确有关于天花和治疗方法的文字,却没有如何预防天花的记录。
 
关于印度人痘接种的最早文献出现在18世纪,是由两位生活在印度的英国人所做的记录。一是奥利弗·库尔特(Oliver Coult)在1731年提到大约150年前(约1580年),印度Champanagar地区的医生Dununtary首次开展了人痘的接种;二是约翰·泽法尼亚·霍尔韦尔(John Zephaniah Holwell)在1768年写道种痘已经在印度有几百年的历史。这两处记录关于印度人痘接种的起始年代有些不同,它们的可信性也值得商榷。不过公认的是,1768年在印度的孟加拉地区有人痘接种的存在 [2]。
 
值得注意的是,印度所使用的人痘接种方案和中国有所不同,他们所使用的是皮肤接种法,即把天花脓包的浆液通过反复穿刺的方法接种到胳膊上的一小块皮肤里 [2]。
 
相比于中国和印度,欧美国家在人痘接种上则要晚不少。
 
美洲的人痘接种的文献记录,最早可以追溯到1706年,美国波士顿的牧师科顿·马瑟(Cotton Mather)从他的西非奴隶奥尼西姆斯(Onesimus)那里了解到人痘 [3]。在之后的1714年,马瑟又进一步了解到了土耳其的人痘接种术,并在1721年波士顿暴发天花的时候为当地人进行接种。
 
英国人痘的接种技术则是在1721年开始的,其中起到大力推动作用的是英国驻奥斯曼帝国(现土耳其)大使夫人 Mary Wortley Montagu。
 
1717年,Montagu夫人在伊斯坦布尔第一次接触到了人痘接种术,曾经是天花患者的她对这项技术发生了兴趣,并且开始在英国介绍这一发明。1718年,Montagu夫人在土耳其让医生为自己的儿子成功接种了人痘,等后来她回到英国后,她更是成为了人痘接种的大力推广者。正是因为她的大力推动以及英国王室的支持,人痘接种得以在西欧各国传播 [3]。
 
英国的人痘接种术是从土耳其引入的,那么土耳其又是从哪里学来的呢?从文献来看,只知道是在1670年左右由切尔克斯(Circassian,现属于俄罗斯的领土,位于黑海沿岸与格鲁吉亚交界处)的商人引入的 [4]。而切尔克斯地区的人痘接种术又是源自哪里,这一点没有明确的答案,但存在三种可能 [2]。
 
一是中国。就像说面介绍的,有确切证据说明中国在1550年之前就有了人痘接种术的存在,并且在康熙皇帝的推动下得以传播。俄国曾派人到中国学习人痘接种技术,所以中国发明的人痘接种术可能通过俄国而传到土耳其。但这一可能性也有两点可疑的地方,第一,中国清代的人痘接种是通过鼻子吸入的方式进行的,而土耳其当地实行的却是皮肤接种。第二,根据清道光年间俞正燮撰写的 《癸己存稿》记述,俄国人最先派人到中国学习人痘接种是在康熙27年(公元1688年),这晚于切尔克斯商人把人痘引入到土耳其的时间。
 
二是印度,因为印度实行的人痘接种也是皮肤接种,在这一点上和土耳其一致。但这一可能性最受人质疑的地方,就是印度自己究竟是在什么时候开始了人痘接种技术还不清楚,唯一确定是的在1768年已经有了,但在1670年之前是否有则无从考证。
 
三是阿拉伯地区,这一说法比较模糊,认为阿拉伯地区在1550年左右就发明了人痘接种术,主要接种方式是两种:穿痘衣和通过皮肤接种,然后这些接种技术被传播到了非洲、印度和土耳其。但这一可能性目前还是一种推测,缺乏相应的文献证据。
 
不管古代的土耳其是从哪里学到了人痘的技术,这种技术通过Montagu夫人引入英国,并最终成为了天花疫苗(牛痘)发明的基石。
 
从人痘到牛痘,中间还有三个关键的里程碑。
 
人痘的优化
 
接种人痘的原理,是让被接种者接触含有天花病毒的物质。在天花病毒进入被接种者的体内后,人体免疫系统就会产生针对天花病毒的反应,比如产生抗天花病毒的抗体。所以当种过痘的人在再次遇到天花病毒的时候,免疫系统就能够把天花病毒消灭,从而防止疾病的发生。
 
从本质上来说,人痘接种是让人轻微地感染天花病毒,从而让人体产生针对天花的免疫力。但这样的接种策略会带来一个副作用,就是一部分人会因为接种天花而患上天花,其中的严重者还会因此死亡。据估计,当时每一百个接种人痘的人里,大约有0.5到2个人会因为种痘获得天花病而死亡。这是一个不低的死亡率,对于整个社区也是潜在的风险。
 
考虑到天花的30%死亡率,人痘接种在天花流行时期还是值得去做的事情,但在平常时期去接种则是弊大于利。因此,这项技术虽然走向了世界,但它的应用受到了很大的限制,难以普及。
 
清代乾隆年七年(1742年)出版的《医宗金鉴·幼科种痘心法要旨》,有一个关于人痘接种方法的总结。除了民间使用较多的浆衣法(穿带有天花脓疱浆的衣服),还有通过鼻饲法的三种不同的接种方式:
 
一是浆法,指的是采集天花病人的脓浆,然后让被接种者通过鼻孔吸入;
 
二是旱苗,先把天花患者的痘痂并制成粉末,然后让被接种者通过鼻孔吸入;
 
三是水苗,就是把痘痂粉末溶解在水里,然后让被接种者通过鼻孔吸入。
 
从浆法到旱苗和水苗,是一个提高和优化的过程。关于痘苗的优化,清代出版的《种痘心法》进一步指出:“良由苗种愈久,则药力之提拔愈清,人工之选练愈熟,火毒汰尽,精气独存,所以万全而无患也。若 ‘时苗’ 能连种七次,精加选练,则为 ‘熟苗’。” 从现免疫学的角度来看,这一做法有点像 “减毒活疫苗”,但因为鼻饲法的局限性,这种优化没有带来安全性上的本质提高。
 
对人痘接种技术优化贡献最大的,来自英格兰的萨顿(Sutton)家族。这个家族的人痘接种先驱罗伯特·萨顿(Robert Sutton)是一位外科医生。1757年,萨顿为自己的一个儿子接种人痘失败,他的儿子因此染上天花。之后萨顿致力于人痘接种的优化,并在1760年左右获得了成功,将接种人痘后出现天花感染而死亡的概率降到了千分之一以下。从此,萨顿凭着这一独门秘诀在商业上取得了巨大的成功,不仅让三个儿子到多处开办接种中心,还以分享利润的方式和很多从事接种的医生合作,也因此让人痘普及到了百姓中间。
 
关于萨顿家族的接种秘诀,罗伯特-萨顿的大儿子在1796年出版的《接种术》一书里做了解密。主要包括两点:一是接种处的划痕要浅,不要见血;二是人痘的来源尽量选择症状较轻的天花患者 [5]。从现代免疫学的观点来看,这两点的确能有效地防止感染的发生。划痕浅、不见血的接种方式,可以降低天花病毒进入血液而传播到全身的概率,同时依然能够让天花病毒被免疫系统识别,从而产生特异的免疫反应;而采用症状较轻的天花患者作为人痘种苗的来源,则可能降低接种病毒的数量或它的致病性。
 
几乎和萨顿家族同时成功优化了人痘接种术的,还有来自苏格兰的约翰-威廉姆森(John Williamson)。威廉姆森只上过小学,自学成才成为了一名医生。他在优化人痘接种术时采用的策略和萨顿家族有些相似,但也有所不同 [6]。
 
说相似,是因为两者接种的时候都采用了皮肤不出血的接种方法。说不同,是威廉姆森采用了一种全新的方法来降低天花病毒的毒性。他先从天花患者那里收集疱疮的脓液,然后用泥炭烟将其烘干,并将其与樟脑一起埋入地下长期保存。这个保存时间有时长达七八年之久,在这个过程中,病毒的毒性会因为死亡而降低,从而达到安全接种的目的。
 
这些革命性的改进,使得人痘的接种得以普及。当人痘在民间成为了常规的接种后,在农场工作的工人也因此都有了接种人痘的机会。正是在这样的情形下,负责接种的医生才有机会观察到原来得过牛痘的工人在接种人痘后不像正常健康人那样出现炎症反应,所以猜测牛痘可以抵抗天花。
 
牛痘能够抵抗天花的发现
 
文章开头引用的爱德华·詹纳的描述显示,他观察到牛痘可以抵抗天花这一现象的时候(大约1776年),而且当时农场里已经有了类似的一个模糊说法,但这个说法在当时还是一个相对新鲜的事物。至于这种说法的起源是哪里,换句话说,是谁首先发现了牛痘能够抵抗天花,爱德华-詹纳在这篇文章里有意无意地回避了。多年以后,他的一位朋友确认,爱德华·詹纳曾经说过第一次听说这个观点是在1768年 [2,7]。
 
实际上,首次观察到牛痘可以抵抗天花这一现象的人是约翰·弗斯特(John Fewster,1738–1824),英格兰西南部格洛斯特郡索恩伯里(Thornbury)镇上的一位外科医生、药剂师。
 
1766-1767年,由萨顿家族优化的人痘接种术传到了格洛斯特郡。作为当地医生的弗斯特成为了其中的接种医生。1768年,弗斯特在对当地民众进行常规天花接种时发现了一个有趣的现象:得过牛痘但没有得过天花的两兄弟在常规的人痘接种后基本上没有反应,而一般人在接种过人痘后会出现斑疹、脓疱等症状,他于是猜想可能牛痘能抵抗天花的感染。那年,在当地医学会的一个晚宴上,弗斯特报告了这一发现,并鼓励其他医生对此进行调查研究。
 
而在1768年,19岁的的爱德华·詹纳还是格洛斯特郡奇平索德伯里(Chipping Sodbury)镇上丹尼尔·路德楼(Daniel Ludlow)医生的实习生。路德楼是当地医学会的会员,也参加了那次晚宴。作为路德楼实习生的爱德华·詹纳,很可能因此间接地听说了弗斯特的发现 [2]。
 
发现了牛痘可能抵抗天花感染的现象之后,弗斯特没有继续研究下去,而把人类历史上最重要的医学发现这一机会拱手相让,可能有两点原因。一方面,牛痘感染后所出现的症状比当时人痘接种所引起的症状更为严重,所以他认为牛痘和人痘接种相比没有优势,不能替代已经很完善的人痘接种;另一方面,可能也是更重要的原因,当时的得过 “牛痘” 的人只有一部分对天花有抵抗力,所以 “牛痘” 的保护效率远不如人痘接种 [2]。
 
疫苗的诞生
 
就算弗斯特将这一伟大的机会拱手相让,第一个去进行牛痘接种的也不是詹纳。在詹纳开始自己的第一例牛痘接种的21年前,英格兰多塞特郡的的农民本杰明·杰斯提(Benjamin Jesty)就开始了人类历史上第一次牛痘接种。
 
1774年,杰斯提为了保护自己的家人免受天花的感染,这位勇敢的农民从患病的奶牛身上取出脓液接种到了他的妻子和两个孩子身上(他自己年轻时得过牛痘无需接种)。在成功地通过牛痘接种让家人获得对天花的抵抗力后,杰斯提还给多人接种过牛痘。
 
但杰斯提以及他之后、詹纳之前的几位牛痘接种先驱,之所以没有得到疫苗发明人的荣誉,主要是因为他们没有成功地向公众证明牛痘比当时已经相对成熟的人痘更加安全和有效。
 
詹纳做到了这一点。
 
尽管不断有人呼吁要重新评估弗斯特以及杰斯提在疫苗发明史上的地位,但詹纳在疫苗发明人的位置上从未动摇过。他能得到这一伟大的荣誉,不是灵光一现,更不是因为运气,而是持续多年的努力思考和一系列科学的方法。
 
年轻的时候,詹纳在伦敦师从约翰·亨特(John Hunter),从亨特身上他学到了 “不要只去想,去试” 的理念。虽然一直学医,但詹纳对博物学很有兴趣,并在业余时间做了很多博物学的研究。一个证明是1788年他因为对杜鹃的研究而被选为了英国皇家学会的会员。这段经历让他受益一生,也帮助他找到了通往疫苗发明的道路。
 
现在,我们对很多传染病都有了充分的了解。但在詹纳生活的十八世纪,人们不知道微生物,更不知道它们是传染病的病原体。一个例子就是牛痘,它是牛痘病毒在牛身上导致的传染病;但在十八世纪,“牛痘” 是让奶牛的乳头上起水泡的疾病,而现在我们知道多种病毒和细菌都可以做到这一点。换句话说,十八世纪的 “牛痘” 实际上是多种传染病的集合。因此,当时得过 “牛痘” 的人里只有部分对天花有抵抗力,这也是为什么弗斯特不看好牛痘的主要理由。
 
詹纳的伟大就体现在这里,在面对作为多种感染性疾病的集合的 “牛痘” 的时候,凭借细心的观察、大胆的假设、以及少量但优雅的试验,他提出了 “真牛痘” 和 “伪牛痘” 的概念,并给出了区分两者的办法。利用 “真牛痘”,詹纳将牛痘接种的有效率提高到了和当时人痘接种相当的水平,而副作用则远低于后者。在对牛痘这一疾病的发病机理毫无所知的时代、一个不知道微生物更不知道免疫的时代,做到这一点堪称奇迹。
 
即使在克服了 “伪牛痘” 这个巨大的障碍之后,詹纳的疫苗发明之路也并非一帆风顺。但凭借出色的洞察力以及谨慎的试验,他接着又解决了一系列的难题。比如为什么一些 “真牛痘” 的接种也无效?比如牛痘是否能在人传人的方式下依然保持属性稳定?比如伦敦天花医院的 “牛痘” 接种,为什么出现了事故?
 
这一系问题的解决,让这一人类医学史上最伟大的发明走向了世界,并在近两百年后导致了天花的灭绝。
 
参考资料:
 
1. Jenner E (1801). On the origin of the vaccine inoculation. The Medical and physical journal 5 (28), 505
 
2. Arthur Boylston. The origins of inoculation. J R Soc Med. 2012 Jul; 105(7): 309–313.
 
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Variolation
 
4. Stefan Riedel. Edward Jenner and the history of smallpox and vaccination. Proc (Bayl Univ Med Cent). 2005 Jan; 18(1): 21–25.
 
5. Razzell, Peter (1977). The Conquest of Smallpox. Caliban.
 
6. Smith, Brian (July 1998). "Camphor, Cabbage Leaves and Vaccination: the Career of Johnie 'Notions' Williamson of Hamnavoe, Eshaness, Shetland" (PDF). Proceedings of the Royal College of Physicians of Edinburgh. Royal College of Physicians of Edinburgh. 28 (3): 395–406. PMID 11620446. Retrieved 2019-10-12.
 
7. Moore JC (1817). The history and practice of vaccination. London: J Callow, p 2.



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