新型冠狀病毒肺炎疫苗的研究進展

姜 輝 羅俊華 李 娟

新型冠狀病毒肺炎（corona virus disease 2019，COVID-19）是嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）導致的傳染病，目前仍在全世界廣泛傳播。控制COVID-19的全球大流行，高效和安全的疫苗是關鍵。WHO對COVID-19疫苗的要求是有效率至少50%，老年人能用，保護力最少持續6個月[1]。從2020年初開始，在全世界范圍里掀起一場關于COVID-19疫苗研發的全球競賽，已經完成Ⅲ期臨床試驗的有10種，被WHO批準緊急使用的有7種。本文就COVID-19疫苗的研發進展進行綜述。

1 SARS-CoV-2 的蛋白質構成與疫苗研發

SARS-CoV-2是一種新型β屬冠狀病毒，屬于RNA正鏈病毒，含有4種結構蛋白和16種非結構蛋白，其中4種結構蛋白分別是刺突蛋白（S蛋白）、核膜蛋白（N蛋白）、膜蛋白（M蛋白）和表面蛋白（E蛋白）。N蛋白負責mRNA轉錄與復制以及病毒出芽，M蛋白負責病毒包膜形成，E蛋白是主要的毒性因子，并在炎癥介質的分泌中發揮作用[2]；而S蛋白由S1和S2兩個亞單位組成，S1亞單位包含一個受體結合區（receptor-binding domain，RBD），負責與哺乳動物細胞表面的血管緊張素轉化酶2（angiotensinconverting enzyme 2，ACE2）結合，S2亞單位負責將病毒與宿主細胞膜融合，使病毒的遺傳物質進入細胞內。COVID-19康復者血清存在抗S蛋白、抗RBD和抗N蛋白等多種抗體，但其中具有抗病毒能力的主要是抗S蛋白、抗RBD抗體。這些抗體通過封閉S1亞單位的RBD，阻止它與ACE2結合，并阻止S2亞單位介導的病毒與宿主細胞膜融合[3～6]。抗N蛋白抗體對SARS-CoV-2感染沒有保護力，M蛋白和E蛋白免疫性低，所以，大多數疫苗作用靶點主要是針對S蛋白、S1亞單位RBD[7]。根據技術路線的不同，COVID-19疫苗分為滅活疫苗、重組S蛋白疫苗、病毒載體疫苗、RNA疫苗、減毒活疫苗和病毒樣顆粒疫苗等[8，9]。

2 WHO批準緊急使用的COVID-19 疫苗概況

當前，WHO共批準7種3類COVID-19疫苗緊急使用，分別是兩種mRNA的疫苗（輝瑞/BioNTech公司和美國Moderna公司疫苗），兩種腺病毒載體疫苗（美國強生疫苗和阿斯利康/牛津疫苗）和兩種滅活疫苗（中國國藥北京生物和科興疫苗）。

2.1 mRNA疫苗 首先在體外合成一段含有目標基因的mRNA片段，然后注射入人體，被細胞攝取后，轉錄生產出目標蛋白，免疫細胞識別該蛋白并被激活，產生針對性抗體。mRNA疫苗的優勢主要有：①只編碼病毒的一部分基因，因此沒有感染病毒的風險，又因為人體內存在mRNA降解途徑，插入人核苷酸鏈的風險很低；②穩定、高效，不需要添加免疫佐劑，就可以產生很高滴度的中和抗體；③生產成本低，可以快速工業化生產；④如果SARS-CoV-2出現較大突變，導致抗原漂移，該研發平臺可以快速設計出新的針對新病毒株的疫苗[4，10，11]。輝瑞/BioNTech公司的疫苗編碼S蛋白，Moderna公司的疫苗編碼S2亞單位。這兩種mRNA疫苗均采用兩次肌肉注射的方式接種，輝瑞/BioNTech公司疫苗的保護率達95%[12]，Moderna公司的疫苗保護率達94.1 %[13]。

2.2 SARS-CoV-2滅活疫苗 采用的是一種非常成熟的疫苗制備技術，需要佐劑，關鍵是要選擇一株生長旺盛的種子病毒。滅活疫苗有穩定的結構依賴抗原決定簇，并且含有多種病毒蛋白可供免疫識別，也容易被大量生產[5]。我國北京生物和科興公司疫苗，原始病毒株都來自湖北金銀潭住院病人，采用兩次肌肉注射的方式接種，在巴西和土耳其進行臨床試驗，巴西疫苗保護率為50.65 %，土耳其為91.25 %[14]。

2.3 腺病毒載體疫苗 通過改造不同的腺病毒載體基因，使之攜帶上目標基因的方式制備疫苗。這類疫苗也不需要佐劑，被注射入人體后，通過產生一次人為感染方式獲得免疫，產生的抗體包含針對腺病毒載體和SARS-CoV-2的兩類抗體。人體中如果已經存在有腺病毒載體抗體，則疫苗注射入人體后，就會被該抗體所中和，提供給免疫系統的SARS-CoV-2抗原就少，產生SARS-CoV-2的抗體滴度就不高[15]。牛津-阿斯利康疫苗和強生公司疫苗均編碼S蛋白基因，接種時需要肌肉注射兩次，這兩種腺病毒載體在人體中的抗體水平都不高[16，17]。牛津-阿斯利康疫苗保護率為70.4 %[1]，強生公司疫苗保護率在美國達72%、在拉丁美洲是66%、在南非是57%[17]。

3 當前在研的其它疫苗情況

目前，已經開展Ⅲ期臨床試驗并發表中期研究報告的疫苗主要有四種，即兩種腺病毒載體疫苗（我國5型重組腺病毒（Ad5）載體疫苗和俄羅斯衛星-Ⅴ疫苗），一種滅活疫苗（中國國藥武漢生物疫苗），以及重組S蛋白疫苗（美國Novavax公司的NVXCoV2373）。我國Ad5疫苗保護率為74.8 %，俄羅斯衛星-Ⅴ疫苗的保護率為91.6 %[1]，美國Novavax公司疫苗的有效率為86%[18]，國藥武漢生物疫苗保護率為72.51 %[14]。這些疫苗目前正在申請WHO的緊急使用授權。從理論上講，只有腺病毒載體疫苗可以開發出呼吸道粘膜接種途徑[6]，因為，腺病毒感染人體的途徑就是從上呼吸道開始的。目前，我國陳薇院士團隊正在進行此項工作，但這條途徑存在著許多未知數：首先，COVID-19感染者的臨床研究顯示，病人首次感染后IgA的半衰期與IgM類似，時間很短，再次接觸SARS-CoV-2后，IgA是否產生以及產生的規律如何、保護力有多高尚不清楚[19]；其次，從呼吸道粘膜途徑接種疫苗，產生的IgG抗體滴度水平有多高、是否可以達到肌肉注射產生的水平、產生反應的T淋巴細胞亞型是什么、強度如何，這些問題都不清楚。這也是從呼吸道途徑接種疫苗處于探索階段的原因。

4 COVID-19 疫苗接種的不良反應

疫苗的不良反應包括局部反應和全身反應：局部反應主要是注射部位疼痛，多為輕、中度疼痛；全身反應主要是疲勞、頭痛和發熱，大多數在1～2 d后緩解[20]。不良反應的發生率大體上是：腺病毒載體疫苗＞mRNA疫苗＞重組蛋白疫苗＞滅活疫苗[21]。對疫苗的過敏反應很少見，引起過敏的一般不是疫苗本身，而是輔劑[22]。

5 COVID-19 疫苗在特殊人群的研究

當前多數疫苗沒有專門針對60歲以上老年人的接種研究，只是在某些疫苗試驗中包含有老年人。WHO批準的緊急使用的疫苗接種人群也是18～60歲的健康成年人，因此當前給老年人接種疫苗不在WHO的授權范圍內。但國內外的COVID-19臨床研究顯示，COVID-19感染好發于老年人，老年人發展成重癥的比例高[22]，所以，在西方國家優先接種的人群包括老年人。研究顯示，老年人在接種疫苗后產生的中和抗體滴度較年輕人低，但不良反應發生率也低，這可能與老年人免疫功能衰退有關[12]。

專門針對腫瘤等免疫功能低下病人的COVID-19疫苗接種研究很少。研究顯示，一組正在接受單克隆抗體治療的多發性骨髓瘤和骨髓增生性惡性腫瘤病人，接種輝瑞mRNA疫苗后，和正常老年人相比，這些病人的抗體滴度水平更低[23]。美國Novavax公司的重組蛋白疫苗，對人類免疫缺陷病毒（Human Immunodefiency viurs，HIV）陰性者的保護率為60.1 %，而HIV陽性者的保護率下降至49.4 %[18]。這提示在免疫功能低下的病人，COVID-19疫苗的保護性不足，這些病人可能需要多次注射疫苗并監測抗體水平。

6 病毒變異對疫苗保護率的影響

由于SARS-CoV-2在全球的廣泛傳播，病毒突變逃避人體免疫反應的可能性大大增加。但到目前為止，SARS-CoV-2的突變情況還沒有到導致疫苗失效的程度[24，25]，即使是當前流行較廣的德爾塔病毒株，目前的疫苗仍有保護力，但保護率已經開始有所下降[26～28]。當前疫苗（特別是滅活疫苗），在接種后產生的中和抗體中含有多種抗體成份，可以識別多個抗原，一個抗原突變，針對它的抗體失效了，針對病毒的其它抗體還能發揮作用。另外，疫苗接種后產生的細胞免疫反應也能對個體提供保護[26]。但是，仍需繼續加強對SARS-CoV-2的突變的監測，如果發生較大的突變，引起抗原漂移，只要及時調整疫苗的設計，現代工業化的疫苗生產就會及時制造出有針對性的疫苗。

7 疫苗免疫保護的持久性

因為SARS-CoV-2是一個全新的病毒，爆發時間短，對它的免疫持久性了解不多。臨床研究觀察到，SARS-CoV-2感染后1～2周，體內出現針對性抗體，然后進行性升高，達到峰值后持續數周，然后滴度水平下降。最新研究顯示：COVID-19康復者體內的中和抗體反應至少可以持續7個月[6]。即使抗體水平下降了，但產生的細胞免疫還在。細胞免疫在控制COVID-19再發中同樣起著關鍵作用[7，26]。動物實驗和人體研究都觀察到，接種疫苗或者感染SARS-CoV-2后的人或者動物，如果再感染SARSCoV-2，不僅臨床癥狀輕，而且很少發展成重癥[19，29]。這提示SARS-CoV-2感染后或者疫苗接種后產生的免疫記憶可能在防止再感染方面起重要作用，抗體水平本身可能不是疫苗成功的關鍵，建立起一個可以對SARS-CoV-2的特異性免疫反應更重要。這也是為什么要大力推廣疫苗接種的原因，只有在人群中建立起一定水平的免疫力，才能控制COVID-19的全球大流行，并使之成為類似普通感冒一樣的疾病。