新型冠状病毒肺炎疫苗的研究进展

姜 辉 罗俊华 李 娟

新型冠状病毒肺炎（corona virus disease 2019，COVID-19）是严重急性呼吸综合征冠状病毒2（Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）导致的传染病，目前仍在全世界广泛传播。控制COVID-19的全球大流行，高效和安全的疫苗是关键。WHO对COVID-19疫苗的要求是有效率至少50%，老年人能用，保护力最少持续6个月[1]。从2020年初开始，在全世界范围里掀起一场关于COVID-19疫苗研发的全球竞赛，已经完成Ⅲ期临床试验的有10种，被WHO批准紧急使用的有7种。本文就COVID-19疫苗的研发进展进行综述。

1 SARS-CoV-2 的蛋白质构成与疫苗研发

SARS-CoV-2是一种新型β属冠状病毒，属于RNA正链病毒，含有4种结构蛋白和16种非结构蛋白，其中4种结构蛋白分别是刺突蛋白（S蛋白）、核膜蛋白（N蛋白）、膜蛋白（M蛋白）和表面蛋白（E蛋白）。N蛋白负责mRNA转录与复制以及病毒出芽，M蛋白负责病毒包膜形成，E蛋白是主要的毒性因子，并在炎症介质的分泌中发挥作用[2]；而S蛋白由S1和S2两个亚单位组成，S1亚单位包含一个受体结合区（receptor-binding domain，RBD），负责与哺乳动物细胞表面的血管紧张素转化酶2（angiotensinconverting enzyme 2，ACE2）结合，S2亚单位负责将病毒与宿主细胞膜融合，使病毒的遗传物质进入细胞内。COVID-19康复者血清存在抗S蛋白、抗RBD和抗N蛋白等多种抗体，但其中具有抗病毒能力的主要是抗S蛋白、抗RBD抗体。这些抗体通过封闭S1亚单位的RBD，阻止它与ACE2结合，并阻止S2亚单位介导的病毒与宿主细胞膜融合[3～6]。抗N蛋白抗体对SARS-CoV-2感染没有保护力，M蛋白和E蛋白免疫性低，所以，大多数疫苗作用靶点主要是针对S蛋白、S1亚单位RBD[7]。根据技术路线的不同，COVID-19疫苗分为灭活疫苗、重组S蛋白疫苗、病毒载体疫苗、RNA疫苗、减毒活疫苗和病毒样颗粒疫苗等[8，9]。

2 WHO批准紧急使用的COVID-19 疫苗概况

当前，WHO共批准7种3类COVID-19疫苗紧急使用，分别是两种mRNA的疫苗（辉瑞/BioNTech公司和美国Moderna公司疫苗），两种腺病毒载体疫苗（美国强生疫苗和阿斯利康/牛津疫苗）和两种灭活疫苗（中国国药北京生物和科兴疫苗）。

2.1 mRNA疫苗 首先在体外合成一段含有目标基因的mRNA片段，然后注射入人体，被细胞摄取后，转录生产出目标蛋白，免疫细胞识别该蛋白并被激活，产生针对性抗体。mRNA疫苗的优势主要有：①只编码病毒的一部分基因，因此没有感染病毒的风险，又因为人体内存在mRNA降解途径，插入人核苷酸链的风险很低；②稳定、高效，不需要添加免疫佐剂，就可以产生很高滴度的中和抗体；③生产成本低，可以快速工业化生产；④如果SARS-CoV-2出现较大突变，导致抗原漂移，该研发平台可以快速设计出新的针对新病毒株的疫苗[4，10，11]。辉瑞/BioNTech公司的疫苗编码S蛋白，Moderna公司的疫苗编码S2亚单位。这两种mRNA疫苗均采用两次肌肉注射的方式接种，辉瑞/BioNTech公司疫苗的保护率达95%[12]，Moderna公司的疫苗保护率达94.1 %[13]。

2.2 SARS-CoV-2灭活疫苗 采用的是一种非常成熟的疫苗制备技术，需要佐剂，关键是要选择一株生长旺盛的种子病毒。灭活疫苗有稳定的结构依赖抗原决定簇，并且含有多种病毒蛋白可供免疫识别，也容易被大量生产[5]。我国北京生物和科兴公司疫苗，原始病毒株都来自湖北金银潭住院病人，采用两次肌肉注射的方式接种，在巴西和土耳其进行临床试验，巴西疫苗保护率为50.65 %，土耳其为91.25 %[14]。

2.3 腺病毒载体疫苗 通过改造不同的腺病毒载体基因，使之携带上目标基因的方式制备疫苗。这类疫苗也不需要佐剂，被注射入人体后，通过产生一次人为感染方式获得免疫，产生的抗体包含针对腺病毒载体和SARS-CoV-2的两类抗体。人体中如果已经存在有腺病毒载体抗体，则疫苗注射入人体后，就会被该抗体所中和，提供给免疫系统的SARS-CoV-2抗原就少，产生SARS-CoV-2的抗体滴度就不高[15]。牛津-阿斯利康疫苗和强生公司疫苗均编码S蛋白基因，接种时需要肌肉注射两次，这两种腺病毒载体在人体中的抗体水平都不高[16，17]。牛津-阿斯利康疫苗保护率为70.4 %[1]，强生公司疫苗保护率在美国达72%、在拉丁美洲是66%、在南非是57%[17]。

3 当前在研的其它疫苗情况

目前，已经开展Ⅲ期临床试验并发表中期研究报告的疫苗主要有四种，即两种腺病毒载体疫苗（我国5型重组腺病毒（Ad5）载体疫苗和俄罗斯卫星-Ⅴ疫苗），一种灭活疫苗（中国国药武汉生物疫苗），以及重组S蛋白疫苗（美国Novavax公司的NVXCoV2373）。我国Ad5疫苗保护率为74.8 %，俄罗斯卫星-Ⅴ疫苗的保护率为91.6 %[1]，美国Novavax公司疫苗的有效率为86%[18]，国药武汉生物疫苗保护率为72.51 %[14]。这些疫苗目前正在申请WHO的紧急使用授权。从理论上讲，只有腺病毒载体疫苗可以开发出呼吸道粘膜接种途径[6]，因为，腺病毒感染人体的途径就是从上呼吸道开始的。目前，我国陈薇院士团队正在进行此项工作，但这条途径存在着许多未知数：首先，COVID-19感染者的临床研究显示，病人首次感染后IgA的半衰期与IgM类似，时间很短，再次接触SARS-CoV-2后，IgA是否产生以及产生的规律如何、保护力有多高尚不清楚[19]；其次，从呼吸道粘膜途径接种疫苗，产生的IgG抗体滴度水平有多高、是否可以达到肌肉注射产生的水平、产生反应的T淋巴细胞亚型是什么、强度如何，这些问题都不清楚。这也是从呼吸道途径接种疫苗处于探索阶段的原因。

4 COVID-19 疫苗接种的不良反应

疫苗的不良反应包括局部反应和全身反应：局部反应主要是注射部位疼痛，多为轻、中度疼痛；全身反应主要是疲劳、头痛和发热，大多数在1～2 d后缓解[20]。不良反应的发生率大体上是：腺病毒载体疫苗＞mRNA疫苗＞重组蛋白疫苗＞灭活疫苗[21]。对疫苗的过敏反应很少见，引起过敏的一般不是疫苗本身，而是辅剂[22]。

5 COVID-19 疫苗在特殊人群的研究

当前多数疫苗没有专门针对60岁以上老年人的接种研究，只是在某些疫苗试验中包含有老年人。WHO批准的紧急使用的疫苗接种人群也是18～60岁的健康成年人，因此当前给老年人接种疫苗不在WHO的授权范围内。但国内外的COVID-19临床研究显示，COVID-19感染好发于老年人，老年人发展成重症的比例高[22]，所以，在西方国家优先接种的人群包括老年人。研究显示，老年人在接种疫苗后产生的中和抗体滴度较年轻人低，但不良反应发生率也低，这可能与老年人免疫功能衰退有关[12]。

专门针对肿瘤等免疫功能低下病人的COVID-19疫苗接种研究很少。研究显示，一组正在接受单克隆抗体治疗的多发性骨髓瘤和骨髓增生性恶性肿瘤病人，接种辉瑞mRNA疫苗后，和正常老年人相比，这些病人的抗体滴度水平更低[23]。美国Novavax公司的重组蛋白疫苗，对人类免疫缺陷病毒（Human Immunodefiency viurs，HIV）阴性者的保护率为60.1 %，而HIV阳性者的保护率下降至49.4 %[18]。这提示在免疫功能低下的病人，COVID-19疫苗的保护性不足，这些病人可能需要多次注射疫苗并监测抗体水平。

6 病毒变异对疫苗保护率的影响

由于SARS-CoV-2在全球的广泛传播，病毒突变逃避人体免疫反应的可能性大大增加。但到目前为止，SARS-CoV-2的突变情况还没有到导致疫苗失效的程度[24，25]，即使是当前流行较广的德尔塔病毒株，目前的疫苗仍有保护力，但保护率已经开始有所下降[26～28]。当前疫苗（特别是灭活疫苗），在接种后产生的中和抗体中含有多种抗体成份，可以识别多个抗原，一个抗原突变，针对它的抗体失效了，针对病毒的其它抗体还能发挥作用。另外，疫苗接种后产生的细胞免疫反应也能对个体提供保护[26]。但是，仍需继续加强对SARS-CoV-2的突变的监测，如果发生较大的突变，引起抗原漂移，只要及时调整疫苗的设计，现代工业化的疫苗生产就会及时制造出有针对性的疫苗。

7 疫苗免疫保护的持久性

因为SARS-CoV-2是一个全新的病毒，爆发时间短，对它的免疫持久性了解不多。临床研究观察到，SARS-CoV-2感染后1～2周，体内出现针对性抗体，然后进行性升高，达到峰值后持续数周，然后滴度水平下降。最新研究显示：COVID-19康复者体内的中和抗体反应至少可以持续7个月[6]。即使抗体水平下降了，但产生的细胞免疫还在。细胞免疫在控制COVID-19再发中同样起着关键作用[7，26]。动物实验和人体研究都观察到，接种疫苗或者感染SARS-CoV-2后的人或者动物，如果再感染SARSCoV-2，不仅临床症状轻，而且很少发展成重症[19，29]。这提示SARS-CoV-2感染后或者疫苗接种后产生的免疫记忆可能在防止再感染方面起重要作用，抗体水平本身可能不是疫苗成功的关键，建立起一个可以对SARS-CoV-2的特异性免疫反应更重要。这也是为什么要大力推广疫苗接种的原因，只有在人群中建立起一定水平的免疫力，才能控制COVID-19的全球大流行，并使之成为类似普通感冒一样的疾病。