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重组腺病毒新冠疫苗

作者:香雪精准医疗--张海霞

发布时间:2020-04-23

阅读:213

 

       国内新冠疫情形势向好态势明显,但海外疫情近期却愈发严重,如何战胜COVID-19依然是全社会关注的焦点。正如钟南山院士所言,一方面研制治疗COVID-19特效药刻不容缓,而另一方面,COVID-19并非一次感染终生免疫,研制疫苗才是终结疫情最有力的科技武器。目前,我国正按照灭活疫苗、基因工程重组亚单位疫苗、腺病毒载体疫苗、减毒流感病毒载体疫苗、核酸疫苗共5种技术路线开展COVID-19疫苗的紧急研制。其中,军科院陈薇院士领衔的科研团队进行的腺病毒载体疫苗进展最快,于3月17日完成了I期临床试验注册,初步结果有望在6个月后公开。

 

腺病毒疫苗

 

       腺病毒,本身是一种会感染脊椎动物的病毒,最早是从人类的腺样组织中分离出来的。如果感染了腺病毒,可能会引起呼吸系统和消化系统的不适,也可能会出现结膜炎、膀胱炎等症状。不过,如果不是感染的免疫缺陷者,腺病毒很少会致人死亡。像腺病毒这种杀不死人的病毒,可以被很好的利用,当成一个没有杀伤力的“工具载体”。通俗地讲,腺病毒疫苗就是把腺病毒基因组的关键区域“删掉”,再把其他对人类更危险的病毒的基因“装上”。重组的腺病毒“伪装”成这个要针对的危险病毒,在人类的免疫系统里“游街”,让免疫系统记住该危险病毒的样子,生成抗体或激活T细胞,在病毒真正入侵的时候,就可以全军出击、迅速反应、当场消灭。在所有腺病毒中,人5型腺病毒(Ad5)是应用比较广泛的一种,是科学家们最偏爱的“工具载体”,这次进入临床试验的新冠疫苗,就是用它来完成的。

 

疫苗靶点

 

       新型冠状病毒粒子呈不规则形状,直径约60-220nm。病毒粒子外有包膜,膜表面有三种糖蛋白:刺突糖蛋白(S,Spike Protein,是受体结合位点、溶细胞作用和主要抗原位点);小包膜糖蛋白(E,Envelope Protein,较小,与包膜结合的蛋白);膜糖蛋白(M,Membrane Protein,负责营养物质的跨膜运输、新生病毒出芽释放与病毒外包膜的形成)。其中,S蛋白主要通过与宿主细胞受体结合介导病毒的入侵,是新冠病毒感染机体的关键组分,也是研制新冠肺炎疫苗和抗体抑制剂的关键靶点。制备新冠疫苗的神秘面纱还未掀开,但我们可以从陈薇院士团队研发的埃博拉疫苗中窥见一斑。研发埃博拉重组腺病毒疫苗时,陈薇院士团队选择了毒性最强的苏丹型和扎伊尔型埃博拉病毒作为研究对象,将埃博拉病毒包膜糖蛋白的基因进行合成,并克隆入AdMax腺病毒系统的穿梭质粒pDC316上。通过将穿梭质粒和AdMax腺病毒系统的骨架质粒(pBHGlox_E1,3Cre)共转染至HEK293细胞,发生位点特异性重组,包装出表达有埃博拉病毒包膜糖蛋白的复制缺陷型重组腺病毒疫苗。陈薇院士这次临床测试的新冠疫苗,是把表达新冠病毒S蛋白的基因整合到腺病毒载体里面,生产出重组腺病毒,再打入人体。

 

接种方式

 

       接种腺病毒疫苗有几种不同的方式,如果采用肌肉注射(IM)的方式将重组腺病毒打入人体,重组腺病毒感染人体细胞后,会将病毒基因组注入体细胞内,让人体细胞合成病毒蛋白。病毒蛋白作为外源蛋白会激发强烈的细胞免疫反应。如果采用滴鼻(IN)的方式,重组腺病毒和鼻黏膜接触后,鼻相关淋巴组织中的特异抗原采样细胞(如M细胞)会将抗原从黏膜表面转移至底层淋巴组织,抗原很快会被皮下树突状细胞和巨噬细胞等抗原呈递细胞内化和加工,并提呈给黏膜相关淋巴组织中的B细胞和T细胞,遭遇特异抗原刺激的B淋巴细胞活化、增殖,并最终分化成产生分泌型IgA的浆细胞。通过对埃博拉重组腺病毒不同免疫方式所产生的免疫效果进行比较,结果发现,肌肉注射能诱导强烈的细胞免疫反应,而滴鼻的免疫方式虽然在脾细胞上不能检测到IFN-γ的分泌,但其血清抗体水平比肌肉注射的免疫方式要高。此外,滴鼻的免疫方式还能产生高水平的分泌型肺洗液IgA抗体。当将两种不同的免疫方式进行组合时发现,先肌肉注射后滴鼻免疫的免疫方式,既能够诱导产生强烈的细胞免疫反应,又可以激发强烈的血清IgG抗体和肺洗液分泌型IgA抗体水平。

 

预存免疫

 

       由于5型腺病毒是人源病毒,有很大概率接受疫苗的人曾经感染过腺病毒,免疫系统就会将矛头直指腺病毒本身,却放过了需要关注的抗原基因,从而降低了疫苗的功效。这就是预存免疫。作为陈薇科研团队的合作者,康希诺公司创始人朱涛,在一篇有关重组腺病毒载体埃博拉疫苗的研究报告中指出:Ⅰ期临床中,75%-85%受试者体内具有5型腺病毒的中和抗体,而55%-63%受试者体内具有更高滴度的腺病毒中和抗体。受试者体内的腺病毒中和抗体会减弱疫苗激发特异性的抗体反应,在接种28天后,身体抗体就开始持续下降,6个月后下降到较低水平。为了减少中和抗体的影响,在初次免疫6个月后,研究人员以相同的疫苗和剂量进行了加强免疫,即第二次接种。这一次,受试者体内都产生了足够多的针对埃博拉病毒的抗体。这表明,通过加强免疫可以有效克服预存免疫对疫苗的影响。如今,搭载了新冠病毒抗原的人源5型腺病毒也会面临预存免疫的问题,因此新冠疫苗很可能也需要至少两次的加强接种措施。

 

病毒变异

 

       由于新冠病毒是一种新的病毒,当前的疫苗研发工作都是基于已有认知做出的。人们对病毒的认识是一个不断深入的过程,加上病毒自身可能出现变异,疫苗研发存在一些不确定性。冠状病毒的核酸为单链(+)RNA,长27-31kb,是RNA病毒中最长的RNA核酸链。冠状病毒的RNA和RNA之间重组率非常高,病毒出现变异正是由于这种高重组率。重组后,RNA序列发生了变化,由此核酸编码的氨基酸序列也变了,氨基酸构成的蛋白质随之发生变化,使其抗原性发生了变化。而抗原性发生变化的结果是导致原有疫苗失效,免疫失败。

 

       疫苗从研发到生产是个长链条。一般来说,疫苗研发要经历临床前研究和临床试验阶段,安全性、有效性得到验证后,还需经管理部门审批,相关企业拿到生产批件。之后一款疫苗才能规模生产,进而上市应用。为提升新冠病毒疫苗研发进度,在临床前研究阶段,科研人员已经采取了一些非常规的方法。比如,为了与病毒抢时间,工艺设计、保护性评价、动物模型等环节,这些往常需要串联的工作,如今都在平行推进。新冠病毒疫苗研发如同在钢丝上高速行走,既要争分夺秒,又要以安全性有效性为准绳。当前各国处于新冠肺炎疫情防控的不同阶段,在疫苗研发上,有必要加强国际合作,形成合力,在保证安全性、有效性前提下,早日研发出新冠病毒疫苗。

 

参考文献

1、基于重组腺病毒载体的烈性病原体疫苗研究。吴诗坡,2013-解放军军事医学科学院;中国人民解放军军事医学科学院:微生物学

2、重组腺病毒载体疫苗黏膜免疫机制与途径研究。于龙,2007-军事医学科学院微生物流行病研究所病原微生物生物安全国家重点实验室,微生物学免疫学进展

 

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