新冠病毒肺炎疫苗的研制策略

(整期优先)网络出版时间:2020-08-18
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新冠病毒肺炎疫苗的研制策略

李星娴

江苏省天一中学,江苏省无锡市 214001

摘要:新型冠状病毒的传染性极强,而疫苗是防疫的一种重要手段。本文将结合市面上存在的疫苗如灭活疫苗,亚单位疫苗,基因重组疫苗和RNA疫苗来进行针对新型冠状病的疫苗研究策略的分析与展望。其中将新型冠状病毒的特性和制造疫苗的普遍方法结合,分析新型冠状病毒的研究策略并且预测可能的风险。

关键词:新型冠状病毒,疫苗,亚单位疫苗,灭活疫苗,DNA疫苗

2019新型冠状病毒是冠状病毒中的一种。冠状病毒中有2003年在中国爆发严重急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoV)和2012年在中东沙特等地爆发的中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)。 通过对新型冠状病毒的基因组测序,新型冠状病毒是β冠状病毒属,并且与SARS有至少70%的相似性。[1] 新型冠状病毒可以导致严重急性呼吸道综合征(COVID-19)。这种疾病的主要症状是发热,咳嗽,呼吸急促;严重的患者会发生急性重症肺炎和多器官功能衰竭,甚至死亡。截至2020年05月23日18时,中国累计报告确诊病例84522例,海外现有确诊病例2810444例。新型冠状病毒的传染性极强,而疫苗则是控制疫情的一个重要手段。本文将结合已存在的疫苗研制策略如灭活疫苗,减毒活疫苗,亚单位疫苗,DNA疫苗和RNA疫苗来进行新型冠状病毒疫苗的研制策略分析。

  1. 灭活疫苗

灭活疫苗可以通过将病毒毒株浸泡在甲醛或福尔马林中使其失去病毒活性获得。对于2003年的SARS病毒,灭活疫苗的临床I期试验证明了对于福尔马林灭活的SARS疫苗的安全性而且可以激发免疫应答分泌出抗体。[2]但是灭活疫苗是否能成功诱导新型冠状病毒感染人群的免疫反应还在被质疑。因为在2016年MERS疫苗的动物实验中,注射了灭活疫苗的小鼠虽然发生了免疫反应,但是肺部还是有了超敏反应损伤。[3] 新型冠状病毒的毒株已经被分离,新型冠状病毒的灭活疫苗的有效性还有待进一步试验。

  1. 减毒活疫苗

减毒活疫苗是指病原体在体外繁殖多代之后,毒性发生减弱但是还是有免疫原性。将其注射进人体之后可以诱导免疫反应,刺激机体生成记忆性B,T细胞,从而使人获得对该疾病的免疫。[4] 现在已经存在多种技术成熟的减毒活疫苗,如麻疹,腮腺炎,风疹的减毒活疫苗和脊髓灰质炎的口服减毒疫苗。[5] 对于和新型冠状病毒同为RNA病毒的流感病的的减毒活疫苗也有很大应用之处。减毒流感活疫苗可能将3至16岁儿童的流感感染风险从18%降至4%。[6]SARS-CoV E 蛋白缺失减毒活疫苗可在小鼠和仓鼠中诱导免疫反应。[7]

  1. 亚单位疫苗

亚单位疫苗一般含有病毒的蛋白,是将表达病毒表面抗原的基因序列通过基因工程方式转入原核生物等表达系统中,在其表达抗原蛋白后进行提取纯化进而用于接种。[8] 冠状病毒的传染是通过其表面的刺突蛋白(spike, S)中位于S1 亚基上的受体结合区与细胞表面的血管紧缩素转化酶2(ACE2)结合,从而使病毒侵入细胞。在新型冠状病毒的传染途径中,血管紧缩素转化酶2是新型冠状病毒的识别受体。新型冠状病毒的S蛋白与SARS病毒高度相似,但是2019⁃ nCoV的S蛋白与血管紧缩素转化酶2的结合力更高,这可能是 2019⁃nCoV 高传染性的原因之一。[8] S蛋白还可以与宿主细胞上的受体CD147结合,从而介导病毒入侵。[9]对于新型冠状病毒的亚单位疫苗的研制可以选用S蛋白,将其转换到工程菌中,再培育接种。亚单位疫苗免疫效果的时间相对较短。

  1. DNA疫苗

DNA疫苗是将病毒的基因重新表达在载体上,然后将载体导入人体内,进一步表达基因蛋白,同时使人拥有免疫反应。[10] 现研究的病毒载体包括痘病毒载体、修饰的痘苗病毒安卡拉(MVA)载体、疱疹病毒载体、腺病毒载体、杆状病毒载体等。[11]比如腺病毒载体疫苗是指以腺病毒作为载体,将保护性抗原基因重组到腺病毒基因组中,使用能表达保护性抗原基因的重组腺病毒制成的疫苗。根据中国临床试验注册中心文件,腺病毒重组疫苗已经在3月17日完成了I期临床试验注册,预计纳入参试者日期是3月10日。因为新型冠状病毒中的刺突糖蛋白3D结构的解析揭示该病毒与受体ACE2的结合能力是SARS-CoV的10~20倍, 刺突糖蛋白是冠状病毒疫苗的关键靶点。[12] 在对于SARS病毒的DNA疫苗中,有研究表明DNA疫苗可以诱导抗体,SARS-CoV的蛋白DNA疫苗在小鼠模型中诱导T细胞和中和抗体反应,以及保护性免疫。所以,DNA病毒疫苗在于新型冠状病毒的成功率还是很高的,但是如果新型冠状病毒发生了突变,可以用不同的多个新型冠状病毒的S蛋白进行基因组编码制作DNA病毒疫苗。[13]

  1. RNA疫苗

mRNA疫苗在人体内容易被核酸酶水解,所以可以用纳米颗粒包裹着mRNA。为了使mRNA疫苗更稳定,我们可以提升纳米颗粒。然而,至今尚无此类疫苗获批上市,我国缺乏这类工艺和经验来制造mRNA病毒疫苗。

风险

RNA病毒具有变异性,研发中药物或疫苗有失效的风险。

参考文献

[1] HUI D S, I AZHAR E, MADANI T A, et al. The continuing 2019-nCoV epidemic threat of novel coronaviruses to global health: The latest 2019 novel coronavirus outbreak in Wuhan, China[J]. International Journal of Infectious Diseases, 2020, 91: 264-266.

[2] LIN J,ZHANG J,SU N,et al. Safety and immunogenicity from a phase I trial of inactivated severe acute respiratory syndrome coronavirus vaccine[J]. Antivir Ther,2007,12:1107-1113

[3] AGRAWAL A S,TAO X,ALGAISSI A,et al. Immunization with inactivated middle east respiratory syndrome coronavirus vaccine leads to lung immunopathology on challenge with live virus[J]. Hum Vaccin Immunother,2016,12:2351-2356

[4] 何金生,付远辉,洪涛,人呼吸道合胞病毒活疫苗研究进展[J]. 中国科学: 生命科学, 2011, 40: 1-12

[5] 李征, 综述, 刘晔, 减毒活疫苗的应用及其研究进展[J]. 中国生物制品学杂志, 2018, 31: 205-209

[6] Jefferson T, Rivetti A, Pietrantonj C, Demicheli V, Vaccines for preventing influenza in healthy children[J]. Cochrane Database Syst Rev, 2018(2): CD004879.

[7] 杨利敏, 田德雨, 新型冠状病毒疫苗研究策略分析. 生物工程学报, 2020, 36: 593–604.

[8]张明顺,吉宁飞,冠状病毒疫苗研究进展及 2019 新型冠状病毒疫苗研发展望[J]. 南京医科大学学报(自然科学版), 2020, 40: 151-159

[9] Wang K, Chen W, Zhou Y, et al. SARS-CoV-2 invades host cells via a novel route: CD147-spike protein, 2020

[10] YU k, AN L, WANG W, LIU Y, LI A.

Research progress of influenza vaccine[J]. Modern Preventive Medicine ,2017, 44: 2644-2650

[11]De Vries RD, Rimmelzwaan GF. Viral vector based influenza vaccines [J].Human Vaccines &Immunotherapeutics, 2016, 11: 2881 - 2901.

[12]王莹, 沈泓, 高雯雯, 等. 新型冠状病毒基因组学研究进展[J]. 中国现代应用药学, 2020, 37: 525-529.

[13]FYNANEF,LUS,ROBINSONHL,etal.Onegroup's historical reflections on dna vaccine development[J]. Hum Gene Ther,2018,29:966-970