新冠病毒肺炎疫苗研制面臨的挑戰(zhàn)

陳薇，朱鳳才

a Beijing Institute of Biotechnology, Beijing 100071, China

b Jiangsu Provincial Center of Disease Control and Prevention, Nanjing 210009, China

1. 引言

由嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（SARS-CoV-2）引起的新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）目前已在全球大規(guī)模暴發(fā)，已成為重大的公共衛(wèi)生危機(jī)事件[1]。嚴(yán)峻的疫情形勢凸顯了有效的治療和預(yù)防方案的必要性。一些國家已經(jīng)加快了開發(fā)安全有效疫苗的臨床試驗(yàn)進(jìn)程，從而遏制目前疫情的發(fā)展[2]。

目前全球有超過160種SARS-CoV-2疫苗正在開發(fā)中[3]；其中約有29種候選疫苗已進(jìn)行臨床試驗(yàn)，包括6種基于病毒載體的疫苗、6種mRNA疫苗、4種DNA疫苗、8種基于重組蛋白的疫苗和5種滅活病毒疫苗。SARSCoV-2疫苗的首個人體試驗(yàn)結(jié)果已在《柳葉刀》發(fā)表[4]，《柳葉刀》雜志主編Richard Horton通過社交媒體分享了這一進(jìn)展，他表示，全球首個COVID-19疫苗臨床試驗(yàn)表明，該疫苗安全、耐受性好，并能引起快速免疫反應(yīng)，同時表示：“這些結(jié)果是一個重要的里程碑。”該腺病毒5型（Ad5）載體新冠疫苗的II期臨床試驗(yàn)在中國武漢進(jìn)行，共有508名18～83歲的受試者被隨機(jī)分配到疫苗組或安慰劑組。結(jié)果顯示，Ad5載體新冠疫苗安全，且單次免疫后可誘導(dǎo)顯著的體液和細(xì)胞免疫反應(yīng)[5]。牛津大學(xué)公布了其牽頭開發(fā)的另一種黑猩猩腺病毒載體疫苗（ChAdOx1 nCoV-19）的臨床試驗(yàn)結(jié)果[6]。ChAdOx1新冠疫苗表現(xiàn)出可接受的安全性特征，并激活了針對COVID-19的體液和細(xì)胞免疫應(yīng)答。兩種mRNA疫苗——mRNA-1273和BNT162b1，也誘導(dǎo)了受試者對SARS-CoV-2的體液和細(xì)胞免疫應(yīng)答[7,8]。接種兩劑的滅活COVID-19疫苗可引起體液免疫原性[9]。盡管世界迫切需要一種幫助遏制疫情的保護(hù)性疫苗，但疫苗的開發(fā)仍然存在巨大挑戰(zhàn)。

2. 疫苗安全性評價

除了COVID-19引起的組織損傷（如肺和腎損傷）外，COVID-19患者的疾病嚴(yán)重程度和高死亡率還與一些潛在并發(fā)癥相關(guān)，包括心血管疾病、糖尿病、高血壓和慢性阻塞性肺疾病等[10]。值得注意的是，COVID-19與糖尿病之間存在雙向關(guān)系[11]。一方面，糖尿病會增加COVID-19感染的風(fēng)險[11]。一份來自中國的對1527位新冠患者的多元分析中發(fā)現(xiàn)，糖尿病是COVID-19的常見心血管代謝合并癥之一，糖尿病的發(fā)病率為9.7%[95%置信區(qū)間（CI），6.9%～12.5%] [12]。同時，糖尿病患者發(fā)生嚴(yán)重COVID-19的風(fēng)險增加兩倍[12]。另一方面，研究發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的細(xì)菌[13]和病毒性呼吸道感染[14]，包括SARS-CoV-2 [11,15]，可誘發(fā)新發(fā)糖尿病。雖然病理生理機(jī)制尚不清楚，但有研究者提出SARS-CoV可能損害胰島，引起急性胰島素依賴型糖尿病[16]。為了評估和監(jiān)測COVID-19疫苗的安全性，應(yīng)開展高質(zhì)量的臨床疫苗安全性研究，還需要開展更多關(guān)于疫苗接種的流行病學(xué)研究。

3. 疫苗有效性評價

COVID-19疫苗的評價通常基于其產(chǎn)生結(jié)合抗體和中和抗體的能力。但是，現(xiàn)有疫苗評估方法和模型多種多樣，因此很難比較不同疫苗的有效性。除體液免疫外，特異性CD8+細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞（CTL）與加速病毒清除和感染恢復(fù)有關(guān)。先前報道的關(guān)于康復(fù)者體液免疫和細(xì)胞免疫的研究表明，B細(xì)胞和T細(xì)胞都參與了免疫介導(dǎo)的抗病毒感染保護(hù)，這表明有效的病毒清除需要體液和細(xì)胞免疫反應(yīng)的協(xié)同[17,18]。rVSV-ZEBOV疫苗在III期臨床試驗(yàn)中顯示出100%的抗埃博拉病毒保護(hù)[19]。然而，在I期臨床試驗(yàn)免疫28天后，該疫苗僅在部分參與者中產(chǎn)生中和抗體[20]。在臨床前研究中，總特異性結(jié)合免疫球蛋白G（IgG）水平——而不是中和抗體水平——被證明是衡量疫苗對埃博拉病毒暴露保護(hù)作用的一個有意義的指標(biāo)[21]。有趣的是，即使中和抗體水平很低，T細(xì)胞誘導(dǎo)疫苗也能提供抗病毒保護(hù)[22]。SARS-CoV疫苗免疫需T細(xì)胞免疫，并且發(fā)現(xiàn)了中和的抗體衰減[23,24]；此外，SARS-CoV特異性記憶T細(xì)胞甚至可以在自然感染SARS-CoV 11年后被檢測到[25]。

在以腺病毒為載體的口服流感疫苗的人體挑戰(zhàn)試驗(yàn)（HCT）中，腺病毒載體流感疫苗的結(jié)合抗體和中和抗體水平低于傳統(tǒng)疫苗，而腺病毒載體流感疫苗的T細(xì)胞應(yīng)答和IgA水平明顯高于傳統(tǒng)疫苗。腺病毒載體流感疫苗的保護(hù)率較高。這一結(jié)果說明，疫苗的保護(hù)效果與其中和抗體水平并不完全相關(guān)，腺病毒載體流感疫苗產(chǎn)生的細(xì)胞免疫和IgA反應(yīng)在預(yù)防流感病毒感染中發(fā)揮著重要作用[26]。這些研究結(jié)果表明，疫苗誘導(dǎo)細(xì)胞免疫的能力是疫苗開發(fā)中需要考慮的重要因素。

此外，在大多數(shù)情況下，局部黏膜免疫對預(yù)防呼吸道病毒性疾病至關(guān)重要，如流感和呼吸道合胞病毒[27,28]。疫苗的接種途徑對誘導(dǎo)局部黏膜免疫力非常重要。對流感減毒活疫苗的研究發(fā)現(xiàn)，與肌內(nèi)接種相比，鼻內(nèi)接種疫苗可更有效地誘導(dǎo)黏膜抗體。由于SARSCoV-2主要通過呼吸系統(tǒng)侵入人體，因此黏膜免疫可以發(fā)揮潛在的重要抗病毒作用。我們的研究發(fā)現(xiàn)，在SARS-CoV-2攻毒小鼠和雪貂的上呼吸道中，Ad5載體COVID-19疫苗的黏膜接種比肌內(nèi)接種有更好的保護(hù)效果[29]。雖然尚未定量測定細(xì)胞免疫或黏膜免疫的作用，且尚未評價其在建立有效的抗COVID-19保護(hù)中的作用，但我們認(rèn)為，與僅產(chǎn)生體液免疫的疫苗相比，能引起包括黏膜免疫和細(xì)胞免疫在內(nèi)的多種免疫應(yīng)答的候選疫苗可能會提供更好的抗COVID-19保護(hù)。這需要在未來進(jìn)行研究。

已發(fā)現(xiàn)COVID-19疾病的嚴(yán)重程度和死亡率與年齡較大相關(guān)[30?33]。再者，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)老年人的免疫反應(yīng)不如健康成年人。另外，老年人常見的基礎(chǔ)疾病通常被認(rèn)為是疫苗接種的禁忌癥，特別是活疫苗或病毒載體疫苗；因此，老年人使用疫苗需要特別考慮。在早期臨床試驗(yàn)中評價的大多數(shù)疫苗都是在健康個體中進(jìn)行試驗(yàn)的；然而，在健康人群中效果良好的免疫方案可能并不適合或不足以適用于老年人或患有基礎(chǔ)疾病的患者。為了增強(qiáng)老年人的免疫應(yīng)答，通?？紤]使用更高劑量或給予額外劑量，如乙肝疫苗和流感疫苗[34,35]。理想的候選COVID-19疫苗應(yīng)該是安全的，并且應(yīng)該能夠?qū)λ羞@些人群誘導(dǎo)同等的保護(hù)。

4. 人體挑戰(zhàn)試驗(yàn)和生產(chǎn)能力

HCT是指有意將受試者（無論是否接種疫苗）用傳染性疾病微生物（如SARS-CoV-2）攻毒的試驗(yàn)。使用SARS-CoV-2候選疫苗的受控HCT（而不是傳統(tǒng)的III期試驗(yàn)）可以加速有效疫苗的測試和潛在推廣[36]。然而，HCT志愿者在感染SARS-CoV-2后有患?。ㄉ踔了劳觯┑娘L(fēng)險，因此如何降低這些風(fēng)險仍然是一個問題。世界衛(wèi)生組織（WHO）發(fā)布了COVID-19人體攻毒研究的倫理可接受性的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，為HCT的開展提供了指導(dǎo)[37]。

最后，雖然大量的工作都集中在COVID-19疫苗的開發(fā)上，但這只是第一步。COVID-19疫苗的需求將超過制藥公司的供應(yīng)能力。重要的是，中國已承諾新冠疫苗研發(fā)完成并投入使用后，將作為全球公共產(chǎn)品，為實(shí)現(xiàn)疫苗在發(fā)展中國家的可及性和可擔(dān)負(fù)性作出中國貢獻(xiàn)。此外，世界衛(wèi)生組織的目標(biāo)是到2021年年底確保獲得20億劑COVID-19疫苗。在這種情況下，我們面臨著前所未有的疫苗需求規(guī)模，迫切需要提高全球生產(chǎn)、采購和分銷安全、有效疫苗的能力。

5. 結(jié)論

全球COVID-19大流行仍在持續(xù)，快速開發(fā)COVID-19疫苗已成為當(dāng)務(wù)之急。雖然COVID-19疫苗的開發(fā)還有很長的路要走，但我們相信，全球科學(xué)界的共同努力可以幫助克服這些挑戰(zhàn)，滿足人們對安全、有效、可負(fù)擔(dān)的COVID-19疫苗日益增長的需求。