新型冠状病毒及其疫苗的研发

戚媛媛，吴婷妮，王 汀

（安徽医科大学 药学院，安徽 合肥 230032）

严重急性呼吸综合征冠状病毒 2 型即 SARS-CoV-2，是单链阳性 RNA 病毒，自 2019 年 12 月在中国武汉爆发后迅速席卷全球，对人体健康安全和社会发展造成了严重危害，自疫情爆发以来，世界各地的研究人员借鉴先前对其它冠状病毒疫苗（如 FIPV、SARS、MERS 等）的研究经验来开发 SARS-CoV-2疫苗[1]。目前已经进入 Ⅲ 期临床试验或已经上市开始使用的几类疫苗分别有灭活疫苗[2]、核酸疫苗[3-4]、载体疫苗[5]和重组蛋白疫苗[6]，本篇综述将对新型冠状病毒和这些疫苗的研发情况进行详细介绍，并进行总结和展望。

1 新型冠状病毒

2019 年 12 月末，中国武汉爆发了大规模的病毒感染事件，中国卫生部于 2020 年 1 月初将这种病毒命名为新型冠状病毒即 2019-nCoV，该病毒在全球迅速传播，2020 年 1 月 30 日，世界卫生组织将其命名为 SARS-CoV-2[7]。SARS-CoV-2 最初的感染部位是呼吸道，感染者可分为有症状和无症状两种表现形式，有症状型即表现出发热、腹泻、恶心等症状，严重的还会出现呼吸困难，甚至危及生命；无症状患者，即没有发热、咳嗽、咽痛等相关临床症状，但新冠病毒病原学检测结果却呈阳性[8]。此外，无症状和轻度患病的机体相对于重度感染者产生的抗体水平较低，这对理解群体免疫有重要的意义。统计分析结果显示，65 岁以上的个体及各个年龄段中具有严重性疾病或免疫功能低下的个体更容易感染新冠病毒，并产生严重的并发症，因此，急需开发安全有效的疫苗和药物去预防、控制和治疗 SARS-CoV-2 的感染[9]。

目前已发现 6 种可感染人类的冠状病毒，分别为甲型冠状病毒 HCoV229E、HCoV-NL63，β 冠状病毒 HCoV-OC43、HCoV-HKU1、SARS-CoV-1、MERS；SARS-CoV-2 属于冠状病毒科的 β 冠状病毒，是一种新型 RNA 病毒，主要编码四种结构蛋白和多种非结构蛋白，其中结构性蛋白包括刺状蛋白（S）、包膜蛋白（E）、膜蛋白（M）、核衣壳蛋白（N）[10]。研究表明，SARSCoV-2 病毒与人类 SARS-CoV-1 病毒核苷酸的同源性高达 82%，人体的 ACE2 是 SARSCoV-2 病毒刺突蛋白结合的主要受体，因此阻断刺突蛋白与 ACE2 的结合是开发新冠病毒疫苗的主要策略。对刺突蛋白（S）-ACE2 受体复合物的最新结构进行分析，确定了 SARS-CoV-2 的刺突蛋白（S）的 RBD 区的几个氨基酸的变化，这些变化可称之为突变，导致了 SARS-CoV-2 刺突蛋白与人 ACE2 的亲和力更高[11]。研究显示，从处于康复期的 SARS-CoV-2 感染患者体内分离的中和抗体，在猕猴和仓鼠的预防和治疗环境中抑制了 SARS-CoV-2 感染，这表明，中和抗体滴度可作为临床前研究和临床研究中评估 SARS-CoV-2 疫苗的生物标记物。

2 各类疫苗的研发情况

目前世界各国研发的 SARS-CoV-2 疫苗有多种不同类型，如灭活疫苗、载体疫苗、重组蛋白疫苗、核酸疫苗（包括 DNA 和 mRNA 的疫苗）。根据以往疫苗的研发经验，一种疫苗成功研发并大规模应用通常需要 10 到 15 年的时间，考虑到疫情的严重，已将新冠疫苗研发的时间缩短至 2～3 年[12]。截至目前，全球范围内已有超过 100 多种的 SARS-CoV-2 疫苗处于不同的临床试验阶段，其中已经进入 Ⅲ 期临床试验或开始使用的各种类型的 SARS-CoV-2 疫苗总结见表 1，以下将对这些疫苗进行详细的介绍。

Table 1 SARS-CoV-2 vaccines that have entered Phase III clinical trials or have been put into use globally 表 1 全球进入Ⅲ期临床试验或已经投入使用的新型冠状病毒疫苗

2.1 灭活疫苗

灭活疫苗属于传统疫苗，采用物理或化学方法使病毒失去活性，但保留了病毒蛋白的抗原性，因此仍可引起机体的免疫反应，灭活疫苗具有相对成熟的技术和较高的开发速度，已成为中国研发 SARS-COV-2 疫苗的首选路径之一。

目前，中国研发的 SARS-COV-2 灭活疫苗主要有三个已经进入了 Ⅲ 期临床试验，分别是由武汉生物制品研究所、北京生物制品研究所、北京科兴生物制品公司研发。2020 年 6 月 16 日国药集团武汉生物制品公布了灭活疫苗的 Ⅰ、Ⅱ 期临床试验结果，结果显示，受试者在第 0 天和第 28 天分别接种不同剂量的疫苗后，产生抗体的概率是 100%，且未出现严重不良反应[13]。2020年 7月 16 日起，在阿联酋等多个国家开展 Ⅲ 期临床试验，实验采用“国际多中心、随机、双盲、安慰剂平行”对照设计，2020 年 12 月 15 日疫苗在中国各地陆续进行免费的接种，数据显示疫苗的保护效力为 79.34%，中和抗体阳转率为 99.52%，这一数据远高于世界卫生组织提出的不低于50% 的标准[14]。

国药集团北京生物制品研究所于 2020 年 6 月 28 日公布了其灭活疫苗的 Ⅰ、Ⅱ 期临床试验结果，结果显示受试者在接种疫苗后无严重不良反应，且都产生了高滴度的中和抗体，中和抗体阳转率超过 90%，这表明疫苗具有较高的安全性和免疫原性[15]。12 月 23 日，此灭活疫苗上市申请正式获得药监局受理，截止 2021 年 2 月 17 日，这两种灭活疫苗均已投入使用。

科兴生物采用了非典时期研发 ISCV 疫苗的相似的策略去研发 Corona Vac 候选疫苗，在小鼠、大鼠和恒河猴中进行了动物实验，结果显示 Corona Vac 能够诱导特异性中和抗体。在 Ⅰ/Ⅱ 期临床试验中，约 743 名年龄在 18～59 岁的受试者接种 Corona Vac疫苗，接种后大多数参与者出现了轻度不良反应，Ⅱ 期临床实验中，受试者产生的免疫反应比 Ⅰ 期临床试验更强，在给药剂量分别为 3 μg 和 6 μg 的两组中，血清转化率均超过了 90%。此外，研究人员还发现，与间隔14 天进行疫苗的两次接种相比，间隔 28 天接种疫苗可产生更强的抗体反应，受试者在接种第二剂疫苗后的第 28 天，体内的中和抗体水平在 23.8～65.4 之间。同时，在中国进行的针对 60 岁及以上的健康成年人的 I/II 期临床研究结果显示疫苗在这些人中的血清转化率均高于 90%，也表明了 Corona Vac 具有良好的免疫原性[16]。Corona Vac 迄今已在巴西、土耳其、印度尼西亚、智利进行了 III 期临床试验，2021 年 1 月 10 日印度尼西亚当地临床试验得出 Corona Vac 疫苗的有效率为 65.3%。

2.2 腺病毒载体疫苗

腺病毒载体疫苗是以腺病毒为载体，将抗原基因载入到载体中制成的疫苗，此类疫苗广泛应用于传染性疾病以及癌症的治疗中。中国首个进入临床试验的 Ad5-nCoV 新冠疫苗，由军事医学研究院陈薇院士团队和康希诺生物公司联合开发，于 2020 年 3 月 16 日正式开展 I 期临床试验，为了加快对这一候选疫苗的临床评估过程，研究团队根据 Ⅰ 期接种后第 7 天和 14 天的数据，于 2020 年 4 月 12 日正式启动 II 期临床试验，主要目的是进一步确认疫苗在人群中广泛接种后的免疫效力和安全性，同时确定免疫程序和免疫剂量[17-18]。I/II 期临床试验结果显示，受试者未出现严重不良反应，疫苗的安全性和有效性均良好，Ad5-nCoV 疫苗在俄罗斯的 Ⅲ 期临床试验结果显示，92.5% 的受试者接种该疫苗后产生了高水平的中和抗体，预计研究全部完成日期大概在 2021 年 7 月 31 日。

AZD1222 由英国牛津大学与阿斯利康合作研究，I/II 期临床试验在 2020 年 4 月 23 日～5 月 21 日期间开展，结果显示受试者在注射疫苗 14 天后，体内特异性 T 细胞达到峰值，在第28 天，抗刺突蛋白的 IgG 抗体水平上升，并且在二次补种疫苗后进一步升高。此外，在单次疫苗注射后，91% 的受试者体内都产生了针对新冠病毒的中和抗体反应，在补种第二针后，所有受试者都产生了中和抗体反应，从目前的实验结果可看出，AZD1222 新冠疫苗能够在两个方向同时引起免疫反应，其抗体和杀伤性 T 细胞的保护效果至少能维持 2 个月[19-20]。III 期临床试验扩展到美国，以评估其安全性、免疫原性和效能。2020 年 9 月 8 日，由于一名受试者出现罕见的与脊髓炎有关的神经系统症状导致疫苗 Ⅲ 期临床试验暂停，经过独立审查后认为疾病与疫苗的相关度不高，因此，Ⅲ 期临床试验已于 2020 年 9 月 12 日重新恢复。2020 年 11 月 23 日，在英国和巴西进行 AZD1222 新冠疫苗的 Ⅲ 期临床试验的中期分析结果显示，疫苗可有效预防COVID-19，在接种疫苗的所有受试者中，没有出现住院或重症病例情况。中期分析中共有 131 例 COVID-19 病例，当 AZD1222 以一半剂量给药，然后间隔至少一个月再给予一次全剂量，疫苗疗效达到 90%；而当以两次全剂量给药，期间至少间隔一个月时，疗效为 62%，综合分析得出疫苗平均疗效为 70%[21]。

强生公司（Janssen Pharmaceutical）研发的 Ad26 COV2 S 疫苗，运用了人体腺病毒血清 26即 HAdV-D26，是一种重组、复制抑制型腺病毒血清型 26 载体疫苗，编码全长稳定的 SARSCoV-2 刺突蛋白，在动物实验中显现出较强的保护性[22]。I、II 期临床试验随机分配 18～55 岁的健康成人和 65 岁及以上的健康老年人进行接种，分别接种低剂量疫苗、高剂量疫苗或安慰剂，结果显示，最常见的全身不良反应是发烧，其中接种低剂量疫苗的人群不良事件发生率低于接种高剂量疫苗的人群；在 18～55 岁的健康成人组中，51%～60% 参与者同时产生了针对刺突蛋白的 CD8+T 细胞反应，这有利于清除被病毒感染的细胞，而在 65 及以上的健康老年人组中产生CD8+T 细胞反应的比例相对较低；两组接种人群在第一次接种疫苗后的第 29 天，90% 以上都产生了针对病毒的中和抗体，并且抗体滴度的水平随着时间进一步增加，目前疫苗正在开展 Ⅲ 期临床试验[23]。

俄罗斯 Gamaleya 国家研究中心研发的基于人类腺病毒载体的 SARS-CoV-2 S 蛋白候选疫苗全名为 Gam-COVID-Vac，又称 Sputnik V，使用了两种载体的疫苗接种方法，分别为重组HAdVD26 和 HAdV-C5。疫苗的 I/II 期临床试验为随机、对照、双盲模式，I/II 期临床试验结果显示，无论是接种一次还是两次疫苗，接种者在 21 天后，均产生了 SARS-CoV-2 RBD 特异性结合抗体以及强烈的体液免疫和细胞免疫，且未出现严重不良事件，这表明疫苗具有良好的安全性[25]。Sputnik V 于 2020 年 8 月 11 日获得俄罗斯政府的批准，并成为第一个注册的 SARSCoV-2 疫苗，同时在俄罗斯进行 Ⅲ 期临床阶段[24]。

2.3 mRNA 疫苗

mRNA 疫苗属于核酸疫苗，是将在体外合成能表达病毒蛋白的特定 mRNA 序列导入人体，在人体内转录翻译成抗原蛋白后激发人体免疫反应的一种疫苗。由于是在体外转录合成，不含微生物分子，因此 mRNA 疫苗在安全性、有效性、抗病毒免疫方面均优于其他几种疫苗[26]。

美国研发并进入 Ⅲ 期临床试验的 mRNA 疫苗主要有两种；第一种是由美国生物技术企业莫德那（Moderna）公司与美国国家过敏症和传染病研究所合作研发的 mRNA-1273，它是全球第一个 SARS-CoV-2 疫苗，此疫苗对抗原结构进行设计，并使用有效的脂质—纳米颗粒递送系统和修饰核苷酸，避免了早期细胞内干扰素的干扰[27]。Ⅰ 期临床试验对不同的受试者在不同的时间间隔进行给药，通过血液样本来实时监测人体对 mRNA-1273 疫苗的免疫反应，结果显示，mRNA-1273 疫苗在所有受试者中均诱导了抗 SARS-CoV-2 的免疫反应，且未出现严重不良反，2020 年7 月 23 日在美国启动 Ⅲ 期临床试验，以评估 mRNA-1273 疫苗的安全性和有效性以及接种两剂疫苗后能否预防新冠病毒的感染[28]。2020 年 11 月 16 日，莫德那（Moderna）宣布 III 期临床早期结果，mRNA-1273 疫苗抗 SARS-COV-2 的有效率为 94.5%，2020 年 12 月 18 日，FDA授权 18 岁及以上的人可紧急接种 mRNA-1273 以预防新冠病毒的感染。

第二种是由美国辉瑞公司和德国生物科技公司 BioNtech 联合开发的 BNT162b1，此疫苗的使用剂量低于 mRNA-1273，但血清中和抗体滴度却较高，而且副作用也较小，于 2020 年 4 月22 日获得德国相关部门批准开始临床试验[29]。BNT162b1 疫苗的临床试验在近 200 名 18～55 岁健康受试者中进行，确定最佳剂量后，进行疫苗的安全性和免疫原性评价实验。7 月启动了其中 BNT162b1 的 II/III 期临床试验，并于 2020 年 7 月 13 日公布了 I 期和部分 II 期的临床试验数据，数据显示 2020 年 5 月 4 日～2020 年 6 月 19 日期间，45 名参与者间隔 21 天随机接种 2 种不同剂量的疫苗，血清中 IgG 浓度在第二次接种后增加，中和抗体滴度达到 COVID-19 康复患者体内的 1.9～4.6 倍，经过多次不同剂量和不同间隔时间接种后均没有出现任何严重的不良反应，表明 mRNA 疫苗 BNT162b1 具有抗新冠病毒的免疫效力[30]。

2.4 重组蛋白疫苗

重组蛋白疫苗是通过基因工程的方式将病毒的某些基因功能在工程细胞内进行表达，然后在体外纯化抗原蛋白再制备成疫苗。中国由中科院微生物所高福团队和严景华团队研发的重组蛋白疫苗“ZF2001”，相较于腺病毒载体疫苗和灭活疫苗来说是使用一种新技术路线研发的新冠病毒疫苗。该疫苗的抗原是基于结构设计的刺突蛋白受体结合域二聚体抗原，疫苗设计完成后首先在动物身上开展实验。临床前的恒河猴攻毒保护实验结果显示，疫苗免疫能诱导产生高水平的中和抗体，具有明显的保护作用[31]。2020 年 6 月 19 日，ZF2001 疫苗开展 Ⅰ 期临床试验，重点是测试疫苗在人体的耐受性和安全性，11 月 18 日，在湖南湘潭县启动 III 期临床试验，2021年 2 月 21 日在巴基斯坦获准进入 III 期临床试验。目前，智飞生物制品公司的新冠疫苗生产车间已经投入使用，预计年产量在 3 亿剂以上。

Novavax 公司研发的 NVX-CoV2373 疫苗是一种纳米颗粒重组蛋白疫苗，通过保护犬猕猴的上下气道从而抵抗 SARS-CoV-2，恒河猴病毒实验中也证明此疫苗不仅可以防止感染也可以预防病毒。2020 年 8 月 4 日公布 I 期临床试验数据，结果显示疫苗可在人体内激发稳定的抗体反应，且产生的抗体水平高于新冠肺炎康复患者[32]。另外，该疫苗还表现出良好的耐受性，Matrix-M 是一种由诺瓦瓦克斯持有专利的皂苷基佐剂，NVX-CoV2373 疫苗通过使用这一佐剂部分解决了疫苗诱导的疾病的理论问题，同时还可刺激高中和抗体反应，具有 Th1 表型的 T 细胞可增强人体内的免疫应答。Ⅱ 期临床试验评估美国和澳大利亚约 1500 名志愿者在接种疫苗后的免疫力、安全性、COVID-19 疾病的减少程度。2021 年 1 月 28 日，该公司宣布 NVX-CoV2373 在英国的 III 期临床试验结果，数据显示疫苗的疗效为 89.3%，且该疫苗对变异的病毒仍具有良好的效果。

2.5 DNA疫苗

INO-4800 新冠疫苗是由美国生物技术公司 Inovio 研发的 DNA 疫苗，含有质粒 pGX9501，是全长的刺突蛋白疫苗，也是最早进入人体研究的新冠疫苗之一，动物实验证明疫苗具有良好的免疫原性[33]。Ⅰ 期临床试验的 40 名 18 至 50 岁的健康成年受试者中，94% 在接种疫苗后体现出了免疫反应，II / III 期临床试验于2020 年 9 月在美国展开，试验的 II 期旨在评价 INO-4800 在 2 剂量方案（1.0 mg 或 2.0 mg）中的安全性、耐受性和免疫原性，实验的 III 期，Inovio 计划招募 18 岁及以上的健康男性和未怀孕女性，以便基于 II 期临床试验的数据，评价不同剂量给药的效果，III 期阶段将以病例为导向，最终招募人数由 III 期阶段期间新冠肺炎的发生率决定[34]。相比于 mRNA 疫苗，DNA 疫苗 INO-4800 由于具有双链结构因此更稳定，可以持续产生抗原，因此也具有较强的免疫效应，但也正因如此，其变异的几率也随之增大，同时，INO-4800 也是在室温下可保持有效性长达一年的核酸疫苗，不需要冷冻储存，这为疫苗的运输带来了便利[35]。INOVIO 于 2021 年 1 月 4 日宣布，已与 Advaccine 签订了 INO-4800 疫苗的合作和许可协议，后者将拥有在大中华地区（包括中国大陆，香港）开发，制造和商业化 INO-4800 疫苗的专有权。

3 总结与展望

2020 年已经过去，然而人类与新冠病毒的斗争依然在持续，自 2020 年进入冬季以来，多个国家出现疫情反弹的情况，英国爆发变异新冠病毒，美国单日新增确诊病例数超 40 万，基于目前疫情的严重性和顽固性，全球科学家都在争分夺秒的研发疫苗，但疫苗能否成功研制，能否彻底解决新冠病毒带来的一系列危害还是一个未知数。世界卫生组织 11 月 26 日发布的报告显示，目前处于“临床前研究”的新冠疫苗共有 164 个，处于“临床研究”的新冠疫苗共有 49 个，其中，全球已有 12 个候选疫苗进入了临床 III 期研究阶段，其中中国研发的疫苗有 5 个，此外，多款候选疫苗已提前量产。当前中国国药集团研发的灭活疫苗已经于 2020 年 12 月 15 日投入使用，得到了许多国家卫生部和专业人士的认可，多个国家也从中国引进疫苗，如 1 月 28 日，摩洛哥使用中国研发的新冠疫苗进行接种，同一时间，中国科兴公司研发的新冠疫苗运输抵达智利首都圣地亚哥，为抗击疫情贡献了力量。美国辉瑞疫苗于 12 月初在英国进行大规模使用，英国由此成为了西方第一个批准新冠疫苗上市的国家，但疫苗需在 -70℃ 储存，因此，在冷链运输的环节稍有差池,则会导致整批疫苗的失效，无形中增加了成本。俄罗斯当地时间 12 月 2 日，俄罗斯总统普京表示，将于下周开始秉持民众自愿原则，免费接种重组蛋白疫苗Sputnik V，俄罗斯的疫苗生产行业和医疗网络已经为大规模疫苗接种做好了准备。

然而，接种疫苗并不代表绝对安全，因为接种疫苗后机体产生抗体需要一个过程，因此接种后仍不可放松对自己的防护。世界上所有传染病的彻底控制基本取决于两方面，第一个是疫苗能否成功研发，第二个是公共卫生政策；因为疫苗上市后，如何进行分布、民众对于疫苗的接受程度、疫苗的供货能力、民众愿不愿意支付、能不能支付等，都需要依靠非常强大的公共卫生策略来弥补。希望对抗新冠病毒的疫苗能早日大规模的进行使用，人类可以早日完全战胜病毒！