新型冠狀病毒肺炎疫苗的研究進(jìn)展

姜 輝 羅俊華 李 娟

新型冠狀病毒肺炎（corona virus disease 2019，COVID-19）是嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）導(dǎo)致的傳染病，目前仍在全世界廣泛傳播?？刂艭OVID-19的全球大流行，高效和安全的疫苗是關(guān)鍵。WHO對COVID-19疫苗的要求是有效率至少50%，老年人能用，保護(hù)力最少持續(xù)6個月[1]。從2020年初開始，在全世界范圍里掀起一場關(guān)于COVID-19疫苗研發(fā)的全球競賽，已經(jīng)完成Ⅲ期臨床試驗(yàn)的有10種，被WHO批準(zhǔn)緊急使用的有7種。本文就COVID-19疫苗的研發(fā)進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 SARS-CoV-2 的蛋白質(zhì)構(gòu)成與疫苗研發(fā)

SARS-CoV-2是一種新型β屬冠狀病毒，屬于RNA正鏈病毒，含有4種結(jié)構(gòu)蛋白和16種非結(jié)構(gòu)蛋白，其中4種結(jié)構(gòu)蛋白分別是刺突蛋白（S蛋白）、核膜蛋白（N蛋白）、膜蛋白（M蛋白）和表面蛋白（E蛋白）。N蛋白負(fù)責(zé)mRNA轉(zhuǎn)錄與復(fù)制以及病毒出芽，M蛋白負(fù)責(zé)病毒包膜形成，E蛋白是主要的毒性因子，并在炎癥介質(zhì)的分泌中發(fā)揮作用[2]；而S蛋白由S1和S2兩個亞單位組成，S1亞單位包含一個受體結(jié)合區(qū)（receptor-binding domain，RBD），負(fù)責(zé)與哺乳動物細(xì)胞表面的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（angiotensinconverting enzyme 2，ACE2）結(jié)合，S2亞單位負(fù)責(zé)將病毒與宿主細(xì)胞膜融合，使病毒的遺傳物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。COVID-19康復(fù)者血清存在抗S蛋白、抗RBD和抗N蛋白等多種抗體，但其中具有抗病毒能力的主要是抗S蛋白、抗RBD抗體。這些抗體通過封閉S1亞單位的RBD，阻止它與ACE2結(jié)合，并阻止S2亞單位介導(dǎo)的病毒與宿主細(xì)胞膜融合[3～6]?？筃蛋白抗體對SARS-CoV-2感染沒有保護(hù)力，M蛋白和E蛋白免疫性低，所以，大多數(shù)疫苗作用靶點(diǎn)主要是針對S蛋白、S1亞單位RBD[7]。根據(jù)技術(shù)路線的不同，COVID-19疫苗分為滅活疫苗、重組S蛋白疫苗、病毒載體疫苗、RNA疫苗、減毒活疫苗和病毒樣顆粒疫苗等[8，9]。

2 WHO批準(zhǔn)緊急使用的COVID-19 疫苗概況

當(dāng)前，WHO共批準(zhǔn)7種3類COVID-19疫苗緊急使用，分別是兩種mRNA的疫苗（輝瑞/BioNTech公司和美國Moderna公司疫苗），兩種腺病毒載體疫苗（美國強(qiáng)生疫苗和阿斯利康/牛津疫苗）和兩種滅活疫苗（中國國藥北京生物和科興疫苗）。

2.1 mRNA疫苗 首先在體外合成一段含有目標(biāo)基因的mRNA片段，然后注射入人體，被細(xì)胞攝取后，轉(zhuǎn)錄生產(chǎn)出目標(biāo)蛋白，免疫細(xì)胞識別該蛋白并被激活，產(chǎn)生針對性抗體。mRNA疫苗的優(yōu)勢主要有：①只編碼病毒的一部分基因，因此沒有感染病毒的風(fēng)險，又因?yàn)槿梭w內(nèi)存在mRNA降解途徑，插入人核苷酸鏈的風(fēng)險很低；②穩(wěn)定、高效，不需要添加免疫佐劑，就可以產(chǎn)生很高滴度的中和抗體；③生產(chǎn)成本低，可以快速工業(yè)化生產(chǎn)；④如果SARS-CoV-2出現(xiàn)較大突變，導(dǎo)致抗原漂移，該研發(fā)平臺可以快速設(shè)計出新的針對新病毒株的疫苗[4，10，11]。輝瑞/BioNTech公司的疫苗編碼S蛋白，Moderna公司的疫苗編碼S2亞單位。這兩種mRNA疫苗均采用兩次肌肉注射的方式接種，輝瑞/BioNTech公司疫苗的保護(hù)率達(dá)95%[12]，Moderna公司的疫苗保護(hù)率達(dá)94.1 %[13]。

2.2 SARS-CoV-2滅活疫苗 采用的是一種非常成熟的疫苗制備技術(shù)，需要佐劑，關(guān)鍵是要選擇一株生長旺盛的種子病毒。滅活疫苗有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)依賴抗原決定簇，并且含有多種病毒蛋白可供免疫識別，也容易被大量生產(chǎn)[5]。我國北京生物和科興公司疫苗，原始病毒株都來自湖北金銀潭住院病人，采用兩次肌肉注射的方式接種，在巴西和土耳其進(jìn)行臨床試驗(yàn)，巴西疫苗保護(hù)率為50.65 %，土耳其為91.25 %[14]。

2.3 腺病毒載體疫苗 通過改造不同的腺病毒載體基因，使之?dāng)y帶上目標(biāo)基因的方式制備疫苗。這類疫苗也不需要佐劑，被注射入人體后，通過產(chǎn)生一次人為感染方式獲得免疫，產(chǎn)生的抗體包含針對腺病毒載體和SARS-CoV-2的兩類抗體。人體中如果已經(jīng)存在有腺病毒載體抗體，則疫苗注射入人體后，就會被該抗體所中和，提供給免疫系統(tǒng)的SARS-CoV-2抗原就少，產(chǎn)生SARS-CoV-2的抗體滴度就不高[15]。牛津-阿斯利康疫苗和強(qiáng)生公司疫苗均編碼S蛋白基因，接種時需要肌肉注射兩次，這兩種腺病毒載體在人體中的抗體水平都不高[16，17]。牛津-阿斯利康疫苗保護(hù)率為70.4 %[1]，強(qiáng)生公司疫苗保護(hù)率在美國達(dá)72%、在拉丁美洲是66%、在南非是57%[17]。

3 當(dāng)前在研的其它疫苗情況

目前，已經(jīng)開展Ⅲ期臨床試驗(yàn)并發(fā)表中期研究報告的疫苗主要有四種，即兩種腺病毒載體疫苗（我國5型重組腺病毒（Ad5）載體疫苗和俄羅斯衛(wèi)星-Ⅴ疫苗），一種滅活疫苗（中國國藥武漢生物疫苗），以及重組S蛋白疫苗（美國Novavax公司的NVXCoV2373）。我國Ad5疫苗保護(hù)率為74.8 %，俄羅斯衛(wèi)星-Ⅴ疫苗的保護(hù)率為91.6 %[1]，美國Novavax公司疫苗的有效率為86%[18]，國藥武漢生物疫苗保護(hù)率為72.51 %[14]。這些疫苗目前正在申請WHO的緊急使用授權(quán)。從理論上講，只有腺病毒載體疫苗可以開發(fā)出呼吸道粘膜接種途徑[6]，因?yàn)?，腺病毒感染人體的途徑就是從上呼吸道開始的。目前，我國陳薇院士團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行此項(xiàng)工作，但這條途徑存在著許多未知數(shù)：首先，COVID-19感染者的臨床研究顯示，病人首次感染后IgA的半衰期與IgM類似，時間很短，再次接觸SARS-CoV-2后，IgA是否產(chǎn)生以及產(chǎn)生的規(guī)律如何、保護(hù)力有多高尚不清楚[19]；其次，從呼吸道粘膜途徑接種疫苗，產(chǎn)生的IgG抗體滴度水平有多高、是否可以達(dá)到肌肉注射產(chǎn)生的水平、產(chǎn)生反應(yīng)的T淋巴細(xì)胞亞型是什么、強(qiáng)度如何，這些問題都不清楚。這也是從呼吸道途徑接種疫苗處于探索階段的原因。

4 COVID-19 疫苗接種的不良反應(yīng)

疫苗的不良反應(yīng)包括局部反應(yīng)和全身反應(yīng)：局部反應(yīng)主要是注射部位疼痛，多為輕、中度疼痛；全身反應(yīng)主要是疲勞、頭痛和發(fā)熱，大多數(shù)在1～2 d后緩解[20]。不良反應(yīng)的發(fā)生率大體上是：腺病毒載體疫苗＞mRNA疫苗＞重組蛋白疫苗＞滅活疫苗[21]。對疫苗的過敏反應(yīng)很少見，引起過敏的一般不是疫苗本身，而是輔劑[22]。

5 COVID-19 疫苗在特殊人群的研究

當(dāng)前多數(shù)疫苗沒有專門針對60歲以上老年人的接種研究，只是在某些疫苗試驗(yàn)中包含有老年人。WHO批準(zhǔn)的緊急使用的疫苗接種人群也是18～60歲的健康成年人，因此當(dāng)前給老年人接種疫苗不在WHO的授權(quán)范圍內(nèi)。但國內(nèi)外的COVID-19臨床研究顯示，COVID-19感染好發(fā)于老年人，老年人發(fā)展成重癥的比例高[22]，所以，在西方國家優(yōu)先接種的人群包括老年人。研究顯示，老年人在接種疫苗后產(chǎn)生的中和抗體滴度較年輕人低，但不良反應(yīng)發(fā)生率也低，這可能與老年人免疫功能衰退有關(guān)[12]。

專門針對腫瘤等免疫功能低下病人的COVID-19疫苗接種研究很少。研究顯示，一組正在接受單克隆抗體治療的多發(fā)性骨髓瘤和骨髓增生性惡性腫瘤病人，接種輝瑞mRNA疫苗后，和正常老年人相比，這些病人的抗體滴度水平更低[23]。美國Novavax公司的重組蛋白疫苗，對人類免疫缺陷病毒（Human Immunodefiency viurs，HIV）陰性者的保護(hù)率為60.1 %，而HIV陽性者的保護(hù)率下降至49.4 %[18]。這提示在免疫功能低下的病人，COVID-19疫苗的保護(hù)性不足，這些病人可能需要多次注射疫苗并監(jiān)測抗體水平。

6 病毒變異對疫苗保護(hù)率的影響

由于SARS-CoV-2在全球的廣泛傳播，病毒突變逃避人體免疫反應(yīng)的可能性大大增加。但到目前為止，SARS-CoV-2的突變情況還沒有到導(dǎo)致疫苗失效的程度[24，25]，即使是當(dāng)前流行較廣的德爾塔病毒株，目前的疫苗仍有保護(hù)力，但保護(hù)率已經(jīng)開始有所下降[26～28]。當(dāng)前疫苗（特別是滅活疫苗），在接種后產(chǎn)生的中和抗體中含有多種抗體成份，可以識別多個抗原，一個抗原突變，針對它的抗體失效了，針對病毒的其它抗體還能發(fā)揮作用。另外，疫苗接種后產(chǎn)生的細(xì)胞免疫反應(yīng)也能對個體提供保護(hù)[26]。但是，仍需繼續(xù)加強(qiáng)對SARS-CoV-2的突變的監(jiān)測，如果發(fā)生較大的突變，引起抗原漂移，只要及時調(diào)整疫苗的設(shè)計，現(xiàn)代工業(yè)化的疫苗生產(chǎn)就會及時制造出有針對性的疫苗。

7 疫苗免疫保護(hù)的持久性

因?yàn)镾ARS-CoV-2是一個全新的病毒，爆發(fā)時間短，對它的免疫持久性了解不多。臨床研究觀察到，SARS-CoV-2感染后1～2周，體內(nèi)出現(xiàn)針對性抗體，然后進(jìn)行性升高，達(dá)到峰值后持續(xù)數(shù)周，然后滴度水平下降。最新研究顯示：COVID-19康復(fù)者體內(nèi)的中和抗體反應(yīng)至少可以持續(xù)7個月[6]。即使抗體水平下降了，但產(chǎn)生的細(xì)胞免疫還在。細(xì)胞免疫在控制COVID-19再發(fā)中同樣起著關(guān)鍵作用[7，26]。動物實(shí)驗(yàn)和人體研究都觀察到，接種疫苗或者感染SARS-CoV-2后的人或者動物，如果再感染SARSCoV-2，不僅臨床癥狀輕，而且很少發(fā)展成重癥[19，29]。這提示SARS-CoV-2感染后或者疫苗接種后產(chǎn)生的免疫記憶可能在防止再感染方面起重要作用，抗體水平本身可能不是疫苗成功的關(guān)鍵，建立起一個可以對SARS-CoV-2的特異性免疫反應(yīng)更重要。這也是為什么要大力推廣疫苗接種的原因，只有在人群中建立起一定水平的免疫力，才能控制COVID-19的全球大流行，并使之成為類似普通感冒一樣的疾病。