名称描述内容
重庆艾美迪生物科技有限公司
Nature展望:新冠病毒疫苗开发策略与进展
来源:药学速览 | 作者:yyt | 发布时间: 2020-06-11 | 645 次浏览 | 分享到:
导读
      新冠肺炎疫情继续在全球肆虐,接种疫苗是防控COVID-19的最经济有效的手段,在中国公布新型冠状病毒的全基因序列后,多国都宣布启动COVID-19的疫苗研发工作。在以往正常情况下,一款疫苗从开始研发到临床试验及最终上市一般至少需要耗费5至10年的时间,然而现在是全人类与新冠病毒的一场大战,对疫苗的需求比以往任一时刻都要迫切。2020年1月尾中国疾病预防疾控中心、浙江省疾病预防控制中心、广东省疾病预防控制中心相继分离出SARS-CoV-2的病毒毒株,为疫苗的研究奠定了基础。我国国家科研攻关组布局了五条技术研发路线,分别是灭活疫苗、核酸疫苗、重组疫苗、腺病毒载体疫苗、减毒流感病毒载体疫苗。目前国内已经有四个疫苗获批进入临床试验。4月30日,Nature杂志future专栏(参考资料1)总结了新冠病毒疫苗的设计思路及方向。我们也将根据目前国内外的新闻事件,帮助大家普及一下各类疫苗的研发进展。

前言


      1:SARS-CoV-2入侵人体细胞(Coronavirus infection)并引发人体产生免疫反应(Immune response)的示意图如上图所示。
      Step1: 病毒的S蛋白(Spike protein)与宿主细胞上的ACE2受体识别结合后进入细胞,病毒的RNA本身可充当mRNA,劫持宿主细胞的核糖体,从而完成在宿主细胞内复制与翻译的过程,生成自身需要的RNA聚合酶以及各种组装蛋白,使得病毒重新组装进而大量释放。
      Step2: 宿主体内的抗原呈递细胞(APCs)可以识别病毒,并将病毒多肽展示给辅助T细胞(T-help cell),辅助T细胞可以通过刺激激活杀伤T细胞,将感染病毒的细胞杀死(细胞免疫)。更重要的它刺激B细胞增殖,产生中和抗体或者可标记病毒抗原的抗体,最终消灭病毒。(体液免疫)。

      2. 5月3日,比尔·盖茨讲到: 目前形成广泛的新冠病毒免疫已经成为人类最为紧迫的任务。我们需要开发出一种安全有效的疫苗,需要大量生产并供应到世界各地,并且这一切需要尽快实现。(图片来源参考资料2)

      3. 目前,全世界各科研团队正在开发针对SARS-CoV-2的90多种疫苗,具体数量分布如图统计所示。至少有八种类型的针对新型冠状病毒的疫苗正在被研制(图示八种不同颜色),它们依赖于不同的病毒形式或病毒组分。我们查阅了世界卫生组织网站信息,截至5月1日,全球现有94项处于临床前期的疫苗,8个处于临床试验阶段的COVID-19疫苗,其中4个由中国研发(3个灭活病毒疫苗和1个已进入二期临床试验阶段的腺病毒载体疫苗);3个由美国研发(2个mRNA疫苗和1个DNA疫苗);1个由英国研发(腺病毒载体疫苗)。
 病毒疫苗种类及新冠病毒疫苗研发概况

a、 全病毒疫苗


      1. 减毒活疫苗是对病原体进行减毒处理(利用体外传代或基因重组等方法)而得到的致病力减弱、免疫原性良好的一种由完整的病毒组成的疫苗制品。减毒活疫苗的免疫原性强,可引起更大范围的免疫反应,产生更持久的保护作用。但是减毒活疫苗中含有活病原体,存在隐形感染隐患,且由于不同的活疫苗中病原体的致病能力各不相同,减毒活疫苗存在一定的毒力回升风险,总体的安全性并不高。
      目前位于纽约的Farmingdale生物公司正在开展通过改变新冠病毒的基因密码,降低致病效率。

      2.灭活疫苗即死疫苗,是病毒通过理化方法灭活研制,需要进行多次试验和筛选才能找到既失去致病能力又不至于完全丧失激活人体免疫反应的病毒。灭活疫苗保留了病毒原有的表面蛋白,抗原性与活病毒相似,但已经无法在宿主体内复制与引发感染,不存在毒力回升的问题。因此,与减毒活疫苗相比,灭活疫苗的安全性更高,不会导致人体感染。灭活疫苗不能模拟自然感染,免疫原性不足,因此其效果低于减毒活疫苗,但可以通过增加剂量和接种次数弥补。灭活疫苗的技术路线发展成熟,研发时间短,因此截止目前我国已  有如下3款新冠疫苗进入临床研究阶段: 

      4月12日,中国生物武汉生物制品研究所与中国科学院武汉病毒研究所协同攻关的新冠灭活疫苗率先获得全球首个临床试验批件,4月24日已进入II期临床试验阶段。
      4月13日,国家药品监督管理局批准科兴中维研制的新型冠状病毒灭活疫苗开展临床试验。4月16日,北京科兴中维生物研发的新冠灭活疫苗进入I期临床试验阶段。
      4月28日,中国生物北京生物制品研究所研发的新冠灭活疫苗获得临床批件,并于河南启动临床试验。

b、 病毒载体疫苗


      复制型病毒载体疫苗:我国的新冠疫苗的5条研发路线中有1条就是流感病毒载体疫苗,这类疫苗安全性较高,但是针对载体产生超强的免疫反应可能会削弱疫苗本身的有效性。以 现有的流感病毒疫苗中的减毒的流感病毒作为载体,将编码SARS-CoV-2 S蛋白的基因转入到流感病毒载体的基因内,让流感病毒表面表达S蛋白。以流感病毒为载体的新冠病毒疫苗可以同时预防新冠肺炎和流感,且流感病毒无DNA,没有将流感病毒DNA整合进宿主基因组的风险。但流感病毒的容量较小,限制了可插入外源基因的范围,且载体的靶向性不高。
      非复制型病毒载体疫苗:腺病毒作为常用的疫苗载体,它的结构小、安全性好、感染范围广及重组腺病毒获得方便等特点。腺病毒载体技术是以改造后无害的腺病毒为载体,将S蛋白的基因转入腺病毒的基因内(与流感病毒载体不同的是,腺病毒表面并不会表达S蛋白)。接种该疫苗后,腺病毒载体会进入细胞,由于基因缺陷,腺病毒本身无法复制,但其基因内的S蛋白基因会转录翻译表达S蛋白,这种S蛋白会从细胞内转移到细胞外,从而引动人体的免疫应答,效果较好。无法自我复制的腺病毒则会被人体免疫机制清除,不会对人体造成影响,安全性高。埃博拉疫苗(腺病毒载体疫苗)的研发经验为此次SARS-CoV-2的疫苗研发奠定了一定的基础。
      3月27日,中国军事科学院军事医学研究院陈薇院士团队研发的腺病毒载体重组新冠病毒疫苗已完成一期临床受试者的接种,成为我国首个进入临床研究的新冠病毒疫苗。4月12日开始II期临床试验,这也是全球首个进入II期临床研究的新冠疫苗。
      英国牛津大学开发了ChAdOx1疫苗。5月1日,牛津大学与AstraZeneca公司联合宣布双方将共同开发、大规模生产,这款ChAdOx1疫苗目前正处于I期临床试验阶段。

c、核酸疫苗

      DNA疫苗: 直接将编码病毒抗原基因片段的DNA序列(常用质粒)注入宿主,使病毒的抗原蛋白在宿主体内表达,进而激活体液免疫和细胞免疫。该类疫苗能模仿活病毒感染方式合成内源性抗原,并被呈递给MHC I类分子诱导CD8+T细胞产生杀伤作用。DNA疫苗的制备不需要获得病毒,研发机构可以根据中国分享的SARS-CoV-2的基因序列直接制造疫苗。然而,DNA疫苗的缺点在于这种外来的DNA可能会与细胞自身的DNA整合,因此DNA疫苗尤其需要关注安全性。
4月6日,美国Inovio公司的DNA新冠候选疫苗INO-4800完成对40位志愿者的I期临床注射。4月16日 Inovio于4月16日宣布与国际疫苗研究所(IVI)及韩国国立卫生研究院(KNIH)将合作开启I、II期临床试验。
      mRNA疫苗:与DNA疫苗的技术路线类似,mRNA疫苗的原理是将病毒抗原的mRNA制为疫苗,注入宿主的mRNA可以表达病毒的抗原蛋白,从而诱发机体产生免疫应答。直接用mRNA做疫苗,无需像DNA疫苗一样需先进入细胞核完成转录过程再在胞浆进行蛋白质的翻译表达,mRNA疫苗可以直接在细胞浆内合成蛋白,比DNA疫苗省了一步。mRNA疫苗的步骤简化,不用担心病毒DNA整合到宿主DNA上。但是,mRNA不如DNA或蛋白质稳定,其最大的缺陷就是容易降解,如何保证mRNA能够顺利进入宿主细胞并产生具有一定免疫原性的蛋白质是一个难点。
      3月16日,美国Moderna公司开发的mRNA疫苗产品mRNA-1273完成I期临床注射。
      4月22日,辉瑞与德国生物新技术公司 BioNTech 合作进行的新冠疫苗正式批准开启临床试验,该计划的产品 BNT162 将同时开展四种 RNA 疫苗的I、II期临床试验,包括两款核苷修饰的 mRNA(modRNA),一款包含尿嘧啶核苷的 mRNA (uRNA)以及可自我复制的 mRNA(saRNA)。

d、基于蛋白类疫苗

      基于S蛋白的疫苗:基于蛋白质的疫苗不需要培养病毒,只需要知道病毒的基因序列,再利用现代生物技术合成病毒的蛋白质(重组蛋白)即可。由于不需要培养病毒,该类疫苗比灭活病毒疫苗开发更快,需要找到最强抗原效应的蛋白是该类疫苗成功研发的关键--S蛋白被认为是SARS-CoV-2与人体细胞上的ACE2受体的结合部位,体外完成S蛋白的表达后再将其用于制备疫苗。这种疫苗保留了病毒的抗原性而没有病毒的致病性,不会因病毒感染而致病,安全性好。由于体外表达的蛋白通常由MHC II分子呈递,所以基于蛋白质的亚单位疫苗无法像载体疫苗一样在细胞内表达抗原进而被MHC I呈递而激活T细胞发挥杀伤作用。

      基于病毒外壳的疫苗:该类疫苗为病毒空外壳(Virus-like particle, VLP),不含有病毒的遗传物质。通过病毒外壳模拟冠状病毒的结构,具有抗原性而不会使宿主产生感染。安全性较高,但是生产这种VLP较为困难。

总结
      疫苗是对抗病毒最有效、长期可持续的措施。自新冠肺炎爆发以来,疫苗的研制的关注度持续飙升,全球各大企业与高校都在积极合作,争分夺秒的研发新冠疫苗,我们相信疫苗很快就能用于人体。在这等待的时间里,每一个国家,乃至我们每一个人都应该携起手,团结一致共同抗击新冠病毒。记住只有强大内心的人才能笑对风雨。中国加油,世界加油。

参考资料:
1.Ewen Callaway. The race for coronavirus vaccines: a graphical guide(2020). Nature 580,576-577.
2.https://www.cnbeta.com/articles/tech/974543.htm
3.孙校金,王富珍,安志杰,Lance Rodewald,新型冠状病毒疫苗研发进展和思考[J/OL].中国疫苗和免疫:1-8
4.佘惠敏. 新冠病毒疫苗知多少[N]. 经济日报,2020-04-26(009).
5.陶黎纳. 新冠疫苗研发五大技术路线全解析[N]. 北京科技报,2020-04-06(009).