中国又传好消息！一文回顾争分夺秒的新冠疫苗研发

3月10日，中国科学院微生物研究所与合作企业联合研发的重组新型冠状病毒疫苗（CHO细胞）在国内紧急使用获得批准，成为国际上第一个获批临床使用的新冠病毒重组亚单位蛋白疫苗。

包括之前陈薇研究组与康希诺生物技术公司研发的单针疫苗“克威莎？”，我国已有五款新冠病毒疫苗。除此之外，全球已有近10款新冠疫苗获批上市。

由于病毒并不能被药物“杀死”，在与病毒的对抗中，疫苗起着至关重要的作用。本文就疫苗研发方面，按类型回顾总结了各国目前比较成功的疫苗项目及其研发进展。

通俗地讲，疫苗的作用就是“训练”受种者的免疫系统，使之能够产生相应的抗体，识别目标病原体，并形成免疫记忆，在未来目标病原体真正侵入身体时迅速做出响应。

传统的疫苗必须与病原体相像，比如减弱毒性或灭活的目标病毒本身、病毒的某一个组成部分、与目标病毒相近似的其他种类病毒。除此之外，近年来还出现了重组病毒载体疫苗和核酸疫苗等新型疫苗。

目前，除减毒疫苗外，各种类型的疫苗技术路线都出现在了世界各国的新冠病毒疫苗研发之中。

新冠病毒疫苗类型示意

新冠病毒疫苗的安全性

通常，一种疫苗的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期临床试验要依次开展，大约需要5-7年的时间。为了推动新冠病毒疫苗的尽快投入使用，虽然世界各国的审批机构适当放宽了对新冠病毒疫苗的评估流程要求，但相关评估过程仍然是科学的、严谨的，不会削弱新冠疫苗的安全性。

疫苗除自身的毒副作用外，还可能导致所谓的疫苗增强性病变，即某些试验动物接受了疫苗注射后再暴露于真实病毒中时，导致病情的加重的情况。

导致这种情况的一个可能机制是抗体依赖性增强作用（antibody-dependent enhancement，ADE），即当病毒在宿主体内激发出了结合力并不强的非中和性抗体时，它们无法起到中和病毒的作用，却有可能成为免疫细胞表面接受病毒识别的受体，为病毒入侵免疫细胞提供了通道。

在目前已经开展的新冠病毒疫苗临床研究中，并无疫苗增强性病变的报道。

灭活新冠病毒疫苗研发

面对新冠疫情的紧迫性，最为迅速直接的疫苗研发方式就是灭活病毒疫苗。

这种方法通过体外人工培养来大量获得目标病毒，然后对收获的病毒采用物理或化学的方法灭活，使之仅保留主要的分子形式，但失去了感染宿主细胞的能力。

灭活病毒疫苗的优势在于不需要对该病毒免疫人体的具体分子机制有非常透彻的了解，可以快速推进相关研发工作。

目前的新冠病毒主要是在Vero细胞（一种染色体异常的非洲绿猴肾细胞系）中培养制备。

制备过程本身的难度不大，主要挑战性在两方面：一是考虑到新冠病毒的危险性，相关制备流程需要在3级生物安全实验室内完成；二是病毒在细胞内的复制数量通常由病毒自身及细胞的特性所决定，往往意味着病毒的得率不会很高，限制了疫苗的产能。

中国有多家机构进行灭活新冠病毒疫苗的研发。

国药集团的2种灭活新冠病毒疫苗在阿联酋、秘鲁、埃及等多个国家进行了大规模Ⅲ期临床试验，展示了较强的免疫效果，并已在国内获批开展疫苗接种。

科兴生物公司（Sinovac）的灭活疫苗在巴西、土耳其等国完成了Ⅲ期临床试验，并在我国和亚、欧、美多个国家开始了大规模接种。

新冠病毒亚单位疫苗研发

如果我们确切知道被抗体识别的抗原表位是病毒上的哪些区域，就可以将这些区域对应的分子进行体外制备之后直接作为疫苗使用，这种方法获得的就是亚单位疫苗。

亚单位疫苗安全性较高，但其制备工艺复杂，而且免疫原性相对于减毒和灭活病毒疫苗来说要弱一些，往往需要配合一些佐剂的使用。这就导致相应的研发周期大大加长，也给临床试验带来了更多的不确定性。

目前世界上仅有美国诺瓦瓦克斯（Novavax）公司的亚单位新冠病毒疫苗进入了Ⅲ期临床试验阶段，中国多家机构研发的新冠病毒亚单位疫苗仍处于临床前的实验室研究阶段。

刺突蛋白亚单位疫苗

人体产生的新冠病毒抗体识别的主要是刺突蛋白，尤其是刺突蛋白上的受体结合结构域（receptor binding domain，RBD），但刺突蛋白是一个巨大的膜蛋白，其重组表达并不容易，得率也并不高。

单独的RBD是一个可溶蛋白，可以在大肠杆菌的细胞中进行表达，得率较高，且能够识别并结合受体血管紧张素转化酶2（angiotensin-converting enzyme 2，ACE2），其糖基化程度较低，适合作为重组亚单位疫苗使用。

但由于RBD缺少巨大刺突蛋白上的其他抗原表位，无法激发出能够识别其他抗原表位的抗体，对受种者的保护作用要弱于完整的重组刺突蛋白疫苗。

新冠病毒亚单位疫苗的另一个挑战在于其刺突蛋白独特的变构特性。

如果直接重组表达天然的新冠病毒刺突蛋白，在体外环境中易于自发转变成融合后状态，以此结构状态作为疫苗激发出来的抗体，无法识别天然新冠病毒表面那些处于融合前结构状态下的刺突蛋白。

如果将刺突蛋白S2亚基的七肽重复序列1（heptapeptide repeat sequence 1，HR1）末端的2个连续残基替换为2个脯氨酸残基，可导致刺突蛋白锁定在融合前的结构状态下。这一策略已经被部分重组刺突蛋白疫苗的开发者所采用。

类病毒颗粒亚单位疫苗

类病毒颗粒（virus-like particle，VLP）亚单位疫苗实际上是一层病毒的外壳，拥有病毒表面所有该具备的蛋白质，可以激发抗体，但由于缺少病毒内部的遗传物质，不会在细胞内复制危害健康。

新冠病毒核酸疫苗研发

如果能够将编码病毒蛋白的核酸直接导入人体细胞，那么就可以由细胞生产出目标病毒蛋白质，并继而引发免疫反应。

核酸疫苗的技术思路新颖，研究历史短，成功的经验并不多。但是这种方法相对比较迅捷，易于快速制备和实现。

核酸疫苗分为DNA疫苗和RNA疫苗。

DNA分子相对比较稳定，可以直接注射进入人体，但受限于接种方式复杂，开展的新冠病毒疫苗研究项目较少。

RNA分子非常容易被体内的各种RNA酶分解破坏，需要以脂质体等形式将其包裹起来，往往需要全程低温冷链运输和保存，既提高了成本，也增加了不当操作导致疫苗失效的风险。

目前，RNA疫苗的在研项目较多，并且在临床前的实验室研究中展现了较好的免疫效果。

美国莫德纳公司（Moderna）的信使RNA疫苗在Ⅲ期临床试验中显示了高达94%的有效性，而美国辉瑞制药公司（Pfizer）和德国生物新技术公司（BioNTech）联合研发的信使RNA疫苗在Ⅲ期临床试验中更是达到了95%的有效性。

由于新冠疫情的紧迫性，美、英等国家采用紧急批准的流程，已经允许这两种核酸疫苗在本国内进行大规模接种。

重组病毒载体疫苗研发

重组病毒载体疫苗利用了载体病毒对人体天然的感染能力，且不具备目标病毒对人体健康的侵害力。

典型重组病毒载体疫苗选择的腺病毒及腺相关病毒是人类体内常见的一大类病毒，其成员众多，但对人类几乎没有健康威胁。去除了部分毒力因子的减毒流感病毒也是病毒载体的一种常见选择。

作为载体的病毒往往都对大多数人群有较强的感染性，能够确保病毒载体在受种者体内完成免疫目标。

搭载目标病毒的蛋白质

如果重组载体病毒搭载的是目标病毒的蛋白质，其效果与VLP重组疫苗非常类似，只是抗原蛋白的承载体从目标病毒的外壳换成了其他种类病毒的外壳。

按这一思路研发的新冠病毒疫苗主要搭载的是刺突蛋白，而使用的载体病毒包括新城病毒（Newcastle disease virus）、流感病毒，以及狂犬病病毒（rabies virus）等，这些项目暂时还未进入临床试验阶段。

搭载目标病毒蛋白的编码核酸

如果重组载体病毒搭载的是目标病毒蛋白的编码核酸，载体病毒侵染受种者的细胞后，就会将这些核酸带入细胞内，令其生产出目标病毒的蛋白。

这类疫苗分为复制型和非复制型：前者像正常病毒一样，能够在受种者细胞内复制自己，从而感染更多的细胞，生产出更多的免疫抗原，强化了接种效果；而后者去除了复制相关的必要基因，导致病毒载体不会在细胞内自我复制。

目前仅有的2种在售埃博拉病毒疫苗，都是携带埃博拉病毒基因的重组病毒载体疫苗。

重组病毒载体疫苗主要的劣势在于，其所使用的载体病毒如果此前曾经感染过受种者，令受种者体内已经有了载体病毒的抗体，便会严重影响疫苗发挥效果。

同理，此类疫苗也无法重复接种，如果需要强化接种，就要选用与首次接种疫苗不同的载体病毒。

目前已经有3种搭载新冠病毒核酸的重组腺病毒载体疫苗进入了Ⅲ期临床试验阶段。而我国军事科学院军事医学研究院的陈薇院士团队与康希诺公司合作研发的重组腺病毒载体疫苗已经获批附条件上市。

就在3月10日，中国科学院微生物研究所与合作企业联合研发的重组新型冠状病毒疫苗（CHO细胞）也已经在国内紧急使用获得批准，成为了国际上第一个获批临床使用的新冠病毒重组亚单位蛋白疫苗。

结论

随着对新冠病毒分子病理机制研究的不断深入，越来越多的证据表明：这种病毒与其他已知病毒相比并没有什么特别之处。

另一方面，针对艾滋病毒等RNA病毒的药物研发经验，以及20世纪初对于禽类冠状病毒疫苗的成功开发都令我们相信：只要假以时日，人类一定能够通过药物、疫苗以及恰当的防疫措施战胜新冠病毒。

作者简介：叶盛，北京航空航天大学医工交叉创新研究院、北航-首医大数据精准医疗高精尖创新中心，研究员，研究方向为病毒性传染病和癌症等重大疾病的分子病理机制。