新型冠状病毒肺炎疫苗研究进展

郝妮萍，张立丰

（1.沈阳医学院2020级硕士研究生，辽宁 沈阳110034；2.公共卫生学院儿少卫生与妇幼保健学教研室）

冠状病毒2型（SARS-CoV-2）属于冠状病毒科β-冠状病毒属，是新型冠状病毒肺炎（COVID-19）的病原体［1］。SARS-CoV-2基因组长约29.8 kb，编码27个蛋白质，包括4种主要结构蛋白：包膜蛋白（E）、基质蛋白（M）、核衣壳蛋白（N）和刺突蛋白（S）［2］，该病毒通过其表面的S蛋白与细胞上的血管紧张素转换酶2受体结合来感染上皮细胞。由于抗击SARS-CoV-2的迫切需要，针对S蛋白的候选疫苗目前正在开发中，产生保护性免疫应答的COVID-19疫苗对于预防和减轻SARS-CoV-2感染引起的发病率和死亡率至关重要。

1 COVID-19疫苗研究现状

为应对COVID-19大流行，全球正在大力开发针对SARS-CoV-2的疫苗。接种疫苗可用于预防感染，降低疾病严重程度和阻断传播等，从而有助于控制SARS-COV-2疫情。目前，全球各国正在开发多种类型的COVID-19疫苗，包括核酸疫苗、减毒活疫苗（LAV）、灭活病毒疫苗、病毒载体疫苗、亚单位疫苗和重组蛋白疫苗［3］。

1.1 核酸疫苗 核酸疫苗是将mRNA或DNA的基因片段（主要用于表达病毒S蛋白）运送入免疫接种宿主细胞，使其表达免疫原性病毒蛋白，诱导免疫应答［4］。这种方法显示出很大的潜力，因为不需要培养或发酵，可以快速生产［5］。

1.1.1 DNA疫苗 DNA疫苗就是以DNA质粒为载体，向宿主细胞运送基因或其片段，编码免疫原性抗原。这种方法可以有效地诱导体液免疫和细胞免疫反应。DNA分子必须穿过核膜才能转录，而且它们的免疫原性一般较低。研究表明，接种编码不同形式SARS-CoV-2的S蛋白的不同候选DNA疫苗后，接种疫苗的恒河猴能够产生体液和细胞免疫反应，疫苗诱导的中和抗体滴度与保护效果有关［6］。Inovio公司已经开发出一种DNA疫苗（INO-4800），该疫苗主要通过运送含SARSCoV-2 S蛋白的DNA质粒来诱导T细胞活化［7］。INO-4800疫苗第一阶段安全性数据表明，该疫苗可能是一种安全的增强剂，但是与第一剂相比，第二剂后副作用频率没有增加，增强能力有限，所以计划进一步测试DNA疫苗（INO-4800）的安全性和有效性［8］。

1.1.2 RNA疫苗 RNA疫苗在设计和表达疫苗抗原方面提供了灵活性，可以模拟自然感染期间抗原的结构和表达。RNA是蛋白质合成所必需的，而且不整合到基因组中，是瞬时表达的，可以被人体的自然机制代谢和消除，因此，它被认为是安全的［9］。目前，由辉瑞（Pfizer）和德国生物技术公司（BioNtech）开发的候选疫苗BNT162b1，是一种脂质纳米颗粒配方的核苷酸修饰mRNA疫苗，可编码SARS-CoV-2 S蛋白的三聚受体结合域（RBD），其在Ⅰ/Ⅱ临床试验研究报告表明，该疫苗在大多数疫苗接种者中引起轻度到中度的局部和系统症状，与COVID-19康复组血清相比，第二剂疫苗接种后产生更高的中和效价［10］。2020年12月2日，英国批准了第一个（第三阶段试验后）RNA疫苗（BNT162b2），它由包裹在脂质纳米颗粒中的全长S蛋白的mRNA组成。2020年12月18日，美国批准了第二个由莫德纳公司研发的RNA候选疫苗mRNA-1273，该疫苗与BNT162b2相似，它也是由包裹在脂质纳米颗粒中的全长S蛋白的mRNA组成［11-13］。

1.2 LAV LAV是免疫原性最强的疫苗，不需要佐剂就能激发模拟自然感染的免疫应答。LAV含有减毒的活病毒，具有低毒力特性，不会在免疫系统正常的个体中引起疾病。它们繁殖缓慢，因此在单次免疫后很长一段时间内仍是持续的抗原源，进而无需加强剂量［14］。印度血清研究所已经与美国生物技术公司（Codagenix）合作，目前正在共同开发一种针对SARS-CoV-2的减毒活疫苗［15］。此外有研究表明，冷适应株减毒活疫苗（SARS-CoV-2/human/Korea/CN UHV03-CA22℃/2020）减毒作用在转基因小鼠（K18-Hace 2小鼠）中得到证实［16］。

1.3 灭活病毒疫苗 由武汉生物制品和国药研究所研发的灭活病毒疫苗的第二阶段试验结果显示，与较短的间隔时间（14 d组）相比，第1次和第2次注射之间的较长间隔（21 d和28 d）产生了更高的抗体应答，患者的不良反应发生率降低并表现出免疫原性［17］。根据国务院新闻发布会报道，2020年12月30日，北京生物制品研究所有限责任公司公布了灭活病毒疫苗Ⅲ期临床试验数据，结果显示：接种后安全性和有效性良好，2剂次后受种者均产生高滴度抗体，中和抗体阳转率为99.52%，针对COVID-19的保护效力为79.34%［18］。

1.4 病毒载体疫苗 病毒载体疫苗其中一个基本优势是选择的抗原在活跃的异源病毒感染的背景下表达，具有很强的免疫原性，可以有效地诱导B细胞和T细胞介导的免疫应答［19］。由康希诺生物公司和北京生物技术研究所（BIB）联合研制的携带重组SARS-CoV-2的5型腺病毒（Ad5）载体疫苗，该疫苗编码SARS-CoV-2的全长S蛋白，对SARS-COV-2感染有保护作用［20］。此外，由Janssen制药公司设计的SARS-CoV-2 S蛋白的单剂26型腺病毒（AD26）载体疫苗，第1和第2年临床试验结果表明，在非人类灵长类动物中，在针对SARS-CoV-2的单针疫苗具有强大的保护作用，现已进入Ⅲ期临床试验阶段［21］。

1.5 亚单位疫苗 亚单位疫苗由来自病毒的纯化免疫原性蛋白质或肽组成。大多数亚单位疫苗侧重于S蛋白。第1种蛋白质亚单位疫苗（NVXCoV2373）由Novavax公司开发，该疫苗是一种由Matrix-M1佐剂配制的三聚体全长重组S蛋白的“纳米颗粒”，在可接受的安全性下增强免疫反应。当加入Matrix-M1佐剂时，同一个体的第2次疫苗接种导致中和抗体和T辅助细胞反应增加，参与者抗体表达水平与住院COVID-19患者的水平相同［22］。2020年8月，中国第1个基于蛋白质的疫苗开始了第三阶段试验，包括对29 000名18岁及以上的志愿者进行测试。这种疫苗是由安徽志飞龙科生物制药有限公司和中国科学院微生物研究所联合开发［23］。与此同时，一种基于重组蛋白抗原的疫苗已经添加到政府支持的OWS产品组合中，来自人群临床试验的初步数据已经开始进入公共领域，第1批疫苗已在2020年12月中旬接种完毕［24］。

2 COVID-19疫苗安全性评估

潜在的候选疫苗需要在合适的动物上进行安全性、免疫原性和有效性评估。根据问题的不同，用于评估疫苗的模型不同，包括小鼠（人类ACE2受体转基因）、仓鼠、雪貂和非人灵长类动物［25］。为评估疫苗的安全性、有效性和免疫原性，科学家团队开展三阶段临床评估。第一阶段包括10名（30~50）的健康志愿者，评估安全性、免疫原性和剂量范围；第二阶段需要100名志愿者，评估安全性和免疫原性；第三阶段包括10 000名志愿者，评估有效性，第三阶段通常是安慰剂对照研究，在继续研究安全性的同时，将对疗效进行评估［26］。为了确保疫苗的安全性，全球合作伙伴需在一个强大的系统中进行合作，以便及时检测和阐明任何安全信号，实时全球数据交换至关重要，因为将免疫接种后不良事件（AEFIs）报告汇集到更大的数据库中将有助于更早地检测到安全信号［27］。如果一种疫苗的不良反应率只有1%，若全球人口接种疫苗，大约有7 800万人受到影响。如果疫苗在全球分发，其不良反应率应该保持在极低的水平。在不同的动物模型和临床试验中进行综合的安全性评价，合理设计抗原和佐剂，将有助于降低疫苗相关疾病强化（VADE）的发病率［28］。

3 COVID-19疫苗研发挑战

3.1 缺乏动物模型 到目前为止，我们面临的第一个挑战是缺乏恰当的动物模型。急性传染病最常见的模型是小动物，如小鼠。然而，SARS-CoV-2不会自然感染小鼠，因为小鼠的ACE2受体对SARS-CoV-2感染不敏感［29］。虽然研究人员已经建立了一些非人灵长类动物感染模型，如通过呼吸道感染SARS-CoV-2的恒河猴［30］，但是，该动物模型提供的感染信息仍然远远不够。

3.2 缺乏评估标准 第二个挑战即缺乏评估疫苗效力的统一标准。在正常的疫苗开发中评估疫苗保护作用的第三阶段临床试验通常需要至少一至几年的时间；然而，面对SARS-CoV-2全球大流行，科学家们迫切需要创建评估疫苗效力的标准。不同机构使用不同的检测方法、单位和统计方法，很难对结果进行真正的平行比较，即使使用相同的方法，不同病毒株结果有很大差异［31］。

3.3 致病机制复杂 第三个挑战即对SARS-CoV-2致病机制的研究还未完全阐明。研究表明，SARS-CoV-2变异株D614G虽然可以被旧株病毒感染恢复的患者抗血清中和［32］，但我们不能忽视病毒进化可能导致疫苗无效的可能性。

4 展望

2020年7月15日，世界卫生组织宣布150多个国家参与“COVID-19疫苗全球获取”倡议，旨在保证在全球快速、公平地获得疫苗［33］。数月后，全球将有数百万人（也可能数亿）接触到新疫苗。因此，管理和研发机构必须制定相应策略，最大程度地提高个体、群体的有效性和安全性，同时，公众在意识层面充分领悟疫苗的有效性，以及合理调配疫苗的接种需求［34］。

安全有效的疫苗将对阻断COVID-19大流行具有深远的公共卫生意义。完整的临床试验评估疫苗的安全性和有效性必不可少的。疫苗应涵盖包括儿童、老年人、孕妇和有潜在疾病的群体。全球研发团队快速应对和通力合作将为COVID-19防控提供更有效的对策［35］。