中美兩國志愿者已注射新冠狀疫苗，疫苗研發(fā)加速的背后

    不到20年的時間，冠狀病毒已經(jīng)侵?jǐn)_人類3次。2003年嚴(yán)重急性呼吸綜合征（SARS）、2012年中東呼吸綜合征（MERS）、以及2019年的新冠肺炎（SARS-CoV-2）。其中，在SARS和MERS病毒暴發(fā)的過程中，疫苗工作都曾經(jīng)如火如荼地開展，又因為疫情得到控制而被擱置。為了再次面對冠狀病毒時人類能應(yīng)對自如，這次，多個國家都在鉚足了勁，投入人力物力財力研發(fā)疫苗。

    正在進(jìn)行的至少20種新冠病毒疫苗研發(fā)中，中美疫苗研發(fā)速度再次走到了前列。

    在國際上，全球防疫計劃創(chuàng)新聯(lián)盟（CEPI），專門負(fù)責(zé)新發(fā)傳染病疫苗研發(fā)的工作。1月23號，CEPI就宣布資助3個新冠病毒疫苗研發(fā)機(jī)構(gòu)大約2500萬美金，分別開展DNA，mRNA以及蛋白質(zhì)疫苗研究，希望能夠加速開發(fā)和進(jìn)入人群實驗，強(qiáng)調(diào)全球不同國家平等的使用權(quán)利，確保人們夠公平的獲取疫苗。其次還有NIH疫苗研究中心和一些科學(xué)研究單位也在參與新冠疫苗的研發(fā)。

    我國在疫情發(fā)生后，也迅速成立了科研攻關(guān)組，從滅活疫苗、基因工程重組亞單位疫苗、腺病毒載體疫苗、減毒流感病毒載體疫苗、核酸疫苗這五大技術(shù)方向，并行推進(jìn)疫苗研發(fā)。中國工程院院士王軍志在3月17日介紹說，目前，五大技術(shù)方向疫苗研發(fā)總體進(jìn)展順利，大部分研發(fā)團(tuán)隊4月份都能完成臨床前研究，并逐步啟動臨床試驗。

    我在之前的文章里也講過，新冠病毒與曾引起SARS的冠狀病毒基因組序列有80%至90%的相似性，這也正是新冠病毒被命名為“Sars-CoV-2”的由來。這兩類病毒的遺傳物質(zhì)RNA均被球形蛋白衣殼包裹著，衣殼外為脂質(zhì)膜，膜上覆蓋有刺突蛋白（S蛋白）。S蛋白能與肺部細(xì)胞表面的特異性受體結(jié)合，病毒正是利用這一結(jié)合過程進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，并利用宿主細(xì)胞的增殖機(jī)制進(jìn)行復(fù)制，然后釋放到細(xì)胞外，并殺死細(xì)胞。

    所以，目前絕大多數(shù)疫苗研發(fā)路徑都是針對S蛋白，如果可以阻斷這種蛋白，人類就不會被感染。

    從目前的進(jìn)展看，疫苗研發(fā)的速度比預(yù)計的還要快。

    當(dāng)中國科學(xué)家張永振團(tuán)隊在1月初向世界公布新冠病毒基因序列后，美國疫苗研發(fā)公司Inovio實驗室當(dāng)天就在電腦上的基因測序軟件里設(shè)計出了新疫苗，并宣布最快將于今年夏天開始人體臨床試驗。這曾被認(rèn)為是本世紀(jì)最快的疫苗研發(fā)記錄之一?，F(xiàn)在，不知道是不是迫于疫情和總統(tǒng)的壓力，這個記錄正在被打破。

    3月16日，據(jù)《西雅圖時報》援引美聯(lián)社報道，位于西雅圖的凱撒永久華盛頓研究所(Kaiser Permanente Washington Research Institute)開始了新冠疫苗的臨床試驗，向一名健康志愿者注射了第一針試驗新冠疫苗。據(jù)悉，注射進(jìn)受試人手臂的這只候選疫苗代號為mRNA-1273，由美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）、美國國家過敏和傳染性疾病研究所（NIAID）與Moderna公司聯(lián)合開發(fā)。

    幾乎同時，天津康希諾生物股份公司宣布，與中國軍科院軍事醫(yī)學(xué)研究院生物工程研究所聯(lián)合開發(fā)的腺病毒載體疫苗，也獲批進(jìn)入臨床試驗階段，開始招募受試者。截至3月22日，已經(jīng)有108人入選，分組進(jìn)行注射。

    志愿者參加重組新型冠狀病毒(2019-COV)疫苗（腺病毒載體）Ⅰ期臨床試驗。圖片來源：志愿者微博
不過，雖然這兩種已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗的腺病毒載體疫苗和核酸疫苗都是最近幾年才出現(xiàn)的新技術(shù)，但仍被大家認(rèn)為是最有可能成功上市的疫苗，我們今天重點討論下。

    1核酸疫苗

    美國Moderna公司由哈佛團(tuán)隊（團(tuán)隊核心為加拿大細(xì)胞生物學(xué)家Derrick Rossi ）創(chuàng)辦于2010年，為全球三大mRNA巨頭之一。公司致力于通過mRNA藥物治療傳染病、腫瘤、罕見疾病、心血管疾病、自身免疫性疾病及炎癥。其藥物運作機(jī)理是將通過mRNA指引人體細(xì)胞在細(xì)胞、膜內(nèi)產(chǎn)生蛋白質(zhì)以對疾病產(chǎn)生作用。

    Moderna此次研發(fā)的mRNA疫苗，比傳統(tǒng)的滅活疫苗方法更快。此前，Moderna 曾創(chuàng)造 40 天研發(fā)出癌癥疫苗的紀(jì)錄。因此，該公司在此次疫情中也被稱為“美國人民的希望”。

    之前的文章里講到，新冠病毒屬于單股正鏈RNA病毒，與人體mRNA相似，可以直接在人體翻譯成蛋白質(zhì)。研究人員是把新冠病毒的RNA進(jìn)行修飾之后，只保留其翻譯蛋白質(zhì)的能力，然后制成mRNA疫苗；mRNA疫苗能在人體內(nèi)翻譯出抗原蛋白質(zhì)，從而引起機(jī)體的免疫應(yīng)答，但是只有蛋白質(zhì)是不具備感染能力的。
同時，mRNA在人體內(nèi)使用過后會被分解掉，不會整合進(jìn)人體基因組，因此相比傳統(tǒng)的疫苗來說，mRNA疫苗的安全性更高，免疫應(yīng)答效果更好。

    美國國立衛(wèi)生研究院介紹說，此前NIAID與Moderna的科學(xué)家在MERS疫情中進(jìn)行過針對S蛋白靶點的疫苗研究。這次，他們在MERS病毒疫苗的基礎(chǔ)上，把相應(yīng)序列替換成新冠病毒的序列，然后快速制備出新冠病毒的mRNA疫苗。

    mRNA核酸疫苗有免疫活性強(qiáng)、研發(fā)周期短等多重優(yōu)勢，與同樣制備較為快速的DNA疫苗相比，mRNA疫苗因無需進(jìn)入細(xì)胞核發(fā)揮作用，不整合進(jìn)入基因組，所以沒有導(dǎo)致插入突變的安全性風(fēng)險，較為適用于傳染病尤其是突發(fā)性傳染病的預(yù)防。但mRNA穩(wěn)定性較差，在體內(nèi)還容易被RNA切割酶破壞掉，另外，因為沒有獲批上市，它的產(chǎn)業(yè)化是不成熟的，mRNA的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)該是該技術(shù)的一大挑戰(zhàn)。不過，這兩年mRNA疫苗被業(yè)界認(rèn)為具有突破潛力，更多資源開始向這個領(lǐng)域的傾斜。

    現(xiàn)在國際上除了Moderna外，還有BioNTech和CureVac幾家公司也在研制mRNA核酸疫苗。BioNTech的疫苗預(yù)計4月下旬進(jìn)入臨床試驗，中國區(qū)域商業(yè)化將由復(fù)星醫(yī)藥負(fù)責(zé)。深圳華大基因科技有限公司（華大集團(tuán)）控股子公司吉諾因也正在開展mRNA新冠疫苗研究，目前項目正穩(wěn)步推進(jìn)中。

    香港大學(xué)李嘉誠醫(yī)學(xué)院艾滋病研究所所長陳志偉團(tuán)隊采取的技術(shù)路徑是基于DNA的核酸疫苗，在動物試驗中已初步得到比較好的免疫效果，也在為進(jìn)入臨床試驗做準(zhǔn)備。

    2重組病毒載體疫苗

    軍事科學(xué)院陳薇院士帶領(lǐng)的科學(xué)團(tuán)隊與康希諾公司聯(lián)合研發(fā)的腺病毒載體疫苗，的確是眼下這場國際競賽中，中國代表團(tuán)里的“種子選手”。其實，在2017年，兩個團(tuán)隊就曾聯(lián)合研制過埃博拉病毒疫苗Ad5-EBOV，并注冊申請獲批，使中國成為世界上第三個成功研發(fā)埃博拉病毒疫苗的國家。陳薇院士本人2014年還曾赴非抗擊埃博拉，是《戰(zhàn)狼2》中陳博士的原型。

    為什么要選擇腺病毒作為載體呢？腺病毒本身是一種會感染包括人在內(nèi)的脊椎動物的病毒，對淋巴腺有親和力，最早是從人類的腺樣組織中分離出來的。腺病毒本身毒力很弱，人們把這種本身殺不死人的病毒加以利用，當(dāng)成一個載體，把病毒基因組的關(guān)鍵區(qū)域“刪掉”，換成病毒基因。然后，腺病毒就會帶著病毒，在人類的免疫系統(tǒng)里游蕩，讓免疫系統(tǒng)記住這個病毒的樣子，生成抗體，等真正的病毒入侵時，就可以全軍出擊、迅速免疫。

    腺病毒模型圖

    這次進(jìn)入臨床試驗的疫苗，就是采用基因工程方法構(gòu)建，以復(fù)制缺陷型人5型腺病毒（Ad5）為載體，嵌合表達(dá)新冠病毒S蛋白的基因后再打入人體，讓人體表達(dá)新型冠狀病毒S抗原。

    國際上也有同樣的思路，2月5日，美國強(qiáng)生公司宣布，將利用其埃博拉疫苗平臺——腺病毒載體平臺研發(fā)新冠疫苗，并指出該疫苗從研發(fā)到量產(chǎn)至少需要8個月。

    在重組病毒載體疫苗這塊，除了腺病毒作為載體外，還有痘病毒、皰疹病毒等也可以作為載體用于疫苗研究。其中腺病毒由于宿主范圍廣、易產(chǎn)生高滴度病毒顆粒及可容納大片段外源基因等特點，在預(yù)防性疫苗載體中具有較好的應(yīng)用前景。

    腺病毒載體疫苗也存在一定的缺陷，主要是由于人群中普遍存在預(yù)存免疫現(xiàn)象，即體內(nèi)含有針對人源腺病毒的抗體。據(jù)統(tǒng)計我國廣州地區(qū)健康人群人5型腺病毒 (Ad5) 抗體陽性率達(dá)77.34%，美國的Ad5抗體陽性率達(dá)35%，南非的Ad5抗體陽性率甚至達(dá)到90%，預(yù)存免疫現(xiàn)象會直接消弱腺病毒疫苗載體的免疫效力。2007年默克公司艾滋病腺病毒疫苗就是由于該原因?qū)е垄蚱谂R床試驗宣告失敗。所以，如何解決預(yù)存免疫現(xiàn)象，是研究團(tuán)隊的一個挑戰(zhàn)。

    對于此次進(jìn)入人體試驗的兩種疫苗，腺病毒載體疫苗已有成功的先例，技術(shù)相對比較成熟，且新冠病毒疫苗經(jīng)過恒河猴等大動物試驗的驗證，如果解決了預(yù)存免疫，后期應(yīng)該不會發(fā)生什么意外。盡管Moderna公司在mRNA疫苗研制領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先，但基本上同類型疫苗也只進(jìn)行過Ⅰ期臨床，后面的臨床測試都沒做，迄今為止還沒有mRNA疫苗上市。且“mRNA-1273”疫苗跳過了常規(guī)動物測試的步驟，具體效果還要看臨床結(jié)果。

    3分鐘理解疫苗

    所謂疫苗，就是對人體免疫系統(tǒng)的消防演練或者軍事演習(xí)。

    簡單理解，弄一個和病毒/細(xì)菌長得很相似的“替身”，用來訓(xùn)練我們的免疫系統(tǒng)，等以后遇到真身就直接上去把侵入者撲倒在地。

    最開始的疫苗就是用死的細(xì)菌啊，死的病毒啊，提純下當(dāng)作“替身“，即所謂的滅活疫苗；后來，發(fā)現(xiàn)滅活疫苗刺激效果不是特別好，就該改用“半死不活的替身”來加強(qiáng)免疫效果，即所謂減毒活疫苗；再后來又有研究者發(fā)現(xiàn)，不需要用“全尸”，只找點關(guān)鍵部分的“殘骸”也有效果，這就是亞單位疫苗；后來發(fā)現(xiàn)，很多病毒做成蛋白疫苗太麻煩，莫不如直接把病毒關(guān)鍵部分的核酸注入人體體內(nèi)表達(dá)蛋白就行了，這就是核酸疫苗。

    但是，這部分核酸要進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞核才能發(fā)揮作用，怎么才能“帶貨”進(jìn)去呢？這就需要病毒做載體，于是就找到了兩種侵入細(xì)胞核能力超強(qiáng)，堪稱病毒屆的穿山甲--“腺病毒”和“慢病毒”。 大家不要擔(dān)心，我們這里說的病毒，都是做成了工具的病毒，只帶貨不發(fā)病。這就是重組病毒載體疫苗。

    再到后來，覺得連用病毒都費事了，如果能夠直接把病毒表達(dá)蛋白的序列輸入進(jìn)細(xì)胞核不是更簡單么？于是就誕生了mRNA疫苗。當(dāng)然，直接把mRNA注射人體很快就會被降解，所以需要各種保護(hù)，確保能夠到達(dá)應(yīng)該到的地方。

    講到這里，就可以對比下中美兩種已經(jīng)上人體疫苗的異同了：

    相似處：

    1. 都是選擇了新冠病毒表面一段S蛋白作為抗原；

    2. 都是通過體外合成（或PCR擴(kuò)增）技術(shù)獲得相關(guān)基因序列片段，而非直接來源于病毒。

    不同處：

    1. 腺病毒載體疫苗是通過基因重組技術(shù)把S蛋白的基因整合到腺病毒中，把腺病毒作為載體導(dǎo)入/感染人體，在體內(nèi)通過腺病毒表達(dá)S蛋白，使機(jī)體免疫；

    2. mRNA疫苗是體外合成mRNA，經(jīng)過一定修飾（如前端加帽）通過非病毒包裝導(dǎo)入人體，翻譯S蛋白，使機(jī)體免疫。

    兩種疫苗的S蛋白均非來源于病毒本身，無感染新冠疾病的危險。和腺病毒載體疫苗比較，mRNA疫苗更安全，因為前者使用了腺病毒作為載體，腺病毒進(jìn)入人體細(xì)胞核，不排除整合到染色體的可能；而mRNA不需要進(jìn)入細(xì)胞核，直接在胞漿翻譯S蛋白，此種疫苗更為簡便，不會在人體長期留痕，或?qū)θ梭w造成不良影響。不過，mRNA穩(wěn)定性差，在體內(nèi)會被RNA酶迅速降解，如果攻克了這個瓶頸，mRNA疫苗的優(yōu)勢就會顯而易見。

    隨著疫情在全世界擴(kuò)散，越來越多的專家認(rèn)為我們將面臨一場持久戰(zhàn)，在研的疫苗極有可能無法在此次疫情結(jié)束前發(fā)揮作用，但從長遠(yuǎn)和人群的角度看，疫苗仍然是必須的。不管哪種方法的疫苗，都期待早日研發(fā)成功并用于預(yù)防。

    人類被冠狀病毒絆倒，希望這是最后一次。

    幾個疫苗小帖士：

    1.北宋年間，國人已經(jīng)會從天花感染者身上提取結(jié)痂組織，放一個月混合植物研磨粉碎后給其他人接種，稱“種痘”，當(dāng)然實際的問題就是安全性無法把控；

    2.1796年英國的琴納，發(fā)明了可以預(yù)防天花的牛痘疫苗；而1885年法國的巴斯德，則發(fā)明了狂犬病疫苗。這就是現(xiàn)代疫苗學(xué)的開端；

    3.感染人類的主要病原體，除了細(xì)菌病毒，還有寄生蟲，但是還沒有任何的人用寄生蟲疫苗成功上市。所以瘧疾啊，包蟲病啊，依然還在困擾著我們……

    4.很多經(jīng)典疫苗的制備技術(shù)雖然已經(jīng)延續(xù)數(shù)十年，但至今接種效果仍然很成功；反過來，很多新技術(shù)疫苗看起來很性感，反而缺乏大規(guī)模實踐的驗證。所以制備疫苗技術(shù)的先進(jìn)與疫苗實際保護(hù)能力的強(qiáng)弱并沒有相關(guān)性。