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如何开发可打败COVID、SARS、MERS和普通感冒的通用疫苗!

2020-07-24 07:55:25生物谷
核心提示:导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒属于可引发从普通感冒到中东呼吸综合征(导致大约三分之一感染者死亡)等各种疾病的beta冠状病毒家族。尽管这些病毒会引起各种各样的症状,但它们都有相似之处。如果它们足够相似,一种疫苗能防止它们全部感染吗?科学家们一直在考虑这个问题。

  导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒属于可引发从普通感冒到中东呼吸综合征(导致大约三分之一感染者死亡)等各种疾病的beta冠状病毒家族。尽管这些病毒会引起各种各样的症状,但它们都有相似之处。如果它们足够相似,一种疫苗能防止它们全部感染吗?科学家们一直在考虑这个问题。

  然而,在探索这个问题之前,我们首先需要了解beta冠状病毒家族令人着迷的解剖结构上来。

  beta冠状病毒是一个被刺突蛋白包裹的微小的球,遗传物质在中心。病毒必须感染细胞才能复制,而要做到这一点,它必须首先附着在细胞上。

  beta冠状病毒通过固定在细胞上称为受体的特定靶点上,利用它们的刺突蛋白附着在细胞上。来自美国和法国等国家的科学家检查了这些刺突蛋白,发现它们由两部分组成,或称为"域",可以称为S1和S2域。

  这些刺突结构域帮助病毒以各种方式附着在宿主细胞上。例如,导致COVID-19和SARS的病毒都使用S1结构域中称为受体结合结构域(RBD)的部分来粘附宿主细胞受体(ACE2)。但是导致感冒的病毒却没有。

  通过比较导致人类疾病的所有beta冠状病毒的刺突蛋白特征,研究人员发现了它们之间的异同。虽然S1结构域在病毒家族成员之间变化很大,但S2结构域非常相似。

  病毒结构的相似性很重要,因为它们可以帮助我们的免疫系统被诱骗做出反应,并与几种密切相关的病毒对抗。这是因为相似的结构域具有相似的特征,可以被我们的抗体检测到。

  抗体是由一种叫做B细胞的特殊白细胞产生的。它们在感染方面有几种功能,比如帮助其他白细胞检测和杀死病毒或病毒感染细胞。抗体还可以通过阻断细胞受体阻止病毒进入细胞,例如COVID-19中的ACE2。

  然而,尽管抗体很强大,但它的产生需要时间--开始产生保护性抗体需要7到10天。一旦B细胞知道要制造什么抗体,它们就会记住,如果再次遇到同样的感染,它们几乎可以立即做出反应,产生比以前更多的抗体。这个特性被称为记忆反应。

  疫苗的工作原理是通过提供病毒的特性来创造免疫记忆,从而在不需要全面感染的情况下触发自然抗体的产生。相关beta冠状病毒之间的结构相似性可以用来制造疫苗,从而产生识别几种病毒家族成员的抗体吗?

  交叉反应

  要解开这个谜题,有必要研究抗体是否能识别一种以上的病毒,这种现象称为交叉反应。类似的测试表明,导致SARS的刺突蛋白S1结构域RBD部分的抗体与导致COVID-19的病毒可以发生交叉反应。

  在一项尚未被同行评议的研究中,研究人员还发现,对刺突蛋白S2结构域部分的抗体与其他beta冠状病毒有交叉反应(尽管很弱)。然而,抗体结合并不足以说明一个靶点是否适合进一步开发成疫苗或药物。

  这些可能产生交叉反应的抗体的发现令人兴奋,因为它们可能为对付COVID-19的新药和疫苗打开大门。一个副产品可能提供一些潜在的保护,以对抗未来的冠状病毒,我们还没有遇到。

  疾病增强

  然而,需要谨慎对待。尽管抗体是对抗感染的强大盟友,但它们也会对我们的健康构成严重威胁。抗体依赖增强(ADE)是一种有害现象,这种情况下与病毒结合的抗体实际上帮助病毒进入并感染细胞,包括正常情况下它不能感染的细胞,如某些类型的白细胞。

  一旦病毒进入白细胞,它就会劫持细胞,并有效地将其变成特洛伊木马。这些特洛伊木马使病毒能够在细胞内隐藏和茁壮成长,并在全身传播--实际上是放大和加速疾病的进程。

  目前尚不清楚COVID-19中是否发生ADE,但已在登革热中观察到ADE。关于ADE,我们仍有许多不了解之处,但当一种特定病毒的几种变体在人群中传播时,这种可能性似乎最高。

  因此,一个巨大的问题是,利用感冒病毒和COVID-19之间相似性的疫苗是否会导致更大的ADE风险?大多数COVID疫苗试验集中在刺突蛋白的RBD区域,该区域不会引发广泛的交叉反应抗体,因此不太可能造成ADE的风险。

  抗体可能导致的另一种风险是所谓的疫苗相关增强呼吸系统疾病(ERD)。当高水平的抗体与病毒结合,导致病毒和抗体结块时,就会发生ERD。这些结块会导致肺部小气道阻塞,可能造成灾难性的后果。这种风险虽然罕见且不太可能发生,但强调有必要谨慎,以确保任何疫苗和新药在广泛使用之前都经过适当的安全性测试。

  总的来说,考虑到交叉反应抗体的功能以及潜在的风险,在不久的将来,COVID-19疫苗似乎不太可能同时保护我们免受SARS、中东呼吸综合征和某些类型的普通感冒的感染。不过,可以肯定的是,我们对这些病毒如何进化、它们的相似性和差异性以及我们免疫反应的方式了解得越多,我们就越有可能赢得抗击COVID-19的战争。(生物谷Bioon.com)

  参考资料:

  Luca T. Giurgea et al. Universal coronavirus vaccines: the time to start is now, npj Vaccines (2020). DOI: 10.1038/s41541-020-0198-1

  One vaccine could beat COVID, Sars, Mers, and common cold

  Structure, Function, and Antigenicity of the SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein

  Brief History and Characterization of Enhanced Respiratory Syncytial Virus Disease

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