人乳头瘤病毒疫苗上市 17 年后的人群水平有效性及群体保护效应

艾斯琳・德西加特（理学硕士）；丁莉（哲学博士）；亚伦・厄梅尔（医学博士）；爱德华多・L. 佛朗哥（公共卫生博士、公共卫生硕士）；凯西・达格纳尔（理学学士）；达伦・R. 布朗（医学博士）；姚森（医学学士、文学硕士）；杰西卡・A. 卡恩（医学博士、公共卫生硕士）

人乳头瘤病毒（HPV）是全球最常见的性传播感染病原体。低危型 HPV（如 HPV-6 和 HPV-11）可能导致口咽和肛门生殖器疣及持续性感染，而高危型 HPV（如 HPV-16 和 HPV-18）则可能导致女性和男性患口咽癌及肛门生殖器癌 [1-3]。全球每年约有 63 万例新发癌症归因于 HPV 感染，占全球所有癌症病例的 4.5%。其中，HPV-16 和 HPV-18 亚型导致的宫颈癌和肛门癌占比分别约为 71% 和 87%[4]。HPV 相关癌症在种族、民族、社会经济地位和地域方面存在显著差异 [5]。中低收入国家宫颈癌死亡率居高不下，在 42 个国家（主要位于撒哈拉以南非洲和东南亚地区），宫颈癌是女性癌症相关死亡的首要原因 [6]。

在美国，已有三种预防性 HPV 疫苗获批上市：二价疫苗（2vHPV），可预防 HPV-16 和 HPV-18 亚型（2009 年获美国食品药品监督管理局批准）；四价疫苗（4vHPV），可预防 HPV-6、HPV-11、HPV-16 和 HPV-18 亚型（2006 年获批）；九价疫苗（9vHPV），可预防 HPV-6、HPV-11、HPV-16、HPV-18、HPV-31、HPV-33、HPV-45、HPV-52 和 HPV-58 亚型（2014 年获批）。自 2016 年起，9vHPV 成为美国唯一可用的 HPV 疫苗，其针对的 HPV 亚型可导致约 90% 的宫颈癌 [4]。美国疾病控制与预防中心（CDC）建议 9-26 岁女性和男性接种 HPV 疫苗，根据年龄不同，接种 2 剂或 3 剂 [7-9]；世界卫生组织（WHO）免疫战略咨询专家组指出，对于 9-20 岁非免疫功能低下的女性和男性，单剂接种方案可作为超说明书使用选项 [10]。

临床试验已证实 HPV 疫苗在预防 HPV 感染和癌前病变方面具有较高效力 [11-15]，但这些数据存在局限性：临床试验招募的研究对象与普通人群存在差异 [16]，且效力分析通常仅针对接种前未感染疫苗相关亚型 HPV 且完成全部剂次接种的参与者。然而，面向更广泛人群的疫苗政策和宫颈癌预防建议通常基于临床试验数据。因此，评估社区层面 HPV 疫苗上市后的人群水平有效性（可能与临床试验效力数据不同），是疫苗上市后监测的重要组成部分。这不仅能为评估疫苗相关潜在结局和成本效益的研究提供准确数据，还能为疫苗和宫颈癌筛查相关政策、建议及公共卫生策略的制定提供指导 [17]。此外，关于群体保护效应（即因已接种人群传播减少而导致未接种人群 HPV 感染率下降）的数据 [18,19]，也能为模型研究、接种和筛查指南、公共卫生策略及政策的制定提供支持。

越来越多的研究表明，HPV 疫苗在降低已接种女性 HPV 感染、癌前病变和癌症发生率，以及为未接种女性和男性提供群体保护方面具有人群水平有效性 [20-28]。然而，对于因健康社会决定因素不利、特定性行为、接种前已暴露于疫苗相关亚型 HPV 或未遵循疫苗接种程序等因素，而处于 HPV 感染和 HPV 相关癌症高风险的人群，其 HPV 疫苗的人群水平有效性和群体保护效应相关研究仍较少。此外，关于九价 HPV 疫苗上市后人群水平有效性和群体保护效应的研究也较为有限。最后，极少有研究收集必要数据，对可能与 HPV 感染相关的变量进行分析校正，以明确 HPV 感染率的变化是与 HPV 疫苗上市相关，还是与研究对象特征（如性行为）随时间变化导致的感染率差异相关。

本研究旨在通过疫苗上市前后的监测研究，探讨 HPV 疫苗上市 17 年间的人群水平有效性和群体保护效应。该研究填补了现有文献的空白，包括纳入具有 HPV 和 HPV 相关癌症高风险的不同种族有性经历青春期女孩和年轻女性、评估九价 HPV 疫苗上市后的相关结局，以及校正不同监测研究中研究对象特征的差异。具体研究目的包括：（1）确定 2006-2023 年期间已接种青春期女孩和年轻女性中，二价、四价和九价 HPV 疫苗所针对亚型的感染率变化趋势，以评估疫苗的人群水平有效性；（2）确定未接种青春期女孩和年轻女性中上述三种疫苗相关亚型 HPV 的感染率变化趋势，以评估群体保护效应。研究假设，已接种和未接种人群中上述三种疫苗相关亚型 HPV 的感染率均会显著下降。

本横断面研究中的所有监测研究均获得辛辛那提儿童医院和辛辛那提卫生局机构审查委员会批准。18 岁以下研究对象无需获得父母知情同意，所有研究对象均提供书面知情同意。本研究遵循《加强流行病学观察性研究报告质量声明》（STROBE）报告指南。

2006 年 10 月（疫苗广泛上市前）至 2023 年 9 月（疫苗上市 17 年后）期间，研究人员开展了 6 项横断面监测研究（研究周期分别为 2006-2007 年、2009-2010 年、2013-2014 年、2016-2017 年、2018-2021 年和 2021-2023 年），共招募 2335 名青春期女孩和年轻女性。研究对象来源于一所大学附属的医院青少年和年轻成人初级保健诊所（青少年健康中心）以及三个卫生局机构（妇产科诊所、性传播疾病诊所和初级保健诊所）。

纳入标准为：年龄 13-26 岁；出生时性别指定为女性（以下简称青春期女孩和女性，包含不同性别认同者）；有性接触史（口生殖器或生殖器接触）；未参与过此前的监测研究。采用连续招募策略，在前 4 项研究中，95%-98% 的被邀请者同意参与。样本量确定基于初步数据和效能分析，结果显示：检测已接种人群疫苗相关亚型 HPV 感染率下降 81% 的效能超过 99.9%，检测未接种人群感染率下降 41% 的效能为 80%。

研究对象完成一份书面调查问卷，内容包括社会人口学特征（种族和民族，应研究资助方要求收集）、既往病史以及可能与 HPV 感染相关的风险行为。种族选项包括亚裔或太平洋岛民、黑人或非洲裔美国人、美洲原住民或阿拉斯加原住民、白人以及多种族；民族选项包括西班牙裔或非西班牙裔。问卷还询问了是否有阿巴拉契亚血统。收集种族和民族信息主要基于两个原因：一是评估 HPV 疫苗等干预措施在不同人群中的效果是否一致，或是否存在效果差异；二是确保不同种族和民族群体在研究中具有足够的代表性，这对于解决研究和健康结局中的不平等问题至关重要。由于除黑人和非洲裔美国人、白人外，其他种族类别中回答 “是” 的研究对象数量较少，因此在倾向评分分析中，将人口统计学特征、既往病史和行为问卷回答相似的种族和民族群体进行合并。该调查问卷的制定和有效性已在以往研究中报道 [20,21]。由研究对象或临床医生按照标准化流程收集宫颈阴道拭子样本 [29-31]。

前 4 项监测研究采用罗氏线性阵列检测法对宫颈阴道样本进行 HPV 基因分型；该检测方法停用后，改用 TypeSeq2 检测法。罗氏线性阵列检测法是一种聚合酶链式反应（PCR）扩增技术，采用 L1 consensus 引物系统和反向线杂交检测条带，可识别 36 种 HPV 基因型 [32,33]。TypeSeq2 检测法是由美国国家癌症研究所癌症基因组研究实验室开发的基于下一代测序（NGS）的检测方法，可检测 46 种 HPV 亚型。简要来说，该方法通过多重 PCR 同时扩增 HPV L1 基因的多个区域，以及 13 种致癌性 HPV 亚型、HPV-6 和 HPV-11 的 E6 和 E7 基因的额外区域，并加入宿主基因组和检测内参对照。扩增产物进行双条形码标记后，采用 Ion GeneStudio S5 系统对混合文库进行下一代测序。

通过查阅电子健康记录确定 2320 名研究对象（99.4%）的疫苗接种状态；若电子健康记录中无相关信息，则通过俄亥俄州全州免疫登记系统或研究对象初级保健医生的记录补充；其余 15 名研究对象（0.6%）的疫苗接种状态基于自我报告数据进行分析。

采用描述性方法分析研究对象的社会人口学特征、既往病史和行为。通过单变量分析（卡方检验、Fisher 精确检验、Kruskal-Wallis 检验和方差分析）和标准化均数差（SMD），判断不同监测研究中研究对象变量是否存在显著差异（P<0.05，所有配对研究批次间的平均或最大 SMD>0.2，或两者均满足）[34-36]。结果显示部分变量存在差异，因此采用倾向评分加权逆概率法（IPTW）平衡不同研究间研究对象特征的差异（详见补充资料 1 中的方法部分）。采用加权逻辑回归分析，在对加权后仍存在不平衡的协变量（若有）进行校正后，估计并比较不同监测研究中的 HPV 感染率 [37-39]。研究对象特征的缺失数据极少（15 个变量的缺失人数范围为 0-30 人，占比 1.3%），采用众数插补法或在适当情况下与其他类别合并，以避免倾向评分估计中出现缺失值。在感染率分析中，排除 25 名 HPV 结局数据缺失的研究对象。

计算 6 项监测研究中已接种人群、未接种人群和所有研究对象的倾向评分未校正和校正后的 HPV 感染率。为评估总体疫苗有效性，将第 2 至第 6 项监测研究中已接种人群的疫苗相关亚型 HPV 感染率，与第 1 项监测研究中均为未接种人群的感染率进行比较 [40,41]。

采用逻辑回归分析 6 项监测研究中 HPV 感染的风险。自变量为监测研究批次，因变量为 2vHPV 相关亚型（HPV-16、HPV-18 或两者均有）、4vHPV 相关亚型（HPV-6、HPV-11、HPV-16、HPV-18 中至少 1 种）和 9vHPV 相关亚型（HPV-6、HPV-11、HPV-16、HPV-18、HPV-31、HPV-33、HPV-45、HPV-52、HPV-58 中至少 1 种）的感染率。按疫苗接种状态（已接种、未接种和所有研究对象）进行分层分析。采用 SAS 9.4 统计软件（SAS 研究所）进行所有统计分析。

在 2335 名研究对象中 [平均（标准差）年龄为 18.9（2.7）岁；第 1 项研究平均年龄为 18.7（3.0）岁，第 3 项研究平均年龄为 19.1（2.8）岁；非洲裔美国人 1526 名（65.4%）、亚裔 13 名（0.6%）、美洲原住民 6 名（0.3%）、白人 582 名（24.9%）、多种族 151 名（6.5%）；西班牙裔 173 名（7.4%）]，1195 名（51.2%）研究对象报告有性传播感染史，1843 名（78.9%）研究对象报告终身拥有至少 2 名男性性伴侣（表 1）。具体变量的缺失数据及处理方法详见补充资料 1 中的附录。2006 年至 2023 年，疫苗接种率从 371 名研究对象中 0 人接种，上升至 402 名研究对象中 330 人接种（82.1%）。在 1495 名至少接种 1 剂疫苗的研究对象中，1062 名（71.0%）仅接种四价疫苗，430 名（28.8%）至少接种 1 剂九价疫苗。仅接种四价疫苗的研究对象占比情况为：第 2 项研究 242 名已接种者（100%）、第 3 项研究 286 名已接种者（100%）、第 4 项研究 337 名已接种者中 295 名（87.5%）、第 5 项研究 300 名已接种者中 167 名（55.7%）、第 6 项研究 330 名已接种者中 72 名（21.8%）。至少接种 1 剂九价疫苗的研究对象占比情况为：第 4 项研究 40 名（11.9%）、第 5 项研究 133 名（44.3%）、第 6 项研究 257 名（77.9%）。在第 4、5、6 项研究的 967 名已接种研究对象中，9 人（0.9%）至少接种 1 剂二价疫苗。

倾向评分校正后，已接种人群中至少感染 1 种 HPV 亚型的比例变化如下：2vHPV 从 371 人中 93 人（27.7%）降至 330 人中 1 人（0.4%），相对差异为 98.4%；4vHPV 从 118 人（35.4%）降至 3 人（2.1%），相对差异为 94.2%；9vHPV 从 163 人（48.6%）降至 21 人（11.8%），相对差异为 75.7%（表 2；图 1）。（感染阳性率的计数为原始数据，百分比经倾向评分校正）。这些数据为疫苗有效性提供了估计依据。

倾向评分校正后，未接种人群中至少感染 1 种 HPV 亚型的比例变化如下：2vHPV 从 371 人中 93 人（25.8%）降至 72 人中 3 人（7.3%），相对差异为 71.6%；4vHPV 从 118 人（25.3%）降至 4 人（6.1%），相对差异为 75.8%；9vHPV 从 163 人（42.7%）降至 13 人（31.1%），相对差异为 27.2%（表 2；图 2）。

校正逻辑回归分析显示，所有研究对象（校正比值比 [aOR] 分别为 0.03，95% 置信区间 [CI]：0.01-0.07；0.06，95% CI：0.03-0.10）、已接种人群（aOR 分别为 0.01，95% CI：<0.01-0.05；0.04，95% CI：0.02-0.08）和未接种人群（aOR 分别为 0.23，95% CI：0.08-0.63；0.19，95% CI：0.07-0.52）感染 2vHPV 和 4vHPV 相关亚型的风险均显著降低（表 2）。此外，所有研究对象（aOR=0.22，95% CI：0.16-0.31）和已接种人群（aOR=0.14，95% CI：0.09-0.21）感染 9vHPV 相关亚型的风险也显著降低（表 2）。

注：SMD = 标准化均数差；STI = 性传播感染。a 所有项目的缺失数据率较低，15 个变量的缺失人数范围为 0-30 人（1.3%）。为避免因倾向评分模型中变量缺失导致倾向评分缺失，采用众数插补法或在适当情况下合并类别。具体变量的缺失数据及处理方法详见补充资料 1 中的附录。b 各研究周期：第 1 项研究为 2006-2007 年，第 2 项为 2009-2010 年，第 3 项为 2013-2014 年，第 4 项为 2016-2017 年，第 5 项为 2018-2021 年，第 6 项为 2021-2023 年。c 所有配对研究批次间的平均 SMD；校正指经倾向评分校正。d 所有配对研究批次间的最大 SMD；校正指经倾向评分校正。e 除黑人和非洲裔美国人、白人外，其他种族类别中回答 “是” 的研究对象数量较少，因此在倾向评分分析中，将人口统计学特征、既往病史和行为问卷回答相似的种族群体进行合并。

注：2vHPV = 二价 HPV 疫苗；4vHPV = 四价 HPV 疫苗；9vHPV = 九价 HPV 疫苗；aOR = 校正比值比；HPV = 人乳头瘤病毒。a HPV 结局数据缺失情况：第 1 至第 6 项研究分别有 4、1、5、1、9、5 人缺失，这些研究对象已排除于 HPV 结局分析。所有分析均经倾向评分校正，并按疫苗接种状态分层。b 各研究周期：第 1 项研究为 2006-2007 年，第 2 项为 2009-2010 年，第 3 项为 2013-2014 年，第 4 项为 2016-2017 年，第 5 项为 2018-2021 年，第 6 项为 2021-2023 年。c 第 1 项研究中全部、已接种和未接种研究对象的分子相同，因为该研究中所有对象均未接种疫苗，用于与第 2 至第 6 项研究中的全部、已接种和未接种对象进行比较。d 采用逻辑回归分析风险比。e 指 HPV-16、HPV-18 或两者均有。f 指 HPV-6、HPV-11、HPV-16、HPV-18 中至少 1 种。g 指 HPV-6、HPV-11、HPV-16、HPV-18、HPV-31、HPV-33、HPV-45、HPV-52、HPV-58 中至少 1 种。

广泛推广预防性 HPV 疫苗接种，结合普及宫颈癌筛查和治疗，有望在全球范围内消除宫颈癌 [42]。HPV 疫苗接种还可能降低由 HPV 引起的其他肛门生殖器癌和口咽癌的发病率和死亡率 [43,44]。疫苗上市后人群水平有效性和群体保护效应的相关数据，对于评估疫苗接种的临床结局和成本效益至关重要，同时也为制定国家疫苗接种和宫颈癌筛查建议、政策及公共卫生策略提供依据，以确保 HPV 疫苗的全部效益得以实现。本横断面研究表明，在四价 HPV 疫苗及后续二价、九价 HPV 疫苗上市后的首个 17 年间，青春期女孩和年轻女性中 HPV 疫苗的人群水平有效性和群体保护效应显著。

本研究的创新点包括：重点关注来自不同机构、存在 HPV 感染和 HPV 相关癌症差异风险的青春期女孩和年轻女性；评估疫苗对九价 HPV 疫苗相关亚型的有效性和群体保护效应；通过电子健康记录确认疫苗接种状态，这对保证研究有效性具有重要意义 [45]；采用类实验设计方法，控制可能与 HPV 感染风险相关的多个研究对象特征的不平衡。该研究方法支持以下假设：HPV 感染率的下降主要与疫苗上市相关，而非行为变化或其他因素。

在本研究人群中，有充分证据表明二价、四价和九价 HPV 疫苗上市后具有人群水平有效性。倾向评分校正后，已接种人群的 HPV 相关亚型感染率下降幅度如下：2vHPV 为 98.4%，4vHPV 为 94.2%，9vHPV 为 75.7%。校正逻辑回归分析显示，所有研究对象和已接种人群中特定亚型 HPV 感染的风险均显著降低。九价 HPV 疫苗相关亚型的有效性相对较低，部分原因可能是接种至少 1 剂九价疫苗的研究对象比例较低（<30%）。

尽管本研究中的研究对象为有性经历的青春期女孩和年轻女性，HPV 感染风险相对较高（疫苗上市前 HPV-16 和 HPV-18 感染率较高，且既往性传播感染率较高），且部分研究对象可能在接种前已发生性行为、感染疫苗相关亚型 HPV 或未完成推荐的全部剂次 HPV 疫苗接种，但二价和四价 HPV 疫苗的人群水平有效性仍高于预期，与二价、四价和九价 HPV 疫苗临床试验中显示的效力相当 [11-15]。此外，本研究中疫苗的有效性至少与全球其他人群水平有效性研究（包括荟萃分析）的结果相当 [26-28,46-50]。

本研究人群疫苗有效性较高的一个可能原因是接种率较高，在最后一项监测研究中接种率超过 80%。此外，在男孩和年轻男性中批准接种 HPV 疫苗后，该社区采用了性别中立的疫苗接种策略，这可能通过群体保护效应进一步降低 HPV 感染率 [51]。无论接种剂次多少，疫苗均显示出较高有效性，这与越来越多的证据表明单剂 HPV 疫苗接种可能提供显著保护作用的结论一致 [52,53]；然而，仍需在未充分研究的人群（如男孩和年轻男性、免疫功能低下者）中开展减少剂次接种方案的长期有效性研究。

本研究还发现了群体保护效应的证据。倾向评分校正后，未接种人群中 2vHPV 和 4vHPV 相关亚型的感染率分别下降 71.6% 和 75.8%。逻辑回归分析显示，未接种人群感染 2vHPV 和 4vHPV 相关亚型的风险显著降低。此前关于群体保护效应的研究在不同环境中开展，且评估方式各异，包括仅在女性中推广疫苗接种的地区，未接种女性和男性中疫苗相关亚型 HPV 感染率的下降情况 [50,54-57]。模型研究表明，即使仅在女性中推广疫苗接种且疫苗覆盖率一般，也可产生群体保护效应 [58]。不同研究中群体保护效应的结果差异较大，这可能与群体保护效应评估方法、不同地区 HPV 疫苗接种率以及各国推荐仅女孩接种或女孩和男孩均接种的政策差异有关。然而，本研究结果与 Rosenblum 等人 2022 年在美国开展的一项研究结果相似 [17]。

关于九价 HPV 疫苗上市后群体保护效应的研究较少。在本研究中，未接种人群中九价 HPV 疫苗相关亚型的感染率下降幅度（27.2%）低于二价或四价 HPV 疫苗相关亚型，且经校正逻辑回归分析后，该下降无统计学意义。导致效应量较低的因素可能包括：未接种人群中感染这些疫苗相关亚型的人数相对较少，以及约 70% 的已接种人群未接种九价疫苗，从而降低了对九价疫苗额外覆盖亚型的群体保护效应潜力。未来需开展进一步研究，以确认是否会出现针对九价 HPV 疫苗相关亚型的群体保护效应。

本研究存在以下局限性：首先，随着时间推移，未接种人群的数量大幅减少，这限制了检测 HPV 感染率随时间变化的效能，以及对未接种人群疫苗相关亚型 HPV 感染率估计的精确性。其次，由于部分研究对象同时接种了四价和九价疫苗，且此前研究已证实接种四价疫苗可能对九价疫苗额外覆盖的亚型产生交叉保护作用 [22]，因此难以区分四价和九价疫苗的结局差异。第三，本研究在单一地区开展，研究结果的外推性受限。第四，罗氏线性阵列检测法停用后，HPV 检测方法改为 TypeSeq2 检测法，两种方法对不同 HPV 亚型的检测灵敏度和特异度可能存在差异。不过，TypeSeq2 检测法已通过 HPV LabNet 国际能力验证 [59]。TypeSeq2 检测法的前身 TypeSeq 检测法已通过与罗氏线性阵列检测法、SPF10-LiPA25 检测法和 ScreenFire 检测法的对比验证，不同检测方法对 HPV 亚型的总体一致性较高 [60-62]。TypeSeq2 检测法经过重新设计，缩短了检测时间，提高了检测稳定性，增加了检测对照，并为致癌性 HPV 亚型增加了额外的扩增子。

本横断面研究结果与越来越多的文献结论一致，均表明 HPV 疫苗上市后在青春期女孩和年轻女性中具有人群水平有效性和群体保护效应，同时凸显了 HPV 疫苗在全球消除 HPV 相关癌症方面的关键作用。事实上，在将 HPV 疫苗纳入国家免疫规划且疫苗接种率较高的国家，已有研究显示肛门生殖器疣和 HPV 相关癌前病变及癌症的发病率显著下降 [50,63-65]。

本研究为以下方面提供了新证据：在有性经历、HPV 及相关癌症风险相对较高的青春期女孩和年轻女性中，即使未完成推荐的 2 剂或 3 剂疫苗接种，HPV 疫苗仍具有显著的有效性和群体保护效应。这些发现强调了减少剂次疫苗接种方案在降低 HPV 相关癌症差异方面的潜力，同时也为九价 HPV 疫苗上市后的人群水平有效性提供了新证据。未来需进一步研究 HPV 疫苗在男孩和年轻男性中的临床结局、在疫苗接种率较低国家的效果，以及减少剂次接种方案实施后的效果。

最后，需指出的是，只有实现较高的疫苗接种率，才能充分降低 HPV 相关癌症的发病率和死亡率。世界卫生组织估计，全球仅有 27% 的女孩至少接种 1 剂 HPV 疫苗，且不同地区接种率差异显著，东地中海地区仅为 1%，美洲地区为 68%[66]。因此，迫切需要采取措施提高 HPV 疫苗覆盖率，减少不同地区在疫苗接种方面的差异（这种差异往往与 HPV 相关癌症死亡率的地区差异一致），以充分发挥 HPV 疫苗的作用。