新型冠狀病毒疫苗的研究進(jìn)展

胡明霞， 袁建明， 張 彬， 秦 剛

新型冠狀病毒嚴(yán)重危害全球公眾健康。2019年12月發(fā)現(xiàn)多例新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）病例，此后疫情迅速蔓延至全球，造成大量的感染和死亡病例，對(duì)全球公共衛(wèi)生安全造成巨大的威脅。COVID-19在全球范圍內(nèi)大流行，它以指數(shù)速率蔓延，目前尚無有效的藥物治療這種疾病，新型冠狀病毒的疫苗對(duì)于遏制COVID-19的傳播，改善全球健康至關(guān)重要。在中國新型冠狀病毒傳播的基本再生數(shù)（R0）為2.40，疫苗接種率達(dá)到83.3%可形成群體免疫。據(jù)我國衛(wèi)生健康委員會(huì)通報(bào)，截至2022年6月23日，我國累計(jì)報(bào)告接種新型冠狀病毒疫苗超過33.9億劑次，疫苗接種總?cè)藬?shù)超過12.9億，覆蓋人數(shù)和全程接種人數(shù)分別占全國總?cè)丝诘?1.74%和89.73%。

1 新型冠狀病毒結(jié)構(gòu)和疫苗靶點(diǎn)選擇

新型冠狀病毒屬于冠狀病毒科β冠狀病毒屬，是一種表面有包膜的單股正鏈RNA病毒。成熟的新型冠狀病毒具有4種結(jié)構(gòu)蛋白，即突刺蛋白（S）、包膜蛋白（E）、膜蛋白（M）和核衣殼蛋白（N），所有這些蛋白質(zhì)沿著病毒RNA基因組嵌入病毒表面包膜中[1-2]。除了這些結(jié)構(gòu)蛋白外，新型冠狀病毒還編碼16個(gè)非結(jié)構(gòu)蛋白（NSP1-16）和9個(gè)輔助蛋白[3]。S蛋白是三聚體跨膜糖蛋白，在病毒表面形成特殊的花冠結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)識(shí)別和結(jié)合細(xì)胞受體并介導(dǎo)病毒膜和宿主細(xì)胞膜融合，是介導(dǎo)病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞的主要蛋白。M蛋白和E蛋白主要參與病毒的組裝和裝配[4]。N蛋白起著保護(hù)基因組的作用，N蛋白的N端和C端均可與病毒RNA結(jié)合，N蛋白主要負(fù)責(zé)RNA的復(fù)制功能，常被用于冠狀病毒的診斷檢測。

S蛋白由膜遠(yuǎn)端的S1亞基和膜近端的S2亞基組成，S1亞基負(fù)責(zé)識(shí)別宿主細(xì)胞受體并結(jié)合，S2亞基負(fù)責(zé)病毒膜與細(xì)胞膜融合。在新型冠狀病毒感染過程中，受體結(jié)合域（RBD）與其細(xì)胞受體的人血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（hACE2）結(jié)合，隨后S蛋白被宿主蛋白酶切割，釋放融合肽（FP）與RBD之間的結(jié)構(gòu)約束，S1亞基與S2亞基解離，分離后的S2亞基重折疊，F(xiàn)P重排到端部，其后融合構(gòu)象的S2亞基作為長螺旋束，其FP插入宿主細(xì)胞膜[3，5-6]。中和抗體可以在病毒入侵人體過程中靶向S蛋白以抑制病毒感染，RBD是干擾病毒受體結(jié)合的中和抗體的主要靶標(biāo)[7-9]。迄今為止，大多數(shù)有效的疫苗是產(chǎn)生靶向RBD的中和抗體。此外，在新型冠狀病毒和中東呼吸綜合征冠狀病毒（MERS-CoV）感染中也有報(bào)道了靶向N端結(jié)構(gòu)域（NTD）的中和抗體，使其成為新型冠狀病毒疫苗的另一個(gè)潛在靶標(biāo)[10-13]。針對(duì)S2亞基的干擾S蛋白結(jié)構(gòu)重排和FP與膜融合的中和抗體也是新型冠狀病毒疫苗的潛在靶標(biāo)[10，13-15]。與S蛋白不同，冠狀病毒M和E蛋白質(zhì)體液免疫原性差，可能是由于它們分子量小和供細(xì)胞免疫識(shí)別的胞外域小，一般認(rèn)為其并非產(chǎn)生免疫應(yīng)答的主要靶點(diǎn)[16-17]。滅活的病毒疫苗實(shí)際是以整個(gè)病毒顆粒為免疫原，除了其S蛋白可以引起人體免疫反應(yīng)產(chǎn)生具有保護(hù)作用的中和抗體，其含有的大量N蛋白也可能引起免疫反應(yīng)產(chǎn)生抗體，但是針對(duì)N蛋白產(chǎn)生的抗體并不能阻止新型冠狀病毒與ACE2結(jié)合，因此不具有保護(hù)作用，不能稱為中和抗體[18]。在嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒（SARSCoV）的早期研究中，表明表達(dá)N蛋白的疫苗沒有提供保護(hù)，反而通過增加肺嗜酸粒細(xì)胞浸潤和Th2細(xì)胞偏置免疫反應(yīng)感染誘導(dǎo)肺炎發(fā)生[19-20]，造成增強(qiáng)型呼吸道疾?。‥RD）。

2 新型冠狀病毒疫苗研究概況

據(jù)世界衛(wèi)生組織官方數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2022年7月1日，全球進(jìn)入臨床試驗(yàn)期的新型冠狀病毒疫苗有167種，進(jìn)入臨床試驗(yàn)前期的疫苗有198種。研究最多的疫苗種類為蛋白亞單位疫苗。最常使用的是肌肉注射，多數(shù)采取兩針間隔注射。目前新型冠狀病毒疫苗的種類有滅活病毒疫苗、減毒活疫苗、病毒樣顆粒、蛋白亞單位疫苗、重組載體疫苗、核酸疫苗6種。見圖1。

3 新型冠狀病毒疫苗的種類和策略

3.1 滅活病毒疫苗

滅活病毒疫苗是最經(jīng)典的一種疫苗形式，是將體外培養(yǎng)的新型冠狀病毒運(yùn)用物理或化學(xué)方法滅活并純化，但保持病毒顆粒的完整性。被滅活后的病毒喪失致病能力，但仍然可以刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫反應(yīng)，使體內(nèi)產(chǎn)生抗體。接種方式多采取兩針間隔肌肉注射。截至2022年7月1日，處于臨床階段的滅活病毒疫苗有22種。國藥集團(tuán)北京生物制品研究所和科興研發(fā)有限公司的疫苗目前處于臨床試驗(yàn)Ⅳ期。國藥集團(tuán)北京生物制品研究所生產(chǎn)的疫苗3～17歲年齡組Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗(yàn)顯示該年齡段接種后中和抗體轉(zhuǎn)陽率為100%，且接種后安全性良好，無嚴(yán)重不良反應(yīng)，已于2021年7月16日正式獲批在3～17歲人群中緊急使用?？婆d研發(fā)有限公司的疫苗也于2021年6月獲批緊急使用范圍擴(kuò)大到3歲以上。滅活病毒含有所有結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)（S、N、M和E蛋白），因此，跟單一蛋白或蛋白質(zhì)片段疫苗相比，這類疫苗可以誘導(dǎo)更廣泛的中和抗體。然而，滅活疫苗不能誘導(dǎo)或僅能誘導(dǎo)低水平的CD8+T細(xì)胞免疫，導(dǎo)致其產(chǎn)生的抗體滴度會(huì)隨著時(shí)間的推移而下降。由于滅活疫苗難以通過內(nèi)源性抗原加工提呈，因此這些疫苗通常不會(huì)引發(fā)T細(xì)胞應(yīng)答。此外，這些滅活的疫苗都使用氫氧化鋁作為佐劑，這通常是誘導(dǎo)T細(xì)胞反應(yīng)比較差的激動(dòng)劑[3]。有研究表明，93.3%的COVID-19患者的中和抗體滴度在3個(gè)月的研究期間逐漸下降[21]。滅活病毒具有很好的安全性和有效性，但是需要在三級(jí)生物安全防護(hù)條件下生產(chǎn)大量病毒以供滅活疫苗的制備，并且需要廣泛的安全測試來確保其不恢復(fù)傳染性。

3.2 減毒活疫苗

減毒活疫苗是用減毒或無毒力的活病原微生物制成。傳統(tǒng)的制備方法是將病原體在培養(yǎng)基上反復(fù)傳代，使其失去或明顯降低毒力，但保留免疫原性。現(xiàn)有的新型冠狀病毒減毒活疫苗都是通過密碼子去優(yōu)化產(chǎn)生的[22-24]。將其接種到身體內(nèi)，不會(huì)引起疾病的發(fā)生，但病原體可以引發(fā)機(jī)體免疫反應(yīng)，誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生體液免疫和細(xì)胞免疫，經(jīng)自然感染途經(jīng)接種還能形成黏膜局部免疫。截至2022年7月1日，處于臨床階段的減毒活病毒疫苗有2種，包括印度血清研究所聯(lián)合美國生物技術(shù)公司Codagenix研發(fā)的COVI-VAC疫苗和Meissa疫苗公司研發(fā)的MV-014-212疫苗，主要通過鼻部吸入的方法接種。與滅活疫苗相比，這類疫苗免疫原性強(qiáng)、作用時(shí)間長，通常接種一次即能夠產(chǎn)生很好的免疫應(yīng)答，效果穩(wěn)固，但是疫苗在體內(nèi)存在回復(fù)突變的危險(xiǎn)，從而形成感染或傳播。與注射疫苗相比，鼻噴式疫苗使用起來比注射疫苗更加的簡易和方便，然而，噴入鼻腔的疫苗劑量也可能受到打噴嚏流出來或者流入口腔的影響。鼻噴式疫苗對(duì)黏膜免疫反應(yīng)的檢測通常更為困難。人體黏膜免疫反應(yīng)分泌的IgA抗體會(huì)因樣本收集方法的不同發(fā)生變化。在多個(gè)注射型新型冠狀病毒疫苗已經(jīng)獲得緊急授權(quán)在世界各地廣泛使用的情況下，仍然處于研發(fā)階段的鼻噴疫苗可能不會(huì)立即對(duì)控制COVID-19疫情產(chǎn)生重大影響。然而，隨著疫苗接種者免疫力的衰退和新型冠狀病毒突變株的產(chǎn)生，當(dāng)人們需要再次接種疫苗時(shí)，鼻噴疫苗可能給人們提供一種新的選擇。它不需注射，尤其適合給兒童和青少年使用。

3.3 蛋白亞單位疫苗

蛋白亞單位疫苗是目前研究最多的新型冠狀病毒疫苗。蛋白亞單位疫苗以合成肽或重組蛋白為基礎(chǔ)，大多以新型冠狀病毒S蛋白的RBD為靶點(diǎn)，通過重組表達(dá)S蛋白，誘導(dǎo)人體產(chǎn)生中和抗體，從而阻斷新型冠狀病毒與宿主細(xì)胞表面受體ACE2結(jié)合，達(dá)到預(yù)防感染的目的[25]。截至2022年7月1日，全球處于臨床階段的蛋白亞單位疫苗有54種，有20種處于臨床試驗(yàn)Ⅲ期。蛋白亞單位疫苗比整個(gè)病原體疫苗有更高的安全性和可伸縮性，然而，它們可能表現(xiàn)出較少的免疫原性并需要多次免疫[26]，并且需要合適的佐劑來發(fā)揮輔助作用。傳統(tǒng)的疫苗佐劑為氫氧化鋁，而由美國Novavax醫(yī)藥公司研發(fā)的NVX-CoV2373應(yīng)用了專利技術(shù)Matrix-M佐劑。該佐劑由40 nm顆粒組成，是一種從南美洲皂角樹中提取的物質(zhì)，這種佐劑可以更有效地刺激和活化免疫細(xì)胞，使免疫系統(tǒng)產(chǎn)生更強(qiáng)更持久的免疫應(yīng)答。俄羅斯的EpiVacCorona屬于合成肽抗原疫苗，是由人工合成的病毒蛋白質(zhì)片段組成，相對(duì)而言更加安全。目前的重組蛋白亞單位疫苗多為重組表達(dá)的S蛋白或RBD亞基，法國OSE Immunotherapeutics 公司研發(fā)的CoVepiT疫苗是基于優(yōu)化肽抗原針對(duì)S、M、N和幾種非結(jié)構(gòu)蛋白的疫苗，旨在增強(qiáng)免疫反應(yīng)并誘導(dǎo)強(qiáng)烈的組織定居記憶T細(xì)胞反應(yīng)，這與中和抗體提供的瞬時(shí)保護(hù)相反，組織定居記憶T細(xì)胞可以提供長期保護(hù)性免疫[27]。CoVepiT為多靶點(diǎn)肽疫苗，涵蓋了具有重復(fù)突變和SARS-CoV的同源位點(diǎn)的表位，進(jìn)一步增加了其長期保護(hù)的潛力[27]。蛋白亞單位疫苗產(chǎn)品成分明確，安全性高，但是激發(fā)T細(xì)胞能力較弱，需要佐劑增強(qiáng)免疫應(yīng)答。

3.4 載體疫苗

重組載體疫苗是將編碼病原體有效免疫原的基因插入載體（減毒的病毒或細(xì)菌）基因組中，接種后，隨疫苗株在體內(nèi)的增殖，大量表達(dá)所需的抗原。

3.4.1 病毒載體疫苗 病毒載體疫苗可分為復(fù)制型病毒載體疫苗和非復(fù)制型病毒載體疫苗。由廈門大學(xué)、香港大學(xué)和北京萬泰生物聯(lián)合研發(fā)的減毒流感病毒載體疫苗目前處于臨床試驗(yàn)Ⅲ期。該疫苗是減毒流感病毒植入新型冠狀病毒S蛋白基因后形成的融合病毒，可以刺激人體產(chǎn)生針對(duì)兩種病毒的抗體，達(dá)到既能防流感又能防COVID-19的目的。在COVID-19與流感流行重疊時(shí)，其臨床意義非常大。由于減毒流感病毒容易感染鼻腔，所以這種疫苗僅通過滴鼻的方式就可以完成疫苗接種。以色列生物研究所在重組泡狀口炎病毒（rVSV）內(nèi)植入新型冠狀病毒的S蛋白基因研制的復(fù)制型病毒載體疫苗目前處于臨床試驗(yàn)Ⅱ/Ⅲ期。非復(fù)制型病毒載體疫苗目前有21種處于臨床試驗(yàn)階段。腺病毒載體疫苗屬于新型疫苗中的非復(fù)制型病毒載體疫苗，它是將病毒的核酸片段裝到經(jīng)過安全處理的腺病毒體上，再注射到人體內(nèi)，激發(fā)機(jī)體的免疫作用。由中國康希諾生物公司與軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院陳薇院士共同研發(fā)的腺病毒載體疫苗和英國阿斯利康公司和牛津大學(xué)共同研發(fā)的AZD1222疫苗，臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明其具有良好的安全性，及較高的體液免疫及細(xì)胞免疫應(yīng)答水平，目前已經(jīng)獲批進(jìn)入臨床試驗(yàn)Ⅳ期。腺病毒載體疫苗不需要處理傳染性病毒，具有安全高效的特點(diǎn)，能夠刺激機(jī)體產(chǎn)生體液和細(xì)胞免疫并長期表達(dá)。然而，重組病毒載體疫苗研發(fā)需要考慮如何克服“預(yù)存免疫”。以康希諾生物公司的“重組新型冠狀病毒疫苗”為例，該疫苗以5型腺病毒作為載體，但絕大多數(shù)人成長過程中曾感染過5型腺病毒，體內(nèi)可能存在能中和腺病毒載體的抗體，從而可能攻擊載體、降低疫苗效果。也就是說，疫苗的安全性高，但有效性可能不足。

3.4.2 細(xì)菌載體疫苗 復(fù)制細(xì)菌載體疫苗和減毒活菌載體疫苗目前有3種處于臨床前研究階段。分別以腸炎沙門菌和百日咳活菌為載體，植入新型冠狀病毒S蛋白基因片段，形成抗原刺激機(jī)體形成免疫反應(yīng)。目前關(guān)于細(xì)菌載體的新型冠狀病毒疫苗研究還較少。

3.5 核酸疫苗

核酸疫苗是通過對(duì)新型冠狀病毒關(guān)鍵的蛋白結(jié)構(gòu)（S蛋白）進(jìn)行基因編碼，以載體來遞送病毒的基因或片段，將免疫原性抗原編碼到宿主細(xì)胞中。這種方法有效地誘導(dǎo)體液和細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。美國Moderna公司的mRNA-1273RNA疫苗和德國BioNTech公司、美國輝瑞公司及中國復(fù)星醫(yī)藥集團(tuán)合作共同開發(fā)mRNA疫苗BNT162b2目前處于臨床試驗(yàn)Ⅳ期研究階段。這種疫苗的優(yōu)點(diǎn)在于不需要合成蛋白質(zhì)或者病毒，開發(fā)流程較快，且生產(chǎn)周期短，安全性相對(duì)比較高。

3.6 病毒樣顆粒疫苗

病毒樣顆粒疫苗是使病毒結(jié)構(gòu)蛋白在細(xì)菌、昆蟲、酵母或哺乳動(dòng)物細(xì)胞中共同表達(dá)以形成非感染性顆粒作為疫苗免疫原，它們類似于真正的病毒，只不過缺乏病毒基因組，不能自主復(fù)制。目前病毒樣顆粒疫苗有6種處于臨床試驗(yàn)階段。病毒樣顆粒疫苗不含有病毒遺傳物質(zhì)，安全性高，結(jié)構(gòu)與天然新型冠狀病毒顆粒相同或類似，能夠高效誘導(dǎo)細(xì)胞和體液免疫。然而免疫原性不足，需要佐劑來增強(qiáng)免疫效應(yīng)，并且需要多次注射。

4 小結(jié)

至今為止，幾種新型冠狀病毒疫苗已經(jīng)達(dá)到了大規(guī)模臨床試驗(yàn)疫苗安全和保護(hù)療效的最終階段。這些疫苗的利弊需要進(jìn)一步研究，以更好地了解其安全性、免疫原性和保護(hù)率。此外，需要詳細(xì)的縱向研究來確定每個(gè)疫苗的保護(hù)性免疫的持續(xù)時(shí)間[10]。幾乎所有臨床試驗(yàn)中的疫苗候選者通過肌肉注射或皮下注射途徑遞送，尚不清楚血清中的抗體是否達(dá)到呼吸系統(tǒng)，尤其是肺部。通過呼吸系統(tǒng)的黏膜疫苗接種可能有利于誘導(dǎo)黏膜的免疫應(yīng)答，并通過呼吸道原位防止新型冠狀病毒傳播。目前已有通過鼻部吸入的復(fù)制型病毒載體疫苗在臨床試驗(yàn)階段，如果能投入使用將使疫苗接種更方便并大大降低疫苗的成本。總之，新型冠狀病毒疫苗的研制是人類在對(duì)抗新型冠狀病毒、控制COVID-19傳播上的第一要?jiǎng)?wù)，仍然存在很多挑戰(zhàn)。目前全球COVID-19疫情形勢依舊嚴(yán)峻，非藥物性干預(yù)措施在疫情防控過程中起到了非常重要的作用，但是真正要戰(zhàn)勝疫情，仍有賴于提高群體免疫力。而接種疫苗是最快、最有效提高群體免疫力的方法。然而，要達(dá)到群體免疫的接種規(guī)模，接種任務(wù)仍然非常艱巨，需要全人類同心抗疫，打贏疫苗攻堅(jiān)戰(zhàn)，一起攜手共筑免疫屏障，共同維護(hù)全球公共衛(wèi)生安全。