新型冠狀病毒疫苗的研發進展

黃蘇玥 沈銀忠

摘 要 由新型冠狀病毒引起的新型冠狀病毒肺炎大流行是嚴重威脅人類健康的全球重要公共衛生問題，而接種新型冠狀病毒疫苗無疑是阻斷該病毒傳播的有效手段。因此，目前各國均在致力于新型冠狀病毒疫苗的研發和/或推廣接種。本文就各類新型冠狀病毒疫苗的研發現狀和今后研究方向作一概述。

關鍵詞 新型冠狀病毒 新型冠狀病毒肺炎 疫苗

中圖分類號：R183.3； R186.3 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1533（2021）17-0016-06

Research and development progress of SARS-CoV-2 vaccines

HUANG Suyue， SHEN Yinzhong

（Department of Infection and Immunity， Shanghai Public Health Clinical Center， Shanghai 201508， China）

ABSTRACT A coronavirus disease caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 （SARS-CoV-2） remains an important global public health problem that seriously threatens human health. Promoting vaccination is undoubtedly an effective way to control the spread of the disease under the ongoing pandemic of coronavirus disease 2019 （COVID-19）. Many countries are committed to the development and promotion of SARS-CoV-2 vaccines. This paper summarizes the current status of the research and development and the future directions of SARS-CoV-2 vaccines.

KEy WORDS SARS-CoV-2； COVID-19； vaccines

自2019年12月以來，新型冠狀病毒肺炎（coronavirus disease 2019， COVID-19）[1]陸續在全球范圍內廣泛流行。目前，COVID-19疫情依舊嚴峻。根據WHO統計[2]，截至2021年5月21日，全球報告的COVID-19確診病例數達165 069 258例，其中累計死亡病例數為3 422 907例；確診病例數最多的5個國家依次為美國（32 706 250例）、印度（26 031 991例）、巴西（15 812 055例）、法國（5 820 918例）和土耳其（5 151 038例）；近7 d新增確診病例數最多的國家依次為印度（新增1 985 182例）、巴西（新增452 658例）和美國（新增209 764例）。我國累計確診病例數為105 647例，死亡病例數為4 861例。

面對COVID-19疫情，各國積極采取各種措施對該疾病進行預防和控制，包括非藥物性干預措施（佩戴口罩、保持安全社交距離、勤洗手、封閉疫區等）和藥物性干預措施。但在當下尚未找到對COVID-19有確切療效的抗病毒藥物的情況下，接種新型冠狀病毒疫苗無疑是形成群體免疫屏障，阻斷病毒進一步傳播和降低患者病死率的最佳手段。截至2021年5月21日，全球共有14個新型冠狀病毒疫苗已經獲準緊急使用，另有101個新型冠狀病毒疫苗處于臨床研究階段，183個新型冠狀病毒疫苗處于臨床前開發階段；全球新型冠狀病毒疫苗累計接種量為15.9億劑次，其中疫苗接種量最高的國家為中國（>4.8億劑次），接種率最高的國家為以色列（>60%）[3]。本文就各類新型冠狀病毒疫苗的研發現狀和今后研究方向作一概述。

1 研發現狀

1.1 新型冠狀病毒

冠狀病毒為單股、正鏈RNA病毒，大多數呈球形狀，包膜上有規則排列的棘狀突起，病毒外形類似皇冠[4]。目前已知可感染人類的冠狀病毒共有7種，分別為人冠狀病毒229E、人冠狀病毒OC43、人冠狀病毒NL63、人冠狀病毒HKU1、嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus， SARS-CoV）、中東呼吸綜合征冠狀病毒（Middle East respiratory syndrome coronavirus， MERS-CoV）和嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2， SARS-CoV-2）[5]。其中，后3種冠狀病毒為近年來新發現的冠狀病毒，它們與感染人體后主要引起輕中度上呼吸道疾病的前4種冠狀病毒不同，感染人體后可引起嚴重癥狀，患者病死率高。

SARS-CoV-2是一種2019年新發現的冠狀病毒，我們現在多簡稱為新型冠狀病毒。新型冠狀病毒有4種結構蛋白，分別為刺突蛋白、包膜蛋白、膜蛋白和核衣殼蛋白。與其他冠狀病毒相似，新型冠狀病毒也是依靠刺突蛋白與宿主細胞表面的受體結合，從而侵入細胞的[6]。新型冠狀病毒的刺突蛋白通過S1亞單位的受體結合域與宿主細胞表面的血管緊張素轉化酶2結合，而后通過S2亞單位與細胞膜融合進入胞內[7]。隨后，新型冠狀病毒的基因組附著于宿主細胞的核糖體上，引起2種復制酶多聚蛋白pp1a和pp1ab的翻譯。這2種多聚蛋白經由蛋白酶3CLpro和PLpro介導分解，形成較小的多肽成分以用于折疊和包裝新的病毒，從而促進其傳播[7-10]。此外，RNA依賴的RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase， RdRp）對冠狀病毒基因組的復制亦起著至關重要的作用[11]。

1.2 各類新型冠狀病毒疫苗

從已獲準緊急使用的新型冠狀病毒疫苗信息（表1）看，現新型冠狀病毒疫苗主要可分為病毒滅活疫苗、腺病毒載體疫苗、重組蛋白疫苗和核酸疫苗4類。

1.2.1 病毒滅活疫苗

病毒滅活疫苗是我國最先批準緊急使用的新型冠狀病毒疫苗，也是目前國內用于廣泛接種的主要新型冠狀病毒疫苗。病毒滅活疫苗的有效成分是已不再具有復制能力的全病毒，其含有病毒的所有結構蛋白，進入人體后通過抗原遞呈細胞激活輔助T細胞，進而激活B細胞而產生體液免疫。生產病毒滅活疫苗需首先分離病毒株，轉染體外細胞后擴增培養，然后分離、純化病毒并進行滅活，標準滅活方法包括使用β-丙內酯和/或甲醛處理等[12]。采用病毒滅活法制備疫苗是經典的疫苗研發方法，優點在于技術成熟、疫苗安全性高，不良反應通常為注射部位疼痛等少數輕中度癥狀[13-14]，缺點則是生產過程中需接觸活病毒。不過，病毒滅活疫苗可能會因產生抗體依賴的增強效應（antibody-dependent enhancement， ADE）而導致更嚴重的感染，這在既往SARS-CoV和MERS-CoV滅活疫苗研發中均曾出現過，但對于新型冠狀病毒滅活疫苗，迄今還無ADE報告[15]。

1.2.2 腺病毒載體疫苗

腺病毒載體疫苗是一種活疫苗，其系根據病毒的基因測序結果，克隆后構建穿梭質粒，然后轉染生產細胞，大規模擴增后分離、純化而生產的。此類疫苗使用病毒載體將編碼保護性抗原蛋白的基因輸送至宿主細胞中，從而產生細胞免疫和體液免疫[16]。現已獲準緊急使用的新型冠狀病毒腺病毒載體疫苗共有4個，它們的優點包括成本低、易于保存和保護效率較高，且生產過程中易于純化至高滴度，可確保遺傳穩定性和可負擔性[17]；缺點則是使用的病毒載體在人群中可能存在預存免疫，從而導致疫苗保護效率下降。此外，阿斯利康和強生兩公司生產的新型冠狀病毒腺病毒載體疫苗似還存在血栓形成和凝血功能障礙等嚴重不良反應，安全性方面有一定的隱患[18-19]。

1.2.3 重組蛋白疫苗

重組蛋白疫苗是將病毒的目標抗原基因構建于表達載體上，然后轉化到受體細胞（細菌、酵母或哺乳動物細胞）中，誘導表達出大量的抗原蛋白，最后經分離、純化而生產的。其中，選擇的目標抗原基因所表達的抗原蛋白應能構建健康、持久的免疫保護，為此通常還需使用佐劑[20]。在新型冠狀病毒重組蛋白疫苗研發中，選擇的目標抗原蛋白主要為病毒刺突蛋白S1亞單位的受體結合域[21]。智飛生物和NovaVax兩公司生產的新型冠狀病毒重組蛋白疫苗已獲準緊急使用，它們所含抗原蛋白分別為病毒刺突蛋白S1亞單位受體結合域的二聚體和三聚體。臨床試驗結果顯示，NovaVax公司的新型冠狀病毒重組蛋白疫苗的保護效率為86%，且安全性也較好。重組蛋白疫苗可大規模生產，其技術難點主要在于如何保持疫苗有效成分的抗原性，而佐劑的使用可能會對此產生不利影響[21]。

1.2.4 核酸疫苗

核酸疫苗包括DNA疫苗和mRNA疫苗，其中DNA疫苗是將抗原基因的DNA通過質粒導入到人體細胞中，從而在人體中表達抗原，激發免疫應答的。DNA疫苗穩定、成本低，易于生產和儲存，但其可能會提高外源性DNA整合到人自身遺傳物質中的風險，也可能誘發自身免疫性疾病。相比之下，mRNA疫苗因是通過將人工合成的編碼抗原的mRNA送入人體細胞來誘導免疫反應的，故幾乎沒有插入誘變的可能。mRNA疫苗是目前新型冠狀病毒疫苗研發的熱點，現已獲準緊急使用的新型冠狀病毒疫苗中就有2個屬于mRNA疫苗。此類疫苗具有成本低、生產周期短和保護效率高等優點[22]，但由于這是一類采用新技術生產的疫苗，安全性等仍待證實[23]，同時因mRNA的穩定性較差，疫苗的儲存和運輸條件要求頗高。

1.2.5 其他類別疫苗

除上述類別疫苗外，還有減毒活疫苗、合成肽疫苗、可復制的病毒載體疫苗和類病毒顆粒疫苗等。與針對其他疾病的疫苗研發不同，新型冠狀病毒疫苗研發中廣泛采用了多種新技術，如美國杜克大學研發的新型納米顆粒疫苗等。該疫苗以胃幽門螺桿菌的鐵蛋白為載體，通過病毒的分選酶A將鐵蛋白納米顆粒與新型冠狀病毒刺突蛋白S1亞單位的受體結合域連接，形成符合預期的顆粒結構。動物實驗表明，相較于新型冠狀病毒mRNA疫苗，該納米顆粒疫苗產生的中和抗體水平更高，對病毒變異株感染的保護效果更優，且對其他冠狀病毒（SARSCoV、MERS-CoV等）感染也具有保護作用[24]。

2 今后研究方向

2.1 疫苗的安全性

與傳統疫苗長達10 ～ 15年的研發周期不同，新型冠狀病毒疫苗多在1年內就進入了Ⅲ期臨床試驗并獲準緊急使用，故安全性相關研究有待完善，在特殊人群中的保護力有待研究，不同種類疫苗如何序貫接種或聯合接種也待明確。在現已獲準緊急使用的各類新型冠狀病毒疫苗中，病毒滅活疫苗和重組蛋白疫苗的安全性較高，需重點關注的是腺病毒載體疫苗和mRNA疫苗的安全性。

2.1.1 腺病毒載體疫苗

截至2021年4月21日，美國共報告了12例接種強生公司的新型冠狀病毒疫苗后發生顱內靜脈竇血栓形成（cerebral venous sinus thrombosis， CVST）合并血小板減少癥的病例[25]，均為18 ～ 60歲的白人女性，其中7例患者至少存在1項CVST的危險因素（肥胖、甲狀腺功能減退和使用口服避孕藥等）。該不良反應的癥狀發作時間為接種疫苗后6 ～ 15 d，其中11例患者出現嚴重頭痛，另外1例患者最初表現為背痛，后來發展為頭痛。在這12例患者中，7例患者并發顱內出血，8例患者并發非CVST血栓形成。12例患者中有6例患者在診斷明確后便接受了肝素治療。阿斯利康公司生產的新型冠狀病毒疫苗也有類似不良反應。關于新型冠狀病毒腺病毒載體疫苗的安全性，仍有待進一步的觀察和研究。

2.1.2 mRNA疫苗

英國的一項前瞻性研究顯示，在接種輝瑞公司生產的新型冠狀病毒疫苗人群（282 103例接種了1劑，其中28 207例已接種第2劑）中，接種第1劑疫苗后的局部和全身不良反應發生率分別為71.9%和13.5%；接種第2劑疫苗后，局部不良反應發生率有所下降，但全身不良反應發生率卻增高[19]。該研究還發現，既往發生過新型冠狀病毒感染的人群接種疫苗后的不良反應發生率較其他人群更高。該研究結果雖不足以證明mRNA疫苗的安全性較低，但其確實提示了應對此類疫苗的不良反應進行進一步的觀察。

2.2 疫苗的有效性

2.2.1 疫苗的保護效率

以色列對全國接種輝瑞公司生產的新型冠狀病毒mRNA疫苗后的觀察性研究顯示，該疫苗對預防無癥狀性感染的保護效率為91.5%，預防有癥狀感染的保護效率為97.0%，預防因感染而住院的保護效率為97.2%，預防出現重癥或危重癥病例的保護效率為97.5%，預防COVID-19相關死亡的保護效率為96.7%[26]。該研究還發現，隨著疫苗接種覆蓋率提高，COVID-19發生率相應下降。

目前需進一步完善對其他新型冠狀病毒疫苗保護效率的研究。對于新型冠狀病毒疫苗在預防感染、預防發病、預防傳播等方面的作用也需進一步地深入觀察和研究，對它們在特殊人群中的保護力及其持續時間等亦需進行進一步的觀察。

2.2.2 疫苗對病毒變異株感染的保護效果

新型冠狀病毒屬RNA病毒，其具有復制速率快且易出錯的特點，突變速率可能較其他RNA病毒慢，但仍常會迅速發生刺突蛋白突變和堿基缺失[27-28]。新型冠狀病毒D614G突變株自2020年3月起在世界范圍內廣泛傳播，至2020年6月底已成為病毒傳播的主要基因型[29]。2020年10月底開始，新型冠狀病毒又陸續出現了一些需關注的變異株（variants of concern）和待觀察的變異株（variants of interest），前者包括B.1.1.7、B.1.351、P.1和B.1.427/429突變株，后者包括B.1.526、B.1.526.1、B.1.525和P.2突變株，以及出現于印度的B.1.617、B.1.617.1、B.1.617.2和B.1.617.3突變株[30]。病毒變異株的出現使得全球疫情形勢更加嚴峻。近期印度疫情大暴發就被普遍認為是“雙突變”的新毒株迅速蔓延所致。WHO指出，新型冠狀病毒變異總體上呈加快趨勢，已發現病毒變異株的國家和地區數在不斷增多，且隨著疫情持續，新的病毒變異株極有可能將繼續出現。因此，對病毒變異株感染是否也具有保護作用已成為新型冠狀病毒疫苗研究的重點之一。

迄今為止，尚無現有新型冠狀病毒疫苗對病毒變異株感染沒有保護作用的確實證據。有研究顯示，D614G突變株的突變位點雖在病毒刺突蛋白上，但該突變卻使得其S1亞單位的受體結合域更容易暴露，從而對新型冠狀病毒疫苗更加敏感[31]。針對其他病毒變異株的真實世界研究也在進行中。就各類新型冠狀病毒疫苗來說，病毒滅活疫苗、腺病毒載體疫苗和mRNA疫苗的作用靶點均以病毒刺突蛋白為主，病毒變異株在未來也許能突破疫苗的保護范圍，但重組蛋白疫苗以病毒刺突蛋白S1亞單位的受體結合域為靶點，對病毒株的覆蓋范圍應更廣。當然，對于現有新型冠狀病毒疫苗對病毒變異株感染的保護作用，目前仍需繼續觀察和深入研究。

3 接種策略

新型冠狀病毒疫苗獲準緊急使用后，加快、加大疫苗的供給、分配和接種極其重要。為推進新型冠狀病毒疫苗接種，全球各國均制定了疫苗接種策略。我國制定了“兩步走”的策略：第一步，先讓“重點人群”（包括從事進口冷鏈、口岸檢疫、船舶引航、航空空勤、生鮮市場、公共交通和醫療衛生等感染風險較高的工作人員，以及將去中高感染風險國家或地區工作或學習的人員）接種；第二步，隨著疫苗產量逐步提高，再讓符合接種條件的廣大群眾“應接盡接”，以此阻斷病毒傳播。WHO也主導制定了“新型冠狀病毒疫苗實施計劃”，以促進全球疫苗研發和生產，并使世界各國均能公平、公正地獲得疫苗。該計劃同樣將新型冠狀病毒疫苗的推廣接種分為兩個階段：第一階段，根據人口規模將疫苗分配給所有計劃參與國，保護高感染風險人群（包括感染風險高的一線衛生和護理工作者、老年人，以及因心臟病和糖尿病等基礎疾病而面臨更高死亡風險的人）；第二階段，隨著疫苗產量提高，再逐步供給低感染風險人群接種[32]。

盡管各國均在積極推進新型冠狀病毒疫苗接種，但仍有部分人還在猶豫是否接種疫苗，如部分低感染風險地區的群眾認為，COVID-19疫情已得到控制，無需再接種疫苗了；部分群眾對疫苗的安全性和有效性有一定的疑慮；還有部分群眾認為，周圍的人都已接種疫苗，自己便無需接種了。我們應通過宣傳和科普活動，逐漸消除群眾對新型冠狀病毒疫苗及其接種可能有的各種疑慮，盡快提高接種率，從而建立起群體免疫屏障，為終結COVID-19疫情流行創造條件。

4 結語

為了盡快控制COVID-19疫情，保障人民生命健康安全，減少疫情帶來的各方面損失，各國均在致力于新型冠狀病毒疫苗的研發和推廣接種。不過，盡管已有多個新型冠狀病毒疫苗獲準緊急使用，但許多與疫苗本身相關的基礎性問題仍待研究解決，包括疫苗對<18歲和>60歲人群的保護效果，疫苗對存在基礎疾病人群的影響，疫苗接種后的確切的保護期限和不良反應的發生率、發生機制，以及疫苗對病毒變異株感染的保護作用等。目前，我們應提高新型冠狀病毒疫苗的安全性和有效性，并及時公開研究數據，以消除公眾對疫苗的疑慮，提高疫苗接種率，這對進一步控制COVID-19疫情具有十分重要的意義。

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