疫苗知识及新冠疫苗研发进展——一文就读懂
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2020年4月21日
新型冠状病毒 (SARS-CoV-2)自从于2019年12月初在湖北省武汉市被发现后，确诊人数不断上升，已经形成了世界范围内的大流行。SARS-CoV-2呈现出高传染性和快速传播特点并可导致一定比例患者出现重症新冠肺炎 (COVID-19)。我国已对 COVID-19 的检测、疫苗和治疗性药物的研发进行了重要部署，多个研究机构在抓紧进行相关研究开发。作为一种新发传染病，隔离是最有效的短期防控措施，但从长远来看，一种安全有效的疫苗对于控制疫情和防止再次暴发具有重要意义。
下面我来为大家介绍一下疫苗的相关知识，帮助大家更好地了解新型冠状病毒疫苗的开发进展。
新型冠状病毒 (SARS-CoV-2)
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一、什么是疫苗
疫苗(vaccine)是指接种机体后，能使机体对特定疾病产生免疫力的生物制品的统称。疫苗接种是预防传染病的最重要、最有效的手段，现在已有 20 余种疫苗用于人类疾病预防， 其中半数以上是病毒疫苗。由于疫苗的广泛使用，使曾经严重危害人类生命与健康的急性传染病如天花、脊髓灰质炎、麻疹、白喉等疾病的流行得到了有效控制，其中天花已经被消灭，世界卫生组织(WHO)于 1980 年 5 月正式宣布全球天花业已绝迹，所以疫苗接种是消灭或控制感染性疾病的重要措施。
疫苗接种(vaccination)是将疫苗制剂接种到人体，使机体产生针对该病原体的特异性抗体和细胞免疫应答，并使机体获得特异性免疫记忆能力的方法。当机体感染相应病原体时，产生的免疫应答相当于再次感染引起的免疫效应，可以有效地抵抗病原微生物的侵袭。
二、疫苗的种类
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现有的疫苗，可分成传统疫苗和新型疫苗两大类。传统疫苗包括减毒活疫苗、灭活疫苗和用天然微生物的某些成分制成的亚单位疫苗。新型疫苗主要是指利用基因工程技术生产的疫苗，包括基因工程亚单位疫苗、基因工程载体活疫苗、核酸疫苗等。
减毒活疫苗(attenuated live vaccine)
减毒活疫苗是将病原体经过减毒后，仍保留其抗原性的疫苗类型。常用的减毒活疫苗是由经人工诱变或从自然界筛选出的毒力高度降低或无毒的活的病原微生物制成的疫苗，接种活疫苗相当于一次隐性感染过程，但若遇到免疫功能低下或特殊体质的人接种时，可能会出现类似感染症状或超敏反应等不良现象，而且孕妇一般不宜接种活疫苗。减毒活疫苗还存在毒力回复的可能性，对免疫缺陷的个体接种活疫苗可引起感染或并发症，如口服脊髓灰质炎活疫苗引起的“脊灰疫苗相关性麻痹”，其临床表现与脊髓灰质炎极为相似，但发生率极低。
随着生物技术的发展，目前已广泛采用分子生物学技术，敲除与毒力或毒力相关基因片段，使病原微生物毒力降低或丧失，制备无回复突变或潜在风险的新型减毒活疫苗，称为基因缺失活疫苗(gene deleted live vaccine。
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灭活疫苗(inactivated vaccine)
灭活疫苗亦称死疫苗，是先对病毒或细菌进行培养，然后用高温处理或化学灭活剂将其灭活，制备出的疫苗。灭活疫苗相对于减毒活疫苗和基因工程疫苗，其制备工艺相对统一简单。在面对新发传染病时，灭活疫苗具有研发耗时短、无感染毒力、使用安全等优点。
其不足之处是需要培养大量病原体，成本较高；免疫效果较差，维持时间短；需多次接种，用量较大，注射局部和全身可出现一定反应。为减少接种次数、提高接种效率和降低成本，可将不同种类的死疫苗适当混合制成联合疫苗使用，一次接种即可预防多种传染病。目前应用的联合疫苗有鼠疫、霍乱、伤寒和甲、乙型副伤寒、多价钩端螺旋体疫苗、白百破三联疫苗(DPT)以及近年研制的白 - 百 - 破 - 脊髓灰质炎、白 -百 - 破 - 流感嗜血杆菌及甲肝 - 乙肝 - 白喉 - 破伤风 - 流感联合疫苗。
亚单位疫苗(subunit vaccine)
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亚单位疫苗是通过化学分解或有控制性的蛋白质水解方法，提取细菌、病毒的特殊毒素、多糖或蛋白质组分，筛选出有效的抗原成分提取制备而成，故亦称组分疫苗。亚单位疫苗仅有几种主要抗原，避免引入许多无关抗原，从而减少疫苗的不良反应和疫苗引起的相关疾病；缺点是免疫原性弱，预防接种效果稍差。
正因为这些亚单位分子的免疫原性较差，故需要与蛋白质载体耦联后使用。比如荚膜多糖亚单位疫苗的免疫原性较弱，可与破伤风类毒素、白喉类毒素等结合成耦联疫苗，既可以增强多糖的免疫原性，同时也可预防两种以上相应细菌的感染。
核酸疫苗(nucleic acid vaccine)
核酸疫苗分为DNA疫苗和mRNA疫苗 2 种。DNA疫苗是由编码病原体某种蛋白抗原的基因和表达载体的 DNA 重组而成，然后将重组的 DNA 直接注射到机体内，使外源基因在活体内表达出蛋白抗原，激发机体产生保护性免疫应答。相比DNA疫苗需要进入细胞核，mRNA疫苗仅需进入细胞质即可实现靶抗原的表达，因此理论上更为安全。核酸疫苗具有如下优点：免疫保护力强、制备简单、可产生持久的免疫应答、贮存与运输方便、可用于防治肿瘤，可将编码不同抗原的基因构建在同一个表达载体上，进行联合免疫。但是也存在一些问题：如可能诱导自身免疫反应，导致机体产生免疫耐受，外源DNA具有整合到宿主基因组风险。
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目前，美国FDA已批准结核、流感、乙型肝炎等数种疾病的核酸疫苗进入临床实验，也有动物用的核酸疫苗获准生产。我国的核酸疫苗研究与国际同步，也有 10 余种核酸疫苗进入了临床前研究。
基因工程疫苗(gene engineered vaccine)
基因工程疫苗是指利用 DNA 重组技术，把病原体编码保护性抗原决定簇的目的基因插入载体 DNA 分子中，然后将重组体导入原核或真核表达系统，再纯化表达的保护性抗原而制成的疫苗。基因工程疫苗的优点是安全、经济、可批量生产，但技术要求高，对表达的保护性抗原蛋白质的回收和纯化比较复杂。
目前已经成功应用于人群预防接种的只有乙型肝炎基因工程疫苗，正在研究的基因工程疫苗的病毒主要有甲型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、戊型肝炎病毒、EB 病毒、流行性出血热病毒等。另外，也可利用基因工程技术表达出病毒结构蛋白并组装成病毒样颗粒作为疫苗，如我国现在批准上市的 HPV 疫苗就是用 HPV 16 型和 18 型的 L1 蛋白组装成的病毒样颗粒。
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重组载体疫苗(recombined vector vaccine)
重组载体疫苗是利用某些无致病性的或经去除毒力基因后的微生物作为载体，将病原体编码诱发保护性免疫应答的蛋白抗原的基因插入到载体微生物基因组中，再将能表达保护性抗原的微生物制备成疫苗。
转入的目的基因可整合到病毒或细菌的基因组上，也可以质粒的形式存在。重组载体疫苗接种人体后，可以在体内增殖并将编码蛋白抗原的基因表达成相应的蛋白质，从而刺激人体产生免疫应答，所以重组载体疫苗实际也是活疫苗的一种特殊形式。在重组载体疫苗构建过程中，可将一种病原体的两个或多个蛋白质抗原的编码基因或多个病原体的蛋白抗原编码基因，导入到同一种载体宿主内以制成“多价”的重组载体疫苗，一次接种即可预防多种传染病。
合成肽疫苗(synthetic peptide vaccine)
, 百拇医药 合成肽疫苗是根据病毒的保护性抗原的氨基酸序列设计、用化学方法合成的多肽所制备的疫苗，常常由多个 B 细胞抗原表位和 T 细胞抗原表位共同组成。合成肽疫苗的优点是安全性好、保存方便、不存在病原微生物的污染和质量容易控制。缺点是免疫原性弱、免疫效果不佳，特别是对于容易变异的 RNA 病毒，其诱生的免疫保护作用是有限的。它是最为理想的安全的新型疫苗，也是研制预防和控制感染性疾病和恶性肿瘤的新型疫苗的主要方向之一。
疫苗的开发和应用，已极大地减少了感染性疾病的发病率和死亡率。我国 2016 年版国家免疫规划将乙型肝炎疫苗、卡介苗、脊髓灰质炎疫苗、白百破疫苗、麻疹腮腺炎风疹疫苗(麻腮风疫苗)、麻疹风疹疫苗、A 群流脑疫苗、乙脑疫苗和甲型肝炎疫苗列为我国的计划免疫项目，对适龄儿童进行常规接种。
中国国家免疫规划疫苗儿童免疫程序
三、新型冠状病毒疫苗研究进展
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SARS-CoV-2 为单股正链 RNA 病毒，是第 7 个已发现可感染人的冠状病毒。COVID-19 致死率低于 SARS (9.6%) 和 MERS (34.4%)，但传染性强于两者，且存在一定数量的无症和轻症患者，因此防控难度也更大。
和平年代，一种疫苗从开始研发到最终上市，至少需要5~10年时间。但是现在不是和平年代，现在是全人类与病毒短兵相接的大战时刻，对疫苗的需求比以往任何时候都迫切。我国已对 COVID-19 的检测、疫苗和治疗性药物的研发进行了重要部署，多个研究机构在抓紧进行相关研究开发。作为一种新发传染病，隔离是最有效的短期防控措施，但从长远来看，一种安全有效的疫苗对于控制疫情和防止再次暴发具有重要意义。
SARS-CoV-2 还没有获批的疫苗和治疗性药物，考虑到它与 SARS-CoV和 MERS-CoV 同属 β-冠状病毒，与 SARS-CoV同源性达 79.5%，且细胞受体与 SARS-CoV 同为血管紧张素转化酶 2(ACE2)，因此前期 SARS和 MERS 疫苗研究的经验可用于指导本次COVID-19 疫苗的研发。
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我国目前有5条疫苗研发技术路线在同步开展，分别是灭活疫苗，重组基因工程疫苗，腺病毒载体疫苗，流感病毒载体疫苗，核酸疫苗。估计最快在今年4月份可以有部分的疫苗进入临床试验。本来，疫苗在4月份进入人体临床试验已经是非常快的速度了。实际速度更快，我们的腺病毒载体疫苗于3月16日就开始人体临床试验，与美国的mRNA疫苗人体临床试验几乎同时进行。
新型冠状病毒疫苗研究进展
美国制药公司 Moderna 基于前期 mRNA 疫苗研发基础，历时一个月便已成功研制出针对 SARS-CoV-2 的疫苗，该疫苗携带的是新冠肺炎病毒刺突蛋白的基因，即 S 基因。目前第一批疫苗(mRNA-1273)已运至美国国家过敏和传染病研究所进行临床试(NCT04283461)。
四、疫苗设计需注意的问题
我国的2019冠病疫苗研发技术路线，除了传统的灭活疫苗，其他都是基于转基因技术的高科技路线。其中，组分疫苗和腺病毒载体疫苗在技术和生产方面最成熟，取得成功的可能性最大。
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前期 SARS 疫苗研究发现如果候选疫苗诱导产生针对病毒的非中和抗体，会引起抗体依赖感染增强效应 (ADE)，机制是病毒特异抗体 Fc 段通过与巨噬细胞 Fc 受体结合，从而使得 SARS-CoV 可以感染不含 ACE2 受体的巨噬细胞，增强了病毒的感染性，出现疫苗接种反而加重病毒感染的问题，而中和抗体水平越低感染越严重，该现象在其他冠状病毒中较为常见，而且也在登革病毒、人类免疫缺陷病毒 (HIV) 和埃博拉病毒等病原上存在。考虑到 SARS-CoV-2 与 SARS-CoV 同源度较高，因此 COVID-19 疫苗设计时必须高度关注 ADE 问题，这将直接关系到疫苗的临床安全性。
一个好的疫苗需要同时具备安全和有效两个特性，在设计之初就要尽量避免潜在的安全风险。考虑到灭活病毒疫苗可能存在的 ADE 效应，且短期内不易被发现，选择该策略需加倍谨慎。而减毒活疫苗由于存在毒力返强风险，不建议用于 COVID-19 疫苗研发。DNA 疫苗、亚单位疫苗和载体疫苗策略被证明是安全的。, 百拇医药