1921年卡介苗(Bacillus Calmette－Guerin，BCG)诞生，它是由减毒牛型结核分枝杆菌制成的活菌苗，是目前唯一有效的使用最广泛的抗结核病疫苗。BCG自问世以来，全球约40亿儿童受惠于该疫苗，研究证实BCG可有效预防对婴幼儿具有高致死性的结核性脑膜炎和粟粒性肺结核。但对于儿童和成年人群，BCG提供的保护力有限，且随着时间延长而下降[]。
因此，近些年来，研究者们一直致力于BCG的改良和结核病新型候选疫苗(包括DNA疫苗、亚单位疫苗和病毒载体疫苗等)的研发，迄今为止已经研发出超过200种候选疫苗，其中一些疫苗成功进入Ⅱ期和Ⅲ期临床试验。2013年首个应用于婴儿的结核新型候选疫苗Ⅱb期试验结果在Lancet上公布，该研究对出生即接种BCG的4～6月龄的婴儿再进行MVA85A疫苗接种，发现MVA85A疫苗虽可诱导出分泌γ干扰素(interferon－gamma，IFN－γ)的CD4＋T淋巴细胞免疫应答，但其对结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis，MTB)感染或活动性结核病并无保护作用[]，这一结果令全球研究者非常失望。
结核病新型疫苗的研究结果不尽如人意，人们开始重新审视BCG这一应用了近百年的疫苗。2018年一篇发表于NEJM的研究重新评估了BCG复种策略对结核病免疫保护作用，发现BCG复种的保护效力可达45.5%[]，这一发现再次激发了人们对BCG复种潜在用途的兴趣，为将BCG复种作为改进结核病疫苗策略的一部分提供了理论证据。
1908年法国科学家Calmette和Guerin将分离出牛型结核分枝杆菌有毒株经过13年230次连续传代，在1921年获得了对豚鼠、兔、狗、牛、马均无致病性的疫苗株，于同年7月首次进行了该疫苗的人体口服用药试验并证明了其对人体无致病性，为了纪念两位科学家，人们将该疫苗命名为Bacillus Calmette－Guerin，简称BCG[]。此后，BCG被法国批准用于预防新生儿结核病，并取得了显著效果，降低了近90%的结核病病死率。1924年BCG从巴斯德研究所被传播到其他实验室，1928年以后，BCG在全世界广泛使用。然而当时尚未发明冻干技术，用于生产BCG的菌株均为通过培养的方法进行传代和保存，直到1961年世界卫生组织(World Health Organization，WHO)推荐使用保存于－80 ℃的冻干粉，才取代了传代培养。
BCG是牛型结核分枝杆菌弱毒株多个子株的统称，该弱毒株缺乏编码多种毒力因子和重要T淋巴细胞抗原的基因片段，如ESX1分泌系统的早期分泌靶蛋白6(early secretory antigenic target－6，ESAT－6)和培养滤液蛋白10(culture filtrate protein－10，CFP－10)[]。以1927年为界，学者们将BCG株分为早期BCG株和晚期BCG株(谱系图见[])。其中，早期BCG株包括：(1)牛型结核分枝杆菌有毒株(M.bovis)经过13年230次的连续传代发生了RD1区域的缺失(1908年至1921年)；(2)缺失了RD1区域的BCG株再次发生串联重复序列DU2－Ⅰ片段的插入等变异，形成了Russia株(1924年)、Japan株(1925年，为代表株)和Moreau株(1925年)；(3)缺失了RD1区域的BCG株发生串联重复序列IS6110的缺失和DU2－Ⅱ片段的插入等，形成Sweden株(1926年)和Birkhaug株(1927年)。晚期BCG是在发生了串联重复序列IS6110缺失的基础上又发生了RD2区域的缺失(1927年)，晚期BCG株包括：(1)进一步发生N－RD18区域缺失和串联重复序列DU2－Ⅳ插入的菌株，形成一类BCG亚系，包括Tice株(1934年)、Frappier株(1937年)、Phipps株(1938年)和Pasteur株(1961年，为代表株)等；(2)进一步发生串联重复序列DU2－Ⅲ片段插入的菌株，形成另一类BCG亚系，包括Prague株(1946年)、China株(1947年)、Glaxo株(1954年，为代表株)和Danish株(1961年)等。
注：BCG：卡介苗 BCG：Bacillus Calmette－Guerin
接种BCG可导致局部和自限性感染，此时免疫系统暴露于分枝杆菌蛋白、脂类和糖脂等抗原，可诱导经典的主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)限制性T淋巴细胞反应、非经典的T淋巴细胞反应，以及抗体反应和训练后先天免疫(trained innate immunity)反应[,,]。其中，BCG的抗原决定簇(即表位)所导致的经典MHC限制性T淋巴细胞反应已研究得较为清楚，下面重点介绍针对记忆T淋巴细胞、B淋巴细胞和先天免疫细胞，研究者们对BCG所引起的免疫反应的最新认识和发现。
众所周知，控制原发性MTB感染的关键细胞是效应CD4＋T淋巴细胞[]，但关于记忆性T淋巴细胞也是疫苗诱导机体产生抗结核保护作用的主要细胞这一观点是否正确，目前仍缺乏有力的证据。有学者认为，T淋巴细胞过继转移试验是证明记忆性T淋巴细胞介导的抗结核免疫保护作用的良好证据[,]，但有研究者指出，过继转移试验可在淋巴细胞减少症的免疫缺陷小鼠模型中诱导广泛的T淋巴细胞活化并导致结肠炎的发生，在这种高炎症背景下评估特异性免疫保护作用有待商榷，因为高炎状态会导致免疫缺陷小鼠以非特异的方式减轻其体内MTB的负担[]，即使在过继转移之前使用益生菌治疗免疫缺陷小鼠[]也不能很好地证明记忆CD4＋T淋巴细胞在预防结核病中的作用，因益生菌并不能完全预防结肠炎且尚不能确定其可以阻止全身T淋巴细胞的活化。Gallegos等[]指出，转移时T淋巴细胞介导的抗结核作用可能主要是通过活化的(不一定是记忆的)结核抗原特异性CD4＋T淋巴细胞实现的。Lindenstrøm等[]认为BCG诱导的记忆T淋巴细胞进入小鼠肺实质的能力较差，可能是记忆T淋巴细胞缺乏有效性的原因所致。有研究者指出，在过去几十年，一直未能生产出理想的改进的结核病疫苗，很可能与关注记忆性T淋巴细胞是疫苗诱导机体产生抗结核保护作用的错误观点有关[]。
位于肺部的MTB特异性记忆B淋巴细胞再次暴露于MTB抗原后，能够分化为产生抗体的浆细胞，并发挥长期的抗结核免疫保护作用。有研究证实，BCG诱导产生的抗体参与机体的抗结核免疫保护作用[,,]，在结核病低流行地区其抗体持续时间可达45年[]。2019年Dijkman等[]利用低剂量的MTB感染灵长类动物模型，发现经黏膜接种的BCG产生的免疫保护作用可完全阻止结核病的发生，而皮内接种仅存在部分保护作用。该研究对比了BCG黏膜接种和皮内接种恒河猴经低剂量MTB感染后支气管灌洗液中纯化蛋白衍生物(purified protein derivative，PPD)抗原特异性IgA抗体的水平，发现前者是后者的10倍。因此作者提出接种途径是机体成功诱导保护性抗体反应的关键因素。另外，还可以通过重组BCG或选择佐剂来增强疫苗的免疫效果，有研究显示佐剂可以刺激机体产生强大的体液免疫反应[,]。因此，合适的免疫接种策略(包括疫苗的改进和接种途径的选择)是有效诱导保护性抗体的必要条件[]。
有研究发现接种BCG的婴儿患呼吸道感染的病例减少、死亡率降低[]，推测先天免疫细胞可能参与了BCG诱导的免疫保护作用。经典观点认为先天性免疫无法进行获得性免疫应答或者无记忆性，但后来研究证明先天性免疫也存在记忆性，称之为训练后先天免疫(trained innate immunity)。而BCG所产生的免疫保护作用就包括这种训练后先天免疫，其主要机制是BCG接种后改变了先天性免疫细胞基因的乙酰化和甲基化，再有抗原刺激时这种先天性免疫反应便得到了放大[]。先天性免疫反应一般比较短暂，但也有研究者发现在BCG接种后3个月仍能检测到先天性免疫细胞基因的甲基化[]；在小鼠中，甚至观察到了BCG接种可以促进造血干细胞表观遗传学的变化，这可能解释了先天性免疫如何长期有效的问题[]。在BCG接种后的新生儿体内也观察到了增强的先天性免疫反应[]，但不同个体其先天免疫细胞的表现不同，如并不是所有个体在BCG接种后均可以产生单核细胞来源的可吞噬MTB的巨噬细胞。提示研究先天性免疫细胞在哪些人群中更有效，将有助于设计更为有效的结核病疫苗。
接种BCG对婴幼儿高致死性结核性脑膜炎和粟粒性肺结核具有很强的保护作用，每年约有1亿名新生儿接种BCG[]，其保护效力可持续20年[,]，甚至可长达40年或50年[]。目前多数发展中国家采取的是新生儿出生时即接种BCG的免疫策略。但在儿童和成年人群中，不同研究显示BCG对肺结核保护效力差异较大[,,]，基于疫苗的有效性和成本效益方面的考虑，多数国家取消了对儿童和成人的BCG接种和复种工作[,,]。
不同研究显示BCG在预防结核病保护力方面存在差异，可能原因如下[]：(1)试验操作、人口统计和研究设计等不同可导致研究结果存在差异。(2)菌株因素(包括BCG菌株和MTB菌株)：BCG在进化过程中发生了一系列变异，如形成早期BCG株和晚期BCG株，不同菌株的表型和毒力存在差异，多数观点认为早期BCG株的免疫效力高于晚期BCG，由于世界各国使用BCG疫苗株不同，在一定程度上影响了疫苗的免疫保护效果；另外MTB菌株的地区差异性也会影响BCG的免疫保护效果。(3)宿主因素：个体遗传背景、免疫状况和营养状况不同可造成其对BCG的免疫应答不同，下面重点介绍一下宿主的免疫状况对BCG保护效力的影响。
众所周知，宿主对分枝杆菌[包括MTB、非结核分枝杆菌(non－tuberculous mycobacteria，NTM)和BCG]的免疫致敏程度影响BCG疫苗的保护效力，涉及的人群包括结核潜伏感染者(latent tuberculosis infection，LTBI)、暴露于NTM和近期接种BCG的个体。有研究者发现，靠近赤道地区BCG的免疫保护效果最差，这与近赤道热带环境中NTM丰富有关[]。2014年一项关于BCG的随机对照试验系统评价表明，既往感染MTB或因NTM致敏的个体，接种BCG后其对肺结核的免疫保护效力降低[]。分析原因，由于分枝杆菌属内物种之间存在同源性，分枝杆菌免疫致敏个体体内的T淋巴细胞很可能诱导了低水平的抗MTB免疫，从而掩盖或阻止了BCG的复制并导致机体不能被BCG疫苗充分诱导出免疫保护力[]。因此，对于结核菌素皮肤试验(tuberculin skin test，TST)阴性或弱反应(未感染过MTB或NTM、近期未接种BCG)的个体，BCG的保护作用更强；对于TST阳性(存在MTB或NTM感染、近期接种BCG)的个体，BCG则不能产生有效的保护作用[]。
几十年来，研究者们持续关注环境分枝杆菌致敏对BCG免疫保护作用的影响，却忽略了MTB感染(即LTBI者)所致免疫致敏对BCG免疫保护作用的影响，而后者的影响更为重要[]。有研究显示，在结核病流行且BCG保护效力低的地区，50%～80%的分枝杆菌免疫致敏人群为MTB感染，而非环境分枝杆菌[]。因此，研究者们更应该针对MTB感染所致免疫致敏对BCG效力的影响进行深入研究。
早期认为BCG不能预防机体感染MTB，但可以阻止感染的MTB在肺部或淋巴结原发灶内的增殖生长以及沿淋巴和血液系统的播散。对豚鼠和小鼠经呼吸道、静脉或皮下途径感染MTB的研究发现，无论是否进行BCG免疫，在感染最初几天内鼠体内MTB繁殖的速度相似[,]；另外，感染了MTB的豚鼠，虽不能防止机体再次感染其他型别的MTB菌株，但可以阻止再次感染的菌株在体内发生播散[]。
也有学者对'BCG不能预防MTB感染'的观点持否定态度。2014年Roy等[]的荟萃分析显示，接种BCG的儿童其患LTBI的风险较未接种者(风险比＝0.81；95%CI：0.71～0.92)降低了19%。2018年NEJM发表的一项研究表明，对南非青少年[无LTBI和人类免疫缺陷病毒(HIV)共感染]进行BCG复种，在2年随访中，安慰剂组和BCG复种组LTBI[γ－干扰素释放试验(interferon－γ release assays，IGRA)持续阳性者]的发生率分别为11.6%和6.7%，提示BCG复种可降低LTBI发生率[]。2020年1月Darrah等[]在Nature杂志发表的一项最新研究表明，与皮内接种和气雾吸入2种方式相比，静脉注射BCG可诱导机体产生更多的抗原特异性CD4＋和CD8＋T淋巴细胞反应，从而有效预防猕猴结核病和LTBI的发生。
尽管一些国家在儿童不同年龄组中进行了BCG复种，但其在临床价值或成本效益方面的证据有限。在Lancet上发表的关于巴西和马拉维2个地区的大型随机对照试验评估了BCG复种对预防结核病的效果，均未显示其有效[,]。鉴于BCG的保护效力随着时间的延长而减弱，且在年长儿童中进行BCG复种并不能提高疫苗的保护作用，1995年WHO发表声明，不提倡各国家进行BCG复种，并否定了TST阴性作为BCG复种指征的观点[]。但在2004年，WHO则更新了BCG复种的观点，肯定了TST阴性可作为BCG接种或复种指征的观点[]。
2018年的NEJM上，Nemes等[]开展了一项针对南非开普敦地区的H4：IC31亚单位疫苗和BCG复种有效性和安全性的Ⅱb期试验。该研究针对出生时已接种BCG的南非青少年(HIV和IGRAs均阴性)共990例，随机分为BCG复种组、H4：IC31接种组和安慰剂组，受试者于入组当天和第56天进行疫苗或安慰剂的接种，第3、6、12、18和24个月行IGRAs，结果发现BCG复种和H4：IC31疫苗均可显著降低受试者的IGRAs持续阳性率，BCG复种和H4：IC31的有效率分别为45.4%和30.5%；BCG复种组、H4：IC31接种组和安慰剂组受试者的IGRAs转阴率分别为46%、40%和25%。该研究首次证明在MTB高背景下，BCG复种可以保护青少年免受MTB感染。该研究为重新评估BCG复种策略和亚单位疫苗等结核病新型疫苗的开发提供了理论基础。
Nemes等[]的研究显示，BCG复种的保护效力高达45.4%，这与巴西和马拉维地区的研究结果不同[,,]，其原因可能与宿主对分枝杆菌(包括MTB、NTM和BCG)的免疫致敏程度有关。首先，开普敦地区是NTM暴露水平较低的地区[]；其次，Nemes等[]所纳入的研究对象排除了IGRAs阳性个体；这就意味着受试者从未接触过MTB和NTM等分枝杆菌，即不存在分枝杆菌高致敏状态，故BCG复种在该类人群中保护效力最强[]；另外，开普敦地区受试者唯一潜在的致敏源主要源于新生儿时期的BCG接种，该研究结果也在某种程度上反映了新生儿时期BCG接种并未明显影响青少年时期BCG复种的效果。Andersen和Scriba[]指出，虽然BCG的保护效力与机体分枝杆菌免疫致敏程度有关，但亚单位疫苗的保护效力则与此无明显关联，因此可通过BCG－亚单位疫苗联合接种的策略产生协同效应，从而获得更高的免疫保护力。
BCG最初使用始于20世纪20年代，至今仍是唯一获得许可的有效预防结核病的疫苗。1974年，WHO的扩大免疫计划首次建议全球普遍接种BCG，因此BCG目前的接种覆盖率很高。至2017年，已有158个国家普遍接种BCG，其中120个国家BCG覆盖率大于90%；在30个结核病高负担国家中，覆盖率从53%到99%不等，其中有21个国家的覆盖率大于90%[]。
WHO建议[]，各个国家应该根据其结核病流行病学特点，选择更加合理的BCG接种计划。在结核病高负担国家，新生儿出生后均应接种BCG；在结核病发病率较低的国家，BCG接种可仅限于高危人群的新生儿和婴儿，或TST阴性的年长儿童。我国BCG的接种策略是新生儿在出生24 h之内接种BCG(最佳时期)，若未及时接种应力争在出生后3个月内接种[]；另外，我国已在1997年停止BCG复种，但对TST阴性的入伍新兵实行BCG接种策略。
接种BCG是预防结核病的有效策略，但其本身存在着不足，因此结核病控制仍是人们面临的巨大挑战。未来，除加强结核病新型疫苗的开发，还应关注BCG接种策略的改进，尤其是BCG复种时机的选择，这将为提高BCG预防结核病的免疫保护作用提供新的思路[]；另外，亚单位疫苗可以提高BCG的保护效力，并弥补其在分枝杆菌免疫致敏人群中无效的不足，因此将BCG和亚单位疫苗联合应用也是一种颇具潜力的接种策略。
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