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深度解读!新型冠状病毒疫苗研究的现状及进展!

2020-07-31 07:38:50生物谷
核心提示:不断刷新历史纪录的全球新冠疫情预示着人类或许已经无法期待疫情的自然消退,全球新冠疫情的持续恶化也意味着西方某些国家提出的“群体免疫“构想彻底破产,而疫苗的开发有望成为终结新冠肺炎疫情的终极武器已经成为全球各国的共识。

  据世卫组织最新实时统计数据,截至北京时间7月24日17时06分,全球新冠肺炎确诊病例累计增至15257287例,累计死亡628240例。不断刷新历史纪录的全球新冠疫情预示着人类或许已经无法期待疫情的自然消退,全球新冠疫情的持续恶化也意味着西方某些国家提出的“群体免疫“构想彻底破产,而疫苗的开发有望成为终结新冠肺炎疫情的终极武器已经成为全球各国的共识。

  目前,SARS-CoV-2已经给人类健康、社会经济发展及全球医疗和公共卫生系统带来了严重的威胁,而目前的临床治疗主要是对症支持治疗。SARS-CoV-2会通过糖蛋白识别进入机体,当疫苗作用机体时,可诱导机体产生靶向糖蛋白的中和抗体,阻断病毒进入宿主细胞。因此,研发安全有效并能够快速开展人群接种的特异性疫苗至关重要。此前,基于SARS-CoV和MERS-CoV已经设计了多种疫苗,其中进入临床试验的疫苗包括灭活病毒疫苗、DNA 疫苗和载体疫苗等,尽管这些疫苗并未上市,但依然能为开发设计SARS-CoV-2疫苗提供一定的经验。

  自COVID-19疫情发生后,中国的科学家们分别从灭活病毒疫苗、减毒活疫苗、重组蛋白疫苗、核酸疫苗、腺病毒载体疫苗五大技术方向推进SARS-CoV-2疫苗设计和研发。对于五大疫苗的研发,国内的研究人员已经相继开展临床前研究并启动了相应的临床试验。2020年6月20日,由中国医学科学院医学生物学研究所自主研制的新冠病毒灭活疫苗于云南省红河州进入II期临床试验;6月23日,国药集团中国生物武汉生物制品研究所有限责任公司正式宣布其研发的新冠病毒灭活疫苗即将在阿联酋开始国际临床III期试验;北京科兴中维生物技术有限公司研制的新冠病毒灭活疫苗已于7月在巴西开展III期临床试验。英国牛津大学与阿斯利康制药公司合作研发的AZD1222疫苗已进入 III期临床试验,美国生物制药公司Moderna开发的一款名为mRNA1273的疫苗也即将进入III期临床试验[1]。

  1、灭活疫苗

  灭活病毒疫苗的研制过程中要保证病毒去感染性而又不丧失其免疫原性,此项技术易于实现且体液免疫应答效果较好,因此灭活病毒疫苗目前成为了新发传染病的首选疫苗形式。目前来自中国的4种SARS-CoV-2灭活疫苗获批进入临床试验,研发单位分别为中生集团武汉生物制品研究所(武汉生物)、北京科兴中维生物技术公司(北京科兴)、中生集团北京生物制品研究所(北京生物)、中国医学科学院医学生物学研究所(医学生物学研究所)。另有6种灭活疫苗正处于临床前研究阶段,研发单位分别为北京科兴/Dynavax、Valneva/Dynavax、医学生物学研究所、日本大阪大学、哈萨克斯坦生物安全问题研究所、北京民海生物科技有限公司[2]。

  中国在灭活病毒疫苗的研究方面有较为丰富的经验,2020年4月14日国家药品监督管理局通过两种灭活SARS-CoV-2疫苗I和II期联合临床试验的申请,且同步启动相关临床试验,这两类灭活新冠病毒疫苗分别是由国药集团中国生物武汉生物制品研究所有限责任公司、北京科兴中维生物技术有限公司等机构研制的,而且这两种灭活疫苗是中国第一批获得临床研究的SARS-CoV-2灭活疫苗,目前武汉生物制品研究所研制的新冠病毒灭活疫苗I/II期临床试验揭盲结果显示,受试者全部产生抗体;6月23日,国药集团中国生物新冠灭活疫苗国际临床(III期)阿拉伯联合酋长国启动仪式在中国北京、武汉、阿联酋阿布扎比三地进行,这也标志着全球首个新冠灭活疫苗国际临床试验(III期)正式启动。

  2020年5月6日,中国医学科学院医学实验动物研究所秦川团队等人研究开发了一种纯化的灭活新冠病毒候选疫苗[3],该疫苗可以在小鼠、大鼠和恒河猴体内诱导出特异性的SARS-CoV-2中和抗体,这些抗体能有效中和10个有代表性的SARS-CoV-2毒株,表明产生的抗体可能对SARS-CoV-2具有广谱作用。恒河猴攻毒的进一步试验表明,当接种3μg剂量时,它能起到部分保护作用;当接种6μg时,它能够起到完全的保护作用,且不产生任何抗体依赖的增强作用。通过对恒河猴的临床体征、血液学以及组织病理学分析,表明此灭活疫苗是安全可靠的。

  2、减毒活疫苗

  减毒活疫苗是一类将病原体经过人工处理后,使病毒失去致病性,但保留了原有的增殖能力和免疫原性,其在体内的免疫时间长,且能诱导全身性免疫和黏膜免疫应答。目前已有多个减毒活疫苗成功上市,比如针对黄热病、天花、麻疹、腮腺炎、风疹、水痘等减毒活疫苗,而当前国内对于SARS-CoV-2减毒活疫苗的研究进展相对缓慢。

  3、重组蛋白疫苗

  重组蛋白疫苗被认为是最安全的疫苗,其是将病毒的目标抗原基因整合到表达载体中,然后将表达载体转化到细菌、酵母、哺乳动物或昆虫细胞中,经诱导表达出大量的抗原蛋白,再通过纯化而得到的疫苗。目前中国科学院微生物研究所已经完成疫苗设计,并在动物体内进行了相应测试,动物体内测试完成后,还需要检测免疫效果并进行安全性评价;研究者认为,将重组蛋白疫苗设计为多聚体或病毒样颗粒结构,同时选择合适的疫苗佐剂,或许就能弥补其免疫原性弱的缺点;有研究表明,诸如MF59、AS03、AF03等角鲨烯成分的佐剂,能够有效诱导重组蛋白疫苗的体液免疫和细胞免疫,且能诱导更广泛的交叉反应,因此其可能更适合于SARS-CoV-2重组蛋白疫苗的开发[4-5]。

  4、核酸疫苗

  核酸疫苗也被称为基因疫苗,包括DNA疫苗和mRNA疫苗,其原理是将某种抗原的DNA或者mRNA基因经肌肉注射或微弹轰击等方法导入宿主体内,在宿主体内表达抗原蛋白,从而诱导宿主细胞产生对该抗原蛋白的免疫效应,以达到预防和治疗疾病的目的;核酸疫苗的开发操作简便、生产成本低,开发与生产周期短,可以快速响应疫情需要进入评价阶段。

  4.1 DNA 疫苗

  DNA疫苗是将目的抗原的外源基因导入动物体细胞内,使外源基因在其活体内表达,产生的抗原诱导机体产生特异性的体液免疫和细胞免疫反应,2020年5月,刊登在Nature Communications杂志上的一篇研究报告中[6],INOVIO 公司的研究人员公布了其SARS-CoV-2的DNA疫苗IN0-4800的临床前研究数据,数据显示了该疫苗能对SARS-CoV-2产生强有力中和抗体和T细胞免疫应答,这是世界上第3款开始临床试验的新冠病毒候选疫苗,也是第1款进入I期人体临床试验的新冠病毒DNA疫苗。

  4.2 mRNA 疫苗

  mRNA疫苗是在体外合成含有编码特定抗原的mRNA序列,将其递送到机体内由细胞表达成抗原蛋白,诱导机体产生特异性免疫效应,进而达到免疫保护的作用。mRNA疫苗与DNA疫苗一样能够表达胞内抗原,但其解决了DNA疫苗免疫原性低、产生抗载体非特异免疫的问题,具有开发与生产时间短的优势。美国制药公司Moderna基于前期mRNA疫苗研发的基础与美国国立卫生研究院联合研究开发出了全球首个SARS-CoV-2 mRNA疫苗(mRNA-1273),并于2020年3月16日在美国凯撒医疗集团华盛顿卫生研究所正式开始人体临床试验;7月14日,Moderna公司在NEJM杂志披露了mRNA-1273一期临床中期分析结果[7],研究结果表明,所有志愿者体内均产生了高滴度抗体,其水平比大多数COVID-19康复患者体内所见的还要多,并且未发生严重的不良事件。Moderna在其官网上宣布,预计将于7月27日开始针对其研发的新冠病毒疫苗mRNA-1273开展III期临床试验,该试验将评估这款疫苗对18岁及以上成年人的有效性、安全性和免疫原性,预计招募3万名受试者。

  7月24日,一篇发表在Cell杂志上的研究报告中[8],来自中国军事医学科学院的秦成峰研究员等人通过研究开发出了一款新型的mRNA新冠疫苗,在小鼠和非人灵长类动物模型中,这种疫苗能够激发免疫反应,诱导产生中和抗体;值得一提的是,这款新型疫苗采用了先进的制剂技术,在室温下能够存放至少一周而依旧保持稳定。对于疫苗产品而言,有望大大减少运输时的冷链要求,这款mRNA新冠疫苗已于6月19日获批进入临床试验。近日,辉瑞公司和BioNTech也在medRxiv上公布了其mRNA新冠疫苗1期临床试验的进一步结果,文中指出,mRNA疫苗可同时诱导有效的抗体反应和T细胞应答。

  5、重组病毒载体疫苗

  重组病毒载体疫苗是以病毒作为载体,将抗原基因重组到病毒基因组中,使用能表达抗原基因的重组病毒制成的疫苗。基于埃博拉疫苗成功研发的基础上,来自军事科学院军事医学研究院生物工程研究所陈薇院士团队联合康希诺生物股份公司,利用腺病毒作为载体,迅速开展重组SARS-CoV-2疫苗的药学、药效学、药理毒理学等研究,快速完成了SARS-CoV-2疫苗的设计、重组毒种构建,以及进行疫苗安全性、有效性、广谱性评价和质量复核,于2020年3月16日开展I期临床试验。该疫苗是基于5型复制缺陷型腺病毒作为载体表达SARS-CoV-2 S蛋白的重组病毒载体疫苗。I期临床研究试验重点是通过观察疫苗使用的安全性,确定不同剂量疫苗的人体耐受性。2020年4月12日,该疫苗进入了II期临床试验,是全球唯一一款进入人体II期临床试验的SARS-CoV-2疫苗。与I期临床试验相比,II期临床试验放开了年龄上限,让部分60岁以上的高龄志愿者加入其中,II期临床研究试验设计目的是针对疫苗在人群中初步有效性与安全性的结果进一步分析确认,且确定该疫苗的免疫程序和免疫剂量。同时,阿斯利康和牛津大学合作开发的腺病毒载体候选疫苗AZD-1222也已于5月宣布启动II/III期临床试验,包括有10260名参与者,将于2021年8月结束。

  7月20日,The Lancet杂志分别介绍了中国和英国两款新冠疫苗的临床试验成果[9-10],腺病毒载体疫苗路线上的两个“明星”呈现出“双雄争霸”的态势。其中一款由中国工程院陈薇院士团队及康希诺生物公司共同研发,另一款由英国牛津大学和阿斯利康公司开发。从实验结果来看,两款疫苗均能实现对新冠病毒(SARS-CoV-2)的免疫反应,并且诱导了高效的T细胞免疫应答。在中国团队带来的这项非复制型5型腺病毒(Ad5)新冠病毒疫苗临床2期试验中,508位参与者分别接受了高剂量(1E11 病毒颗粒,n=253)、低剂量(5E10病毒颗粒,n=129)疫苗以及安慰剂(n=126)注射。高剂量组和低剂量组均能对活SARS-CoV-2诱导显著的中和抗体免疫应答,参与者中和抗体的中和活性的几何平均滴度(GMT)分别为19.5和18.3。高剂量组中,有148人(59%)发生了中和抗体对活SARS-CoV-2反应的血清转化,低剂量组中的数据为61人(47%)。而由英国研究人员进行的AZD1222腺病毒载体疫苗(ChAdOx1)1/2期临床实验中,共有1077名参与者分别接受了ChAdOx1 nCoV-19(n = 543)以及对照脑膜炎球菌结合疫苗MenACWY(n = 534)的接种。参与者的平均年龄为35岁(IQR 28-44岁),90%以上的参与者为白种人。研究结果表明,发现志愿者接种ChAdOx1-nCoV-19第7天出现细胞免疫反应,并且第14天特异性T应答达到峰值(ELISPOT 856/10e6 PBMC),直至第56天仍绕保持在较高的水平。

  当然了,在新冠疫苗的开发过程中,研究人员也面临着多种问题与挑战,比如疫苗单剂次免疫原性弱、病毒灭活不彻底、疾病风险以及安全量产问题等。COVID-19 是人类几十年来防控难度最大、传播速度最快、范围最广的全球性重大突发公共卫生事件;通过人群感染而获得群体免疫的方法可行性并不高,而安全有效的疫苗才是遏止病毒传播最有效的措施。病毒没有国界,疫情已在全球范围肆虐,疫苗的开发是一场与时间赛跑的研究,各国应加强科研合作,进一步探索SARS-CoV-2侵染组织的分子机制,加快SARS-CoV-2疫苗的研发。(生物谷Bioon.com)

  参考资料:

  【1】梁育玮,赖玲玲,王航. 新型冠状病毒致病机理及其疫苗的研发进展 [J]. 微生物学免疫学进展,2020-07-17 14:06:50

  【2】孟彤彤,孔庆福,王富珍,等. 新型冠状病毒灭活疫苗研究进展 [J]. 中国疫苗和免疫,2020-06-30 09:44:32

  【3】Qiang Gao,Linlin Bao,Haiyan Mao,et al. Development of an inactivated vaccine candidate for SARS-CoV-2,Science 03 Jul 2020:Vol. 369,Issue 6499,pp. 77-81doi:10.1126/science.abc1932

  【4】ZHANG N,CHANNappANAVAR R,MA C. Identification of an ideal adjuvant for  receptor-binding domain-based subunit vaccines against Middle East respiratory syndrome coronavirus[J]. 中国免疫学杂志:英文版,2016,013(002):180-190.

  【5】杨利敏,田德雨, 刘文军. 新型冠状病毒疫苗研究策略分析[J]. 生物工程学报, 2020, 36(4):593-604.

  【6】Smith,T.R.F.,Patel, A.,Ramos, S. et al. Immunogenicity of a DNA vaccine candidate for COVID-19. Nat Commun 11, 2601 (2020). doi:10.1038/s41467-020-16505-0

  【7】Lisa A. Jackson, M.D., M.P.H., Evan J. Anderson, M.D., Nadine G. Rouphael, M.D., et al. An mRNA Vaccine against SARS-CoV-2 — Preliminary Report,NEJM,July 14, 2020, doi:10.1056/NEJMoa2022483

  【8】Na-Na Zhang,Xiao-Feng Li,Yong-Qiang Deng,et al. A thermostable mRNA vaccine against COVID-19,Cell,23 July 2020,doi:10.1016/j.cell.2020.07.024

  【9】Pedro M Folegatti,Katie J Ewer,Parvinder K Aley,et al. Safety and immunogenicity of the ChAdOx1 nCoV-19 vaccine against SARS-CoV-2:a preliminary report of a phase 1/2, single-blind, randomised controlled trial,The Lancet,July 20,2020 doi:10.1016/S0140-6736(20)31604-4

  【10】Feng-Cai Zhu,Xu-Hua Guan,Yu-Hua Li,et al. Immunogenicity and safety of a recombinant adenovirus type-5-vectored COVID-19 vaccine in healthy adults aged 18 years or older:a randomised,double-blind, placebo-controlled,phase 2 trial,The Lancet,July 20, 2020,doi:10.1016/S0140-6736(20)31605-6

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