新冠肺炎疫苗的研發(fā)：機(jī)遇與挑戰(zhàn)

郭曉強(qiáng)

新冠肺炎（c o r o n a v i r u s d i s e a s e 2 01 9， COVID-19）的迅速蔓延，已對整個世界產(chǎn)生了難以估量的沖擊，目前來看仍未有明顯衰減的跡象。相對于其他傳染病，這次的COVID-19疫情在全球波及范圍更大、造成的損失更嚴(yán)重，成為人類進(jìn)入21世紀(jì)后規(guī)模最大的一次流行病[1]。面對COVID-19，目前尚未研制出特效的治療藥物，只有寄希望于成功開發(fā)出有效疫苗，以解決當(dāng)前近乎失控的疫情。

疫苗研發(fā)歷史

人類早期歷史就是同各類傳染病如天花、霍亂、鼠疫、結(jié)核、傷寒等進(jìn)行殊死搏斗的歷史；傳染病也同戰(zhàn)爭、自然災(zāi)害等一起，成為大規(guī)模人類死亡的重要原因。伴隨著一次次疫情的發(fā)生，國內(nèi)外醫(yī)學(xué)界人士也在積極探索預(yù)防和治療之策。20世紀(jì)一系列抗生素的發(fā)現(xiàn)，一定程度上遏制了細(xì)菌性傳染病的勢頭。然而，病毒性傳染病則由于抗病毒藥物臨床療效不佳等問題，對其采取疫苗預(yù)防仍為首選策略。

很久以前，古希臘歷史學(xué)家就觀察到天花幸存者通常不會二次感染，隨后在古埃及、古印度和我國等，人們都觀察到此種現(xiàn)象，但真正將這一現(xiàn)象付諸實(shí)踐（疾病預(yù)防）則始于我國宋朝。當(dāng)時采用“種痘”策略，就是將感染天花后痊愈患者結(jié)的痘痂干燥后取下，碾碎成粉，吹到健康人鼻孔里，使其獲得對天花的抵抗力，從而誕生了人類疫苗的雛形。這種方法后來被傳播到世界各地，但還存在諸多問題。最大的風(fēng)險在于，采用活的人痘病毒，安全性差和風(fēng)險性高（健康人種痘后反而患病）。

1796年，英國醫(yī)生琴納（E. Jenner）意外發(fā)現(xiàn)一種牛痘病毒，盡管也可使人致病但癥狀輕微，患者感染后可獲得對人天花病毒的免疫力（不再患天花），從而有效解決了安全性問題。牛痘疫苗的應(yīng)用，標(biāo)志著人類疾病預(yù)防進(jìn)入了一個新時代，疫苗（vaccine）一詞即源自奶牛的拉丁語（vacca）。1880年代，法國微生物學(xué)家巴斯德（L. Pasteur）成功開發(fā)出狂犬病毒疫苗，一舉奠定現(xiàn)代疫苗學(xué)的理論基礎(chǔ)。

進(jìn)入20世紀(jì)，疫苗開發(fā)的步伐加速，先后開發(fā)成功多種疫苗，如黃熱病毒疫苗（1935年）、流感病毒疫苗（1936年）、脊髓灰質(zhì)炎疫苗（1955和1963年）、麻疹、腮腺炎和風(fēng)疹聯(lián)合疫苗（1971年）、人乙肝重組疫苗（1986年）、人乳頭瘤病毒疫苗（1992年）等，成為人類抵御眾多致死性傳染病的重要保障[2]。

疫苗主要類型

疫苗根據(jù)組成通常可分為6大類：滅活疫苗、減毒疫苗、病毒載體疫苗、病毒顆粒疫苗、亞單位疫苗和核酸疫苗[3]。前兩種為傳統(tǒng)疫苗，后面4種為新型疫苗。

滅活疫苗（inactivated vaccine）

采用完全失活的死病毒作為免疫材料。這一思想在18世紀(jì)末期由美國科學(xué)家薩爾蒙（D. Salmon）和史密斯（T. Smith）等提出，常見的如滅活脊髓灰質(zhì)炎疫苗、早期流感疫苗和甲肝疫苗等。

減毒疫苗（attenuated vaccine）

疫苗制備材料為脫毒（或低毒）活病毒，通常采用化學(xué)處理或連續(xù)傳代以實(shí)現(xiàn)減毒目標(biāo)。這一理念最初由巴斯德提出。此類疫苗包含天然減毒株，如牛痘疫苗（這種情況通?？捎霾豢汕螅换瘜W(xué)脫毒，如最初的狂犬病疫苗；連續(xù)傳代脫毒，如麻疹疫苗和口服脊髓灰質(zhì)炎疫苗等。

病毒載體疫苗（viral vector vaccine）

這是一種嵌合體疫苗，是用已被證實(shí)安全的病毒如腺病毒作為載體，將致病病毒的部分遺傳物質(zhì)帶入體內(nèi)，以激發(fā)人體的免疫應(yīng)答。這種方法既可保證病毒完整性，又保證了疫苗安全性，目前用于人類免疫缺陷病毒疫苗等的研發(fā)。

病毒樣顆粒疫苗（virus-like particle vaccine）

病毒蛋白在體外進(jìn)行組裝，產(chǎn)生類似病毒的結(jié)構(gòu)。相對于單純的病毒蛋白，其免疫原性大大增強(qiáng)，從而可激發(fā)更強(qiáng)的免疫應(yīng)答，起到保護(hù)人體的作用。人乳頭瘤病毒疫苗就是這種類型疫苗。

亞單位疫苗（subunit vaccine）

采用最能有效激發(fā)人體免疫應(yīng)答的病毒成分（通常是蛋白質(zhì)或糖蛋白）來制備疫苗。相對于完整病毒疫苗，其安全性高，操作性好，可利用基因工程方法進(jìn)行制備。常用的人乙肝疫苗就屬于此類。

核酸疫苗（nucleic acid vaccine）

將編碼某種抗原蛋白的外源基因（DNA或RNA）借助脂質(zhì)體納米顆粒攜帶進(jìn)入宿主細(xì)胞，借助宿主細(xì)胞表達(dá)需要的抗原蛋白，誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生對該抗原蛋白的免疫應(yīng)答，達(dá)到預(yù)防和治療疾病的目的。這是一種新型疫苗，具有制備簡單，生產(chǎn)迅速，管理方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。至今尚無一種核酸疫苗被正式批準(zhǔn)應(yīng)用，但其諸多優(yōu)勢得到了科學(xué)界和醫(yī)藥界的關(guān)注。

疫苗預(yù)防原理

預(yù)防性疫苗原理就是用一種無害或低害的物質(zhì)提前處理，使機(jī)體獲得對特定病毒感染的抵抗能力。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，疫苗必須具備兩方面能力：一是特異性，二是免疫力[4]。

正常情況下，病毒感染宿主后會觸發(fā)先天性和適應(yīng)性兩類免疫系統(tǒng)。先天性免疫系統(tǒng)（樹突細(xì)胞等）需要細(xì)胞表面模式識別受體（pattern recognition rece ptor， PR R）來識別病原體相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular pattern， PAMP）。病毒的PAMP是指病毒特有（宿主缺乏）、結(jié)構(gòu)恒定且進(jìn)化上保守的一類分子結(jié)構(gòu)，如病毒核酸等。適應(yīng)性免疫系統(tǒng)（包括T細(xì)胞和B細(xì)胞）通過識別病毒特定抗原被激活。因此，病毒進(jìn)入機(jī)體后，先天性免疫系統(tǒng)首先判斷感染是否發(fā)生，確認(rèn)后樹突細(xì)胞等會迅速聚集到淋巴結(jié)，進(jìn)一步激活適應(yīng)性免疫系統(tǒng)（如T細(xì)胞等）。

兩步免疫應(yīng)答的特點(diǎn)為疫苗研發(fā)提供了設(shè)計思路。如減毒活疫苗本身就可激發(fā)機(jī)體強(qiáng)大且持久的抗病毒免疫應(yīng)答，因此通?？蓡为?dú)使用；而亞單位疫苗等新型疫苗則只利用抗原信息，因此只能產(chǎn)生弱化、短暫的應(yīng)答，可通過補(bǔ)充免疫佐劑（adjuvant）來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng)。免疫佐劑是指一類可增強(qiáng)機(jī)體特異性免疫應(yīng)答能力的物質(zhì)，常用的有鋁鹽、內(nèi)毒素等。

疫苗的研發(fā)

一種新疫苗從最初研發(fā)到最終應(yīng)用，通常需要經(jīng)歷數(shù)年，至少要經(jīng)過探索、臨床前、臨床試驗和批準(zhǔn)等階段。疫苗批準(zhǔn)投入使用后還須對疫苗生產(chǎn)、質(zhì)量控制及不良反應(yīng)等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)管，以保障疫苗安全性。

探索階段

根據(jù)病原體類型和被感染靶器官等特征，確定疫苗類型。以新冠肺炎疫苗為例，目前大多數(shù)公司傾向于亞單位疫苗、病毒載體疫苗和核酸疫苗這些新型疫苗，因為這些疫苗相對而言生產(chǎn)簡單，可為大規(guī)模生產(chǎn)提供便利。但挑戰(zhàn)也顯而易見，那就是不確定性和風(fēng)險性較大。

臨床前階段

對制備出的疫苗開展先期動物實(shí)驗，以初步確定保護(hù)效果和潛在毒性。新冠疫苗在該階段可選擇的動物有基因工程小鼠、倉鼠和恒河猴等。我國開發(fā)的一款新冠滅活疫苗臨床前試驗已獲理想結(jié)果，產(chǎn)生了大量病毒中和性抗體，并對動物產(chǎn)生了較強(qiáng)的保護(hù)作用[5]，為進(jìn)一步開展臨床試驗奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

臨床試驗階段

這是整個研發(fā)過程的重中之重，疫苗只有經(jīng)過嚴(yán)格臨床試驗，才可在公眾中應(yīng)用。該階段通常又分為三期，即Ⅰ期臨床、Ⅱ期臨床和Ⅲ期臨床[6]。

Ⅰ期臨床

在一個小樣本群體（通常20～80名受試者）中進(jìn)行，主要目的是初步評價疫苗的安全性和有效性（激發(fā)出各種免疫應(yīng)答的類型和反應(yīng)程度）。通過這些測試才可進(jìn)入下一階段。

Ⅱ期臨床

在一個較大群體（通常幾百人）中開展，主要用于評價疫苗的安全性、免疫性、使用劑量、免疫程序和接種方法。

Ⅲ期臨床

在更大規(guī)模人群（數(shù)千甚至上萬人）中測試。該階段的試驗設(shè)計為隨機(jī)雙盲試驗：隨機(jī)地給一些受試者接種疫苗而對另一些受試者給予安慰劑（生理鹽水或者其他類型疫苗等）。這是臨床試驗中最關(guān)鍵的階段，首要目的仍是評估疫苗安全性。假定嚴(yán)重不良反應(yīng)發(fā)生率為1/1000，則理論上需要6000名受試者才可能發(fā)現(xiàn)（其中接種疫苗的只有3000人）。如果要求不良反應(yīng)發(fā)生率更低，則需進(jìn)一步增加受試人數(shù)。之所以必須如此嚴(yán)謹(jǐn)，是因為疫苗與藥物不同，一方面疫苗更多地是給健康人用，另一方面疫苗受眾較廣。以1億人接種疫苗為例，按照1/1000不良率計算，最終也會有10萬人受到傷害。另一個需要確定的是保護(hù)效果，即與安慰劑組相比，疫苗組的感染率有多大程度的降低。

批準(zhǔn)階段

當(dāng)Ⅲ期臨床試驗結(jié)果達(dá)到疫苗要求時，可向衛(wèi)生行政部門提出審批請求，通過后即可投入生產(chǎn)和應(yīng)用。

監(jiān)管階段

疫苗投入應(yīng)用后，尚需進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管，以保障其安全性。如建立疫苗不良事件報告系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)疫苗產(chǎn)生新不良反應(yīng)時，應(yīng)及時采取應(yīng)對措施，若情況足夠嚴(yán)重，則要召回疫苗。

新冠疫苗的研發(fā)

目前，全世界有近200種新冠疫苗正在研發(fā)中，幾乎涵蓋所有的疫苗類型[7]，以期從中篩選到理想的疫苗，從而解當(dāng)前仍在肆虐的新冠疫情燃眉之急。這里重點(diǎn)介紹幾種有潛力的疫苗[8]。

新冠肺炎核酸疫苗

該疫苗制備簡單，是目前研究進(jìn)展最為迅速的疫苗，主要有以下幾種mRNA疫苗。

BNT162b1

這是由美國輝瑞公司和德國BioNTech等聯(lián)合開發(fā)的一款mRNA疫苗，主要成分為編碼新冠肺炎病毒刺突蛋白（S）受體結(jié)合區(qū)（receptor-binding domain， RBD）的mRNA。目前正在對4萬多名參與者進(jìn)行Ⅲ期臨床試驗。在最近中期療效分析（尚未正式結(jié)束）中初步發(fā)現(xiàn)，其預(yù)防新冠肺炎有效率超過90%，并未發(fā)生嚴(yán)重不良反應(yīng)，因此準(zhǔn)備盡快提交申請，以求盡快進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)和免疫接種。該疫苗本身存在一個巨大的劣勢，就是對儲存條件苛刻，需要在-70℃下保存，這給運(yùn)輸和接種帶來極大困難，因此尚需其他疫苗補(bǔ)充。

mRNA-1273

這是美國莫德納（Moderna）公司開發(fā)的一款mRNA疫苗，其成分是編碼刺突蛋白的mRNA。最近從3萬多人的Ⅲ期臨床試驗中也獲得鼓舞人心的結(jié)果。該疫苗對預(yù)防新冠肺炎的有效率達(dá)94.5%，且沒有嚴(yán)重不良反應(yīng)，因此也有望獲得審批。該疫苗的一大優(yōu)點(diǎn)是可在普通冰箱（2～8℃）保存一個月，在-20℃冰箱可保存半年，這一點(diǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于輝瑞公司的疫苗。

ARCoV

這是由我國軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院聯(lián)合多家單位聯(lián)合研發(fā)的國內(nèi)第一款mRNA疫苗，也采用刺突蛋白作為病毒抗原，目前正開展臨床試驗。

新冠病毒亞單位疫苗

這是目前開發(fā)最多的一類，已超過50多種。

NVX-CoV2373

這是由美國諾瓦瓦克斯（Novavax）公司開發(fā)的一種蛋白質(zhì)亞單位疫苗，使用S蛋白（采用基因工程方法制備）作為抗原，目前已進(jìn)展到臨床Ⅲ期。從前期實(shí)驗結(jié)果看，可有效激發(fā)機(jī)體的抗病毒反應(yīng)，但有一定比例的不良反應(yīng)，最終結(jié)果目前尚無法評判[9]。

SCB-2019

這是由英國葛蘭素史克等公司聯(lián)合開發(fā)的一種蛋白質(zhì)亞單位疫苗，采用S蛋白三聚體作為抗原，目前正在臨床試驗中。

COVID-19 vaccine

這是中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院和安徽智飛龍科馬生物制藥有限公司聯(lián)合開發(fā)的蛋白質(zhì)亞單位疫苗，采用RBD二聚體作為抗原，目前正在臨床實(shí)驗中。

病毒載體疫苗

這類疫苗也有多家公司在積極開發(fā)。

Ad26.COV2-S

這是美國強(qiáng)生公司開發(fā)的一種腺病毒載體疫苗，使用S蛋白作為抗原，目前在Ⅲ期臨床。

Ad5-nCoV

這是由我國北京生物技術(shù)研究所和康希諾生物公司聯(lián)合研制的腺病毒載體疫苗，也使用S蛋白作為抗原，已進(jìn)入Ⅲ期臨床。

新冠病毒滅活疫苗

這類疫苗正在我國多家單位的研制中，包括中國醫(yī)藥集團(tuán)、北京科興生物制品有限公司、北京生物制品研究所、武漢生物制品研究所、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院等。目前，相關(guān)疫苗如BBIBP-CorV、PiCoVacc等，大多已進(jìn)展到Ⅲ期臨床[10]。從臨床前、Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗結(jié)果來看，具有較高的安全性和有效性，假以時日也有望被批準(zhǔn)應(yīng)用。

考慮到新冠肺炎首次出現(xiàn)，人群缺乏免疫力，因此理論上需兩次接種（一般間隔3～4周），在第二次接種1～2周后，人體開始獲得對新冠肺炎病毒的免疫力。

挑 戰(zhàn)

雖然近期新冠肺炎疫苗臨床試驗傳來一系列好消息，但在后續(xù)大規(guī)模應(yīng)用中仍存在諸多挑戰(zhàn)。

首先是疫苗安全性。由于新冠疫情的緊迫性，因此疫苗研發(fā)進(jìn)入了超快通道。正常情況下，一種疫苗研發(fā)周期為15年甚至更長，而新冠疫苗的研發(fā)估計在10個月到一年半時間內(nèi)完成[10]，勢必在疫苗安全性上存在較大隱患。新冠疫苗即使被批準(zhǔn)應(yīng)用，也應(yīng)有嚴(yán)格的監(jiān)管機(jī)制。在出現(xiàn)嚴(yán)重不良反應(yīng)后，要及時進(jìn)行針對性治療或采取緊急召回等措施。

其次是疫苗有效性。盡管大家對疫苗都抱有極大希望，但最終大規(guī)模應(yīng)用后的效果如何尚難預(yù)測。就當(dāng)前研發(fā)的疫苗而言，它們主要通過肌肉或皮下注射的方式進(jìn)行接種，這些方法通常只激活下呼吸道部位的免疫（全身免疫應(yīng)答），而無法激活上呼吸道保護(hù)（黏膜抗體應(yīng)答），因此最終可能只達(dá)到部分保護(hù)或減弱感染的效果，而無法起到消除病毒傳播的作用。

第三是疫苗生產(chǎn)力。小規(guī)模或常規(guī)性應(yīng)用的疫苗（如HPV），生產(chǎn)壓力相對較小，而大規(guī)?；蚓o急性應(yīng)用的疫苗（如流感、新冠等），目前的生產(chǎn)力有點(diǎn)捉襟見肘。按照每人兩次免疫計算，全球有100多億的需求量。即使全世界疫苗生產(chǎn)企業(yè)開足馬力生產(chǎn)，短期內(nèi)供應(yīng)全球的疫苗量也是一項巨大挑戰(zhàn)。

第四是疫苗價格。即使疫苗安全、有效，并能足量供應(yīng)，價格也會成為另一挑戰(zhàn)。疫苗研發(fā)和生產(chǎn)過程需要巨大投入，僅僅是收回成本，也會造成疫苗價格不菲，如果考慮盈利，那價格就更加高昂了。誠然，部分富裕國家可通過財政補(bǔ)貼使該問題得到適當(dāng)解決，但在不發(fā)達(dá)地區(qū)，這個問題就顯得極為棘手。

第五是公眾心理。再安全的疫苗都無法保證萬無一失，因此，許多公眾從內(nèi)心深處具有排斥心理，擔(dān)心注射疫苗會帶來不良后果，從而拒絕注射。如果少量人群拒絕，由于群體免疫效應(yīng)，尚可取得抑制疾病傳播的效果，但如果過多人不接受疫苗免疫，就蘊(yùn)含較大風(fēng)險，這也是一個較為棘手的問題。

新冠疫苗研發(fā)是人類控制新冠疫情的重要希望所在，曙光已經(jīng)顯露，挑戰(zhàn)仍需面對。

[1]Morens D M， Fauci A S. Emerging pandemic diseases： How we got to COVID-19. Cell， 2020， 182（5）： 1077-1092.

[2]Plotkin S. History of vaccination. Proc Natl Acad Sci USA， 2014， 111（34）： 12283-12287.

[3]Ada G. Vaccines and vaccination. N Engl J Med， 2001， 345（14）： 1042-1053.

[4]Iwasaki A， Omer S B. Why and how vaccines work. Cell， 183（2）： 290-295.

[5]Gao Q， Bao L， Mao H， et al. Development of an inactivated vaccine candidate for SARS-CoV-2. Science， 2020， 369（6499）： 77-81.

[6]Han S. Clinical vaccine development. Clin Exp Vaccine Res， 2015， 4（1）： 46–53.

[7]Poland G A， Ovsyannikova I G， Crooke S N， et al. SARS-CoV-2 vaccine development： Current status. Mayo Clin Proc， 2020， 95（10）： 2172-2188.

[8]Jeyanathan M， Afkhami S， Smaill F， et al. Immunological considerations for COVID-19 vaccine strategies. Nat Rev Immunol， 2020， 20（10）： 615-632.

[9]]Krammer F. SARS-CoV-2 vaccines in development. Nature， 2020， 586（7830）： 516–527.

[10]Dong Y， Dai T， Wei Y， et al. A systematic review of SARS-CoV-2 vaccine candidates. Signal Transduct Target Ther， 2020， 5（1）： 237.

關(guān)鍵詞：新冠肺炎 疫苗 臨床試驗 核酸疫苗 ■