從血漿療法到單克隆抗體，再到新冠疫苗

高菲 李楊陽(yáng) 張林琦

疫苗研發(fā)全球前沿機(jī)構(gòu)競(jìng)逐

針對(duì)此次新冠肺炎疫情，截至2020年4月15日23時(shí)，全球累計(jì)確診病例已接近200萬(wàn)例，死亡超過(guò)12萬(wàn)例。其中，美國(guó)累計(jì)確診58萬(wàn)例，是全球新冠肺炎確診人數(shù)最多的國(guó)家。遺憾的是，目前尚無(wú)針對(duì)新冠病毒的特異性藥物及疫苗。為了抗擊病毒，國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家學(xué)者紛紛加入到病毒疫苗研發(fā)這場(chǎng)沒(méi)有硝煙的戰(zhàn)斗中。

值得關(guān)注的是，目前中美兩國(guó)均已有新冠疫苗開(kāi)展臨床試驗(yàn)——軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院陳薇院士課題組利用腺病毒平臺(tái)，將新冠病毒S蛋白基因克隆至人腺病毒Ad5基因組中，研發(fā)出重組人腺病毒載體疫苗Ad5-nCoV。該疫苗已于3月17日開(kāi)始進(jìn)行臨床試驗(yàn)。與此同時(shí)，美國(guó)Moderna公司將編碼S蛋白的mRNA包裹進(jìn)脂質(zhì)體中，制備成mRNA-1273新冠疫苗。該疫苗也于3月16日完成首位志愿者的接種。

疫苗究竟是什么，又是如何對(duì)傳染性疾病起到控制作用的呢？

我們知道， 當(dāng)人體遭遇病毒感染時(shí)，我們的免疫系統(tǒng)如衛(wèi)兵一般，幫助我們抵抗病毒感染。通俗而言，疫苗可以“喚醒”和“訓(xùn)練”人體的免疫系統(tǒng)。簡(jiǎn)而言之，疫苗是將病原微生物（如病毒、細(xì)菌等）通過(guò)減毒、滅活或其他技術(shù)手段（如前文提及的腺病毒載體、重組蛋白及mRNA）制成的生物制劑。人接種疫苗后，免疫系統(tǒng)可被定向“喚醒”，同時(shí)又規(guī)避了致病性，即人體可產(chǎn)生針對(duì)病毒的免疫反應(yīng)，卻不會(huì)因接種疫苗而感染。

有效接種疫苗為人體抵御病毒感染穿上了“金鐘罩”，使病毒沒(méi)有可乘之機(jī)。

新冠疫苗研發(fā)平臺(tái)一覽

國(guó)內(nèi)研發(fā)平臺(tái)

?中國(guó)疾病預(yù)防控制中心、浙江大學(xué)開(kāi)展滅活疫苗研發(fā)。

?軍科院和康希諾開(kāi)展腺病毒載體疫苗研發(fā)。

?中科院微生物所和智飛生物開(kāi)展重組蛋白疫苗研發(fā)。

?近期，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院張林琦教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，獲得騰訊公益慈善基金會(huì)、北京水滴匯聚公益基金會(huì)和泰合資本的支持，開(kāi)展多種疫苗策略的研究。

國(guó)際研發(fā)平臺(tái)

?強(qiáng)生公司宣布啟動(dòng)新冠病毒疫苗的研發(fā)。

?專(zhuān)注于mRNA疫苗平臺(tái)的德國(guó)生物技術(shù)公司CureVac AG宣布注資830萬(wàn)美元，加速開(kāi)發(fā)新冠疫苗。

?比爾及梅琳達(dá)·蓋茨基金會(huì)宣布投入1億美元，致力于新冠病毒的疫苗研發(fā)和疫情控制。

?國(guó)際組織CEPI（流行病防范創(chuàng)新聯(lián)盟）近期也宣布利用現(xiàn)有成熟的疫苗生產(chǎn)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)新型冠狀病毒疫苗的研發(fā)。

血漿療法只是應(yīng)急措施

新冠肺炎血漿療法曾廣受社會(huì)各界關(guān)注。事實(shí)上，血漿療法由來(lái)已久。我們知道，抗體存在于人體的血漿中，采集康復(fù)期患者富含抗體的血液，經(jīng)過(guò)特殊處理后輸注給其他患者，即為血漿療法。

早在100多年前，科學(xué)家們就開(kāi)始利用血清療法（血漿去除纖維蛋白后即為血清），來(lái)對(duì)抗細(xì)菌引起的傳染性疾病了。1890年，德國(guó)科學(xué)家埃米爾·馮·貝林和日本科學(xué)家北里柴三郎共同發(fā)表了他們的研究成果——將患過(guò)白喉的老鼠血清注射給新感染白喉的老鼠，后者奇跡般痊愈了。上述工作證明了感染過(guò)白喉的老鼠體內(nèi)可以產(chǎn)生某種殺傷白喉?xiàng)U菌的物質(zhì)，貝林將這種物質(zhì)命名為“白喉抗毒素血清”，其有效成分實(shí)際是對(duì)白喉?xiàng)U菌具有殺傷作用的抗體。1901年，貝林因血清療法方面的工作，特別是應(yīng)用于白喉方面，而獲得第一屆諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

在1917年的西班牙大流感、1930年代的麻疹流行以及2014年西非暴發(fā)的埃博拉疫情中，血漿療法均曾用于臨床。值得一提的是，根據(jù)已發(fā)表數(shù)據(jù)，在2003年的抗擊非典疫情中，接受血漿療法的患者均出現(xiàn)體內(nèi)病毒的減少及癥狀緩解。以上先例無(wú)疑為血漿療法應(yīng)對(duì)此次新冠病毒疫情帶來(lái)希望。

事實(shí)上， 在2017 年世界衛(wèi)生組織（WHO） 發(fā)布的BRN （BloodRegulators Network）指南中說(shuō)明，在緊急應(yīng)對(duì)嚴(yán)重疫情時(shí)，如果特異性藥物及疫苗尚未上市，痊愈患者血漿/血清可用于治療使用。針對(duì)此次新冠肺炎疫情，在國(guó)家衛(wèi)生健康委發(fā)布的《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案》（試行第四版）中，已提出對(duì)危重癥病人治療措施可采用恢復(fù)期血漿治療。2月8日，首期3名危重患者在武漢江夏區(qū)第一人民醫(yī)院接受了血漿治療。3月27日，《美國(guó)醫(yī)學(xué)會(huì)雜志》發(fā)表了深圳市第三人民醫(yī)院劉磊教授團(tuán)隊(duì)，利用恢復(fù)期病人血漿對(duì)5名重癥患者的治療。血漿輸注后，其中4名患者在3天內(nèi)體溫下降到正常值，病毒載量也下降至檢測(cè)不到的水平，并且輸注后12天內(nèi)患者體內(nèi)新冠病毒特異性抗體增加。4名患者的急性呼吸窘迫綜合征有所緩解，3名患者2周的治療后撤除了機(jī)械通氣。

血漿療法只是個(gè)應(yīng)急的治療措施，在目前沒(méi)有針對(duì)新冠病毒的特異性藥物時(shí)，是值得研究和評(píng)估的臨床治療手段。

無(wú)法忽視的是，痊愈患者血漿數(shù)量非常有限，如何獲得、保存及運(yùn)輸安全可靠的血漿也是血漿療法不可忽視的短板。更為重要的是，血漿成分復(fù)雜，目前國(guó)際上對(duì)于血漿中各類(lèi)病毒滅活或去除，尚無(wú)十分可靠的方法，其副作用也還存在不確定性。嚴(yán)格而言，血漿療法只是個(gè)應(yīng)急的治療措施，在目前沒(méi)有針對(duì)新冠病毒的特異性藥物時(shí)，是值得研究和評(píng)估的臨床治療手段。

單克隆抗體藥物值得期待

時(shí)至今日，為了規(guī)避血漿療法的不確定性，生物學(xué)家通過(guò)不斷探索，已將血漿療法逐步精確化和可控化——實(shí)現(xiàn)單克隆抗體藥物的研發(fā)和應(yīng)用。在患者痊愈過(guò)程中，其體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生抗原特異性的B細(xì)胞。這些細(xì)胞存在于患者血液中，用以產(chǎn)生特異性抗體。科學(xué)家們通過(guò)篩選，可將此類(lèi)B細(xì)胞捕獲。再利用生物學(xué)方法，得到抗體的基因序列，通過(guò)基因分析和擴(kuò)增，便可獲得有效的人源單克隆抗體序列，用以體外制備和大規(guī)模生產(chǎn)。

由于單克隆抗體成分單一、靶向性強(qiáng)，且具有高特異性、毒副作用小的特點(diǎn)，因此是一種良好的治療和預(yù)防手段。

單克隆抗體藥物在人類(lèi)應(yīng)對(duì)傳染性疾病的歷程中已有值得效仿的成功案例。早在1998年，美國(guó)FDA批準(zhǔn)使用抗體藥物Synagis治療呼吸道合胞體病毒，主要用于兒童的預(yù)防藥物。2018年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)抗體藥物Trogarzo治療艾滋病。2014年，埃博拉疫情時(shí)期，兩名美國(guó)醫(yī)護(hù)工作者在利比里亞工作時(shí)被感染。由于埃博拉病毒極為烈性，當(dāng)他們返回美國(guó)后，病情進(jìn)展已相當(dāng)嚴(yán)重。在命懸一線(xiàn)之際，他們接受了一種未經(jīng)FDA批準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)藥物ZMapp的治療，并于數(shù)周后被治愈，而ZMapp正是由3種單克隆抗體配伍而成的混合藥物。

我們不難發(fā)現(xiàn)，針對(duì)新冠病毒特異性單克隆抗體的研發(fā)及臨床使用，將為新冠肺炎臨床治療提供新的契機(jī)。

新冠病毒疫苗研發(fā)團(tuán)隊(duì)（右三為張林琦教授）

尋找靶點(diǎn)，我們把目光對(duì)準(zhǔn)S蛋白

如前文所述，抗體通過(guò)與病毒特定部位結(jié)合，形成“鑰匙—鎖”的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，進(jìn)而阻斷病毒與其天然受體的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)病毒的清除。因此，抗體藥物作用的靶點(diǎn)至關(guān)重要。

引發(fā)此次疫情的新冠病毒屬于冠狀病毒，冠狀病毒可以引起人畜共患的呼吸道和腸道疾病，20世紀(jì)30年代從家禽中首次被分離出來(lái)。1966年，首個(gè)人冠狀病毒HCoV-229E被分離出來(lái)后，科學(xué)家對(duì)其進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察，發(fā)現(xiàn)病毒包膜外排列整齊的刺突蛋白像一頂頂皇冠，所以命名為“冠狀病毒”。隨后陸續(xù)共有7種人冠狀病毒被分離出來(lái)。由于最先被分離出的HCoV-229E和HCoV-OC63的致病性弱，通常只能引起普通的感冒和呼吸道感染，所以對(duì)其的探索并沒(méi)有引起重視。而2003年SARS疫情和2012年MERS疫情的相繼暴發(fā)，造成了全球近萬(wàn)人感染，才真正讓公眾意識(shí)到冠狀病毒的厲害。

冠狀病毒由四個(gè)結(jié)構(gòu)蛋白組成，分別為包膜蛋白、膜蛋白、核衣殼蛋白和刺突蛋白。其中刺突蛋白（也叫S蛋白）暴露在病毒的最外層，可與人體細(xì)胞的受體蛋白結(jié)合，這樣病毒才能感染細(xì)胞。這項(xiàng)功能主要由S蛋白的受體結(jié)合域（RBD）完成。同時(shí)，RBD區(qū)域也決定了病毒感染的物種特異性，即決定了新冠病毒既可以結(jié)合人的ACE2蛋白，也可以結(jié)合豬、蝙蝠和果子貍的ACE2。

目前，通過(guò)晶體及冷凍電鏡技術(shù)，科學(xué)家已成功找到了新冠病毒可能的藥物作用的靶點(diǎn)——S蛋白。針對(duì)靶向S蛋白進(jìn)行抗體藥物研發(fā)及疫苗設(shè)計(jì)，是精確地殺傷冠狀病毒、進(jìn)行新冠病毒藥物開(kāi)發(fā)的好思路。

通過(guò)篩選，我們可以得到針對(duì)新冠病毒S蛋白的中和抗體，這些抗體能夠與在體內(nèi)游離的病毒結(jié)合，使得病毒無(wú)法與受體蛋白ACE2結(jié)合，從而阻礙病毒感染細(xì)胞，最終導(dǎo)致病毒死亡。

冠狀病毒S蛋白和受體ACE2結(jié)合后感染細(xì)胞示意圖

新冠病毒特異性抗體還需進(jìn)一步研究

萬(wàn)幸的是， 新冠病毒與SARS-CoV、MERS-CoV具有極其相近的親緣關(guān)系。基于上述二者抗體藥物及疫苗的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以大大降低針對(duì)新冠病毒疫苗研發(fā)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

最近，我們課題組與深圳三院張政教授組合作，首次從8名SAR-CoV-2感染和恢復(fù)期病人體內(nèi)，分離出了206株能夠結(jié)合新冠病毒S蛋白R(shí)BD區(qū)域的抗體。其中從2號(hào)病人（P#2）樣本中分離出的兩株抗體（P2C-1F11和P2B-2F6），表現(xiàn)出對(duì)SARS-CoV-2強(qiáng)力的中和能力。

值得一提的是，這兩株抗體可特異性識(shí)別SARS-CoV-2并阻止病毒與被感染細(xì)胞受體的結(jié)合。同時(shí)，芬蘭的Bosch教授課題組從免疫后的轉(zhuǎn)基因小鼠中分離出一株強(qiáng)效抗體（47D11）。該抗體發(fā)揮作用的機(jī)制與P2C-1F11和P2B-2F6不同，還需進(jìn)一步研究。

疫情控制是當(dāng)下全球防疫工作的重中之重，因而對(duì)于抗體藥物作用的靶點(diǎn)的選擇及疫苗設(shè)計(jì)，我們?nèi)孕柚?jǐn)慎對(duì)待，也需要更多的時(shí)間和研究佐證。但是，新冠病毒疫苗不會(huì)讓我們等待太久。

知識(shí)鏈接

1.如何知道疫苗是否能發(fā)揮作用？

答：需要在疫情暴發(fā)期間進(jìn)行大規(guī)模臨床試驗(yàn)，嚴(yán)格設(shè)置疫苗注射組和對(duì)照組。如果疫苗注射組的感染人數(shù)比對(duì)照組少，并且有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的差別，才能證明疫苗確實(shí)可發(fā)揮保護(hù)作用。

2.有了疫苗后，人體對(duì)新冠病毒會(huì)增強(qiáng)免疫力嗎？或者只能持續(xù)一段時(shí)間？

答：人體注射疫苗后是否對(duì)新冠病毒具有免疫力，免疫力能持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間，存在個(gè)體差異，需要經(jīng)過(guò)大規(guī)模的臨床試驗(yàn)才能確定，還要設(shè)定相關(guān)的檢測(cè)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和驗(yàn)證。必須經(jīng)過(guò)一個(gè)漫長(zhǎng)的研發(fā)過(guò)程才能得出科學(xué)的結(jié)論，不是短時(shí)間之內(nèi)就能得到明確答案的。

3.疫苗開(kāi)發(fā)人員更偏重尋找什么樣的免疫反應(yīng)？

答：疫苗要能有效誘導(dǎo)保護(hù)性的免疫反應(yīng)，但是預(yù)防性疫苗最為重要的考慮是安全性，如果安全性不過(guò)關(guān)，就沒(méi)有大規(guī)模使用的可能性。