從血漿療法到單克隆抗體，再到新冠疫苗

高菲 李楊陽 張林琦

疫苗研發(fā)全球前沿機構(gòu)競逐

針對此次新冠肺炎疫情，截至2020年4月15日23時，全球累計確診病例已接近200萬例，死亡超過12萬例。其中，美國累計確診58萬例，是全球新冠肺炎確診人數(shù)最多的國家。遺憾的是，目前尚無針對新冠病毒的特異性藥物及疫苗。為了抗擊病毒，國內(nèi)外的專家學者紛紛加入到病毒疫苗研發(fā)這場沒有硝煙的戰(zhàn)斗中。

值得關注的是，目前中美兩國均已有新冠疫苗開展臨床試驗——軍事醫(yī)學科學院陳薇院士課題組利用腺病毒平臺，將新冠病毒S蛋白基因克隆至人腺病毒Ad5基因組中，研發(fā)出重組人腺病毒載體疫苗Ad5-nCoV。該疫苗已于3月17日開始進行臨床試驗。與此同時，美國Moderna公司將編碼S蛋白的mRNA包裹進脂質(zhì)體中，制備成mRNA-1273新冠疫苗。該疫苗也于3月16日完成首位志愿者的接種。

疫苗究竟是什么，又是如何對傳染性疾病起到控制作用的呢？

我們知道， 當人體遭遇病毒感染時，我們的免疫系統(tǒng)如衛(wèi)兵一般，幫助我們抵抗病毒感染。通俗而言，疫苗可以“喚醒”和“訓練”人體的免疫系統(tǒng)。簡而言之，疫苗是將病原微生物（如病毒、細菌等）通過減毒、滅活或其他技術手段（如前文提及的腺病毒載體、重組蛋白及mRNA）制成的生物制劑。人接種疫苗后，免疫系統(tǒng)可被定向“喚醒”，同時又規(guī)避了致病性，即人體可產(chǎn)生針對病毒的免疫反應，卻不會因接種疫苗而感染。

有效接種疫苗為人體抵御病毒感染穿上了“金鐘罩”，使病毒沒有可乘之機。

新冠疫苗研發(fā)平臺一覽

國內(nèi)研發(fā)平臺

?中國疾病預防控制中心、浙江大學開展滅活疫苗研發(fā)。

?軍科院和康希諾開展腺病毒載體疫苗研發(fā)。

?中科院微生物所和智飛生物開展重組蛋白疫苗研發(fā)。

?近期，清華大學醫(yī)學院張林琦教授領導的研究團隊，獲得騰訊公益慈善基金會、北京水滴匯聚公益基金會和泰合資本的支持，開展多種疫苗策略的研究。

國際研發(fā)平臺

?強生公司宣布啟動新冠病毒疫苗的研發(fā)。

?專注于mRNA疫苗平臺的德國生物技術公司CureVac AG宣布注資830萬美元，加速開發(fā)新冠疫苗。

?比爾及梅琳達·蓋茨基金會宣布投入1億美元，致力于新冠病毒的疫苗研發(fā)和疫情控制。

?國際組織CEPI（流行病防范創(chuàng)新聯(lián)盟）近期也宣布利用現(xiàn)有成熟的疫苗生產(chǎn)技術，加強對新型冠狀病毒疫苗的研發(fā)。

血漿療法只是應急措施

新冠肺炎血漿療法曾廣受社會各界關注。事實上，血漿療法由來已久。我們知道，抗體存在于人體的血漿中，采集康復期患者富含抗體的血液，經(jīng)過特殊處理后輸注給其他患者，即為血漿療法。

早在100多年前，科學家們就開始利用血清療法（血漿去除纖維蛋白后即為血清），來對抗細菌引起的傳染性疾病了。1890年，德國科學家埃米爾·馮·貝林和日本科學家北里柴三郎共同發(fā)表了他們的研究成果——將患過白喉的老鼠血清注射給新感染白喉的老鼠，后者奇跡般痊愈了。上述工作證明了感染過白喉的老鼠體內(nèi)可以產(chǎn)生某種殺傷白喉桿菌的物質(zhì)，貝林將這種物質(zhì)命名為“白喉抗毒素血清”，其有效成分實際是對白喉桿菌具有殺傷作用的抗體。1901年，貝林因血清療法方面的工作，特別是應用于白喉方面，而獲得第一屆諾貝爾生理學和醫(yī)學獎。

在1917年的西班牙大流感、1930年代的麻疹流行以及2014年西非暴發(fā)的埃博拉疫情中，血漿療法均曾用于臨床。值得一提的是，根據(jù)已發(fā)表數(shù)據(jù)，在2003年的抗擊非典疫情中，接受血漿療法的患者均出現(xiàn)體內(nèi)病毒的減少及癥狀緩解。以上先例無疑為血漿療法應對此次新冠病毒疫情帶來希望。

事實上， 在2017 年世界衛(wèi)生組織（WHO） 發(fā)布的BRN （BloodRegulators Network）指南中說明，在緊急應對嚴重疫情時，如果特異性藥物及疫苗尚未上市，痊愈患者血漿/血清可用于治療使用。針對此次新冠肺炎疫情，在國家衛(wèi)生健康委發(fā)布的《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案》（試行第四版）中，已提出對危重癥病人治療措施可采用恢復期血漿治療。2月8日，首期3名危重患者在武漢江夏區(qū)第一人民醫(yī)院接受了血漿治療。3月27日，《美國醫(yī)學會雜志》發(fā)表了深圳市第三人民醫(yī)院劉磊教授團隊，利用恢復期病人血漿對5名重癥患者的治療。血漿輸注后，其中4名患者在3天內(nèi)體溫下降到正常值，病毒載量也下降至檢測不到的水平，并且輸注后12天內(nèi)患者體內(nèi)新冠病毒特異性抗體增加。4名患者的急性呼吸窘迫綜合征有所緩解，3名患者2周的治療后撤除了機械通氣。

血漿療法只是個應急的治療措施，在目前沒有針對新冠病毒的特異性藥物時，是值得研究和評估的臨床治療手段。

無法忽視的是，痊愈患者血漿數(shù)量非常有限，如何獲得、保存及運輸安全可靠的血漿也是血漿療法不可忽視的短板。更為重要的是，血漿成分復雜，目前國際上對于血漿中各類病毒滅活或去除，尚無十分可靠的方法，其副作用也還存在不確定性。嚴格而言，血漿療法只是個應急的治療措施，在目前沒有針對新冠病毒的特異性藥物時，是值得研究和評估的臨床治療手段。

單克隆抗體藥物值得期待

時至今日，為了規(guī)避血漿療法的不確定性，生物學家通過不斷探索，已將血漿療法逐步精確化和可控化——實現(xiàn)單克隆抗體藥物的研發(fā)和應用。在患者痊愈過程中，其體內(nèi)會產(chǎn)生抗原特異性的B細胞。這些細胞存在于患者血液中，用以產(chǎn)生特異性抗體。科學家們通過篩選，可將此類B細胞捕獲。再利用生物學方法，得到抗體的基因序列，通過基因分析和擴增，便可獲得有效的人源單克隆抗體序列，用以體外制備和大規(guī)模生產(chǎn)。

由于單克隆抗體成分單一、靶向性強，且具有高特異性、毒副作用小的特點，因此是一種良好的治療和預防手段。

單克隆抗體藥物在人類應對傳染性疾病的歷程中已有值得效仿的成功案例。早在1998年，美國FDA批準使用抗體藥物Synagis治療呼吸道合胞體病毒，主要用于兒童的預防藥物。2018年，F(xiàn)DA批準抗體藥物Trogarzo治療艾滋病。2014年，埃博拉疫情時期，兩名美國醫(yī)護工作者在利比里亞工作時被感染。由于埃博拉病毒極為烈性，當他們返回美國后，病情進展已相當嚴重。在命懸一線之際，他們接受了一種未經(jīng)FDA批準的實驗藥物ZMapp的治療，并于數(shù)周后被治愈，而ZMapp正是由3種單克隆抗體配伍而成的混合藥物。

我們不難發(fā)現(xiàn)，針對新冠病毒特異性單克隆抗體的研發(fā)及臨床使用，將為新冠肺炎臨床治療提供新的契機。

新冠病毒疫苗研發(fā)團隊（右三為張林琦教授）

尋找靶點，我們把目光對準S蛋白

如前文所述，抗體通過與病毒特定部位結(jié)合，形成“鑰匙—鎖”的獨特結(jié)構(gòu)，進而阻斷病毒與其天然受體的結(jié)合，實現(xiàn)病毒的清除。因此，抗體藥物作用的靶點至關重要。

引發(fā)此次疫情的新冠病毒屬于冠狀病毒，冠狀病毒可以引起人畜共患的呼吸道和腸道疾病，20世紀30年代從家禽中首次被分離出來。1966年，首個人冠狀病毒HCoV-229E被分離出來后，科學家對其進行形態(tài)學觀察，發(fā)現(xiàn)病毒包膜外排列整齊的刺突蛋白像一頂頂皇冠，所以命名為“冠狀病毒”。隨后陸續(xù)共有7種人冠狀病毒被分離出來。由于最先被分離出的HCoV-229E和HCoV-OC63的致病性弱，通常只能引起普通的感冒和呼吸道感染，所以對其的探索并沒有引起重視。而2003年SARS疫情和2012年MERS疫情的相繼暴發(fā)，造成了全球近萬人感染，才真正讓公眾意識到冠狀病毒的厲害。

冠狀病毒由四個結(jié)構(gòu)蛋白組成，分別為包膜蛋白、膜蛋白、核衣殼蛋白和刺突蛋白。其中刺突蛋白（也叫S蛋白）暴露在病毒的最外層，可與人體細胞的受體蛋白結(jié)合，這樣病毒才能感染細胞。這項功能主要由S蛋白的受體結(jié)合域（RBD）完成。同時，RBD區(qū)域也決定了病毒感染的物種特異性，即決定了新冠病毒既可以結(jié)合人的ACE2蛋白，也可以結(jié)合豬、蝙蝠和果子貍的ACE2。

目前，通過晶體及冷凍電鏡技術，科學家已成功找到了新冠病毒可能的藥物作用的靶點——S蛋白。針對靶向S蛋白進行抗體藥物研發(fā)及疫苗設計，是精確地殺傷冠狀病毒、進行新冠病毒藥物開發(fā)的好思路。

通過篩選，我們可以得到針對新冠病毒S蛋白的中和抗體，這些抗體能夠與在體內(nèi)游離的病毒結(jié)合，使得病毒無法與受體蛋白ACE2結(jié)合，從而阻礙病毒感染細胞，最終導致病毒死亡。

冠狀病毒S蛋白和受體ACE2結(jié)合后感染細胞示意圖

新冠病毒特異性抗體還需進一步研究

萬幸的是， 新冠病毒與SARS-CoV、MERS-CoV具有極其相近的親緣關系。基于上述二者抗體藥物及疫苗的研發(fā)經(jīng)驗，可以大大降低針對新冠病毒疫苗研發(fā)失敗的風險。

最近，我們課題組與深圳三院張政教授組合作，首次從8名SAR-CoV-2感染和恢復期病人體內(nèi)，分離出了206株能夠結(jié)合新冠病毒S蛋白RBD區(qū)域的抗體。其中從2號病人（P#2）樣本中分離出的兩株抗體（P2C-1F11和P2B-2F6），表現(xiàn)出對SARS-CoV-2強力的中和能力。

值得一提的是，這兩株抗體可特異性識別SARS-CoV-2并阻止病毒與被感染細胞受體的結(jié)合。同時，芬蘭的Bosch教授課題組從免疫后的轉(zhuǎn)基因小鼠中分離出一株強效抗體（47D11）。該抗體發(fā)揮作用的機制與P2C-1F11和P2B-2F6不同，還需進一步研究。

疫情控制是當下全球防疫工作的重中之重，因而對于抗體藥物作用的靶點的選擇及疫苗設計，我們?nèi)孕柚斏鲗Υ残枰嗟臅r間和研究佐證。但是，新冠病毒疫苗不會讓我們等待太久。

知識鏈接

1.如何知道疫苗是否能發(fā)揮作用？

答：需要在疫情暴發(fā)期間進行大規(guī)模臨床試驗，嚴格設置疫苗注射組和對照組。如果疫苗注射組的感染人數(shù)比對照組少，并且有統(tǒng)計學意義上的差別，才能證明疫苗確實可發(fā)揮保護作用。

2.有了疫苗后，人體對新冠病毒會增強免疫力嗎？或者只能持續(xù)一段時間？

答：人體注射疫苗后是否對新冠病毒具有免疫力，免疫力能持續(xù)多長時間，存在個體差異，需要經(jīng)過大規(guī)模的臨床試驗才能確定，還要設定相關的檢測指標進行檢測和驗證。必須經(jīng)過一個漫長的研發(fā)過程才能得出科學的結(jié)論，不是短時間之內(nèi)就能得到明確答案的。

3.疫苗開發(fā)人員更偏重尋找什么樣的免疫反應？

答：疫苗要能有效誘導保護性的免疫反應，但是預防性疫苗最為重要的考慮是安全性，如果安全性不過關，就沒有大規(guī)模使用的可能性。