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姜世勃姜世勃 Nature子刊：借鉴过去，关注新冠疫苗的未来

发布时间：2020-12-25 07:54:07

自2019年12月以来，SARS-CoV-2在全球范围内迅速蔓延，给全球公共卫生体系和全球经济带来了巨大压力。因此，研制SARS-CoV-2的疫苗和药物势在必行。疫苗可以以相对较低的成本保护大量人群，因此是缓解新冠肺炎疫情的有力工具。10月16日，复旦大学蒋世波教授和苏珊博士，以及纽约血液中心的杜研究员在《自然评论微生物学》上发表了一篇论文。通过回顾呼吸道合胞病毒、登革热病毒、SARS-CoV和MERS-CoV疫苗开发过程中遇到的疫苗相关疾病增强(VADE)效应的实例，希望大家能从过去吸取教训，关注新冠肺炎疫苗的未来，为正在研究中的新冠肺炎疫苗的三期临床评价和应急使用，以及

新冠肺炎疫苗前所未有的发展速度令人鼓舞。目前，据世卫组织统计，156种新冠肺炎疫苗正在临床前研究中，42种正在临床试验中，其中10种已进入第三阶段临床试验。根据目前公布的数据，进入临床试验的疫苗具有良好的安全性，在动物攻击实验中没有表现出抗体依赖性增强。据报道，所有这些疫苗都诱导针对尖峰蛋白和受体结合结构域的中和抗体反应。有报道显示NAb的滴度与RBD特异性结合抗体的滴度密切相关，表明NAb主要针对RBD。最近，由于意外的不良反应，阿斯利康宣布暂停其ChAdOx1 nCoV-19疫苗在美国的三期临床试验。此外，俄罗斯最近批准了一种基于重组Ad26和重组Ad5载体的新冠肺炎疫苗，将用于俄罗斯人民。然而，疫苗的安全性和有效性仍然是第三阶段临床试验和疫苗未来应用的关键问题，特别是疫苗接种者自然感染病毒时可能发生的疫苗相关免疫损伤。

20世纪60年代，科学家发现抗病毒血清可能导致动物病毒感染异常增加。这种病毒感染可以用抗体-Fc受体相关的内化增强来解释，称为“抗体依赖性增强”。这种现象已在黄病毒科和其他病毒感染中广泛报道。后来，报道了更多由抗体-FcR介导的疾病恶化的病例。比如补体激活和炎性细胞因子释放都与严重疾病的发生有关。ADE也发生在接受相应病毒攻击的免疫动物中。除了ADE，基于2型辅助性T细胞的病毒诱导的免疫病理反应也可能导致疾病的加重。在这篇综述中，我们使用术语“疫苗相关疾病增强”来描述抗体依赖性和TH2细胞依赖性疾病增强效应。

呼吸道合胞病毒疫苗

呼吸道合胞病毒疫苗最初是在福尔马林灭活病毒的基础上开发的。FI-RSV疫苗耐受性好，免疫原性中等。但在随后的自然呼吸道合胞病毒感染过程中，FI-呼吸道合胞病毒疫苗表现出了增强疾病的作用【增强呼吸道疾病】。在接受流感疫苗的20名婴儿中，16名需要住院治疗，其中2名后来死亡，而对照组只有1名婴儿需要住院治疗。FDA随后紧急停止了所有相关实验。实验30年后，发现偏向TH2细胞的T细胞反应导致CD4+T细胞和嗜酸性粒细胞过度增殖，引发事故。尽管仍然很难预测哪些抗原特征在VADE起作用，但大量研究已经证明，抗原构象是重要的，偏向TH2细胞的免疫反应是有害的。因此，在动物模型或人体实验中诱导大量TH2细胞因子抗原可能导致VADE病。

登革热病毒疫苗

通过在小鼠脑中连续传代获得减毒DENV株，单剂量减毒疫苗足以在接种志愿者体内诱导NAb。DENV有四种血清型，表位十分相似。减毒疫苗诱导的牛血清白蛋白不仅能保护患者免受同源病毒感染，还能与异源登革病毒发生交叉免疫反应。但后者的保护期短于3个月至2年。重要的是，一旦受试者被异源登革病毒自然感染，并且交叉特异性抗体降至亚保护浓度，严重登革热症状的风险高于未感染个体。研究表明，交叉反应性抗体与异源登革病毒结合，从而促进病毒通过FcR进入靶细胞。除了进入增强之外，非NAb或低浓度NAb可能与DENV颗粒形成复合物，然后通过FcR介导的免疫调节诱导炎症反应，这进一步增加了严重登革热的风险。显然，不同血清型DENV的再感染导致了强烈的ADE。因此，登革热疫苗开发的主要挑战是诱导针对所有四种DENV血清型的NAb。2018年，美国食品和药物管理局批准了CYD-TDV四价登革热疫苗，以预防由所有血清型引起的登革热。然而，这种疫苗不能用于未感染DENV的个体。

传染性非典型肺炎疫苗和地中海贫血症疫苗

SARS-CoV-2和SARS-CoV的基因组具有79.6%的序列同一性，它们使用相同的受体——血管紧张素转换酶2。因此，对SARS疫苗诱导免疫应答的研究有助于新冠肺炎候选疫苗的评价。2003年，在恒河猴中测试了基于表达SARS-CoV S1蛋白、膜蛋白和核衣壳蛋白的Ad5载体的疫苗。该疫苗诱导SARS-CoV特异性t细胞和NAb反应。Ad5-SARS-CoV-S降低了雪貂的病毒载量，预防了严重的肺炎。表达SARS-CoV S蛋白的MVA载体也在雪貂体内引起了快速而强烈的NAb反应。但接种病毒后，雪貂肝脏有强烈的炎症反应。在SARS疫苗中也观察到ADE现象——基于重组SARS-CoV S蛋白的SARS疫苗可以保护仓鼠免受SARS-CoV感染。然而，S蛋白特异性抗体可以介导FcR依赖的进入B细胞。值得注意的是，S蛋白特异性抗体介导的ADE主要在体外实验中观察到。

MERS-CoV和SARS-CoV、SARS-CoV-2一样，属于β冠状病毒。该病毒于2012年首次在沙特阿拉伯发现。疫苗技术有很多，包括亚单位疫苗、病毒载体疫苗、DNA疫苗和灭活或减毒活疫苗。它们中的许多可以诱导足够的免疫反应，并保护接种的动物免受后续的MERS-CoV感染。然而，两份独立的研究报告表明，接种灭活MERS-CoV疫苗的小鼠再次受到病毒攻击后，TH2细胞有利于免疫反应，嗜酸性粒细胞浸润增加。

上述结果告诉我们，SARS-CoV-2的候选疫苗应该诱导平衡的T细胞反应。需要综合评估接种动物和人的TH1细胞和TH2细胞的免疫应答。其次，只有低浓度的SARS-CoV S蛋白特异性抗体才能导致ADE现象，这表明VADE可能与免疫对象的抗体滴度有关。

疫苗相关疾病增强的可能机制

首先必须指出，VADE病的基本机制目前尚不清楚，因为它的出现与抗体滴度、病毒株、宿主和抗原特异性有关。然而，能够在体内诱导VADE的疫苗具有一些共同的特征。首先，能够感染FcR病毒并在细胞中复制的病毒疫苗可能会诱发VADE病，尤其是ADE。到目前为止，只有一项研究报道单核细胞和B、T淋巴细胞易患SARS-CoV-2，但该报道尚未经过同行评议。第二，引起炎症损伤的病毒疫苗可能导致VADE，如SARS-CoV和RSV。第三，抗原诱导的高浓度非中和抗体或低浓度中和抗体导致VADE病。一些证据表明，在从新冠肺炎康复的患者中可以检测到RBD特异性IgG和NAb。然而，抗体反应的持续时间和对后续自然感染的长期保护能力尚不清楚。SARS-CoV-2感染的抗体反应动力学的报道也存在差异。这就是为什么我们需要在动物模型和临床试验中仔细评估候选疫苗的免疫反应。

新冠肺炎疫苗的发展

1.评价新冠肺炎疫苗安全性和有效性的动物模型

我们认为安全评估有两个主要障碍。首先，观察VADE通常需要很长时间，因为它主要出现在随后由同源或异源病毒株或自然感染引起的挑战中，而这种发生通常与中和抗体滴度的降低有关。其次，现有实验动物能否准确模拟人类对新型冠状病毒感染的反应尚不清楚。

过去研发呼吸道合胞病毒、登革病毒、非典型肺炎和地中海贫血症疫苗的经验为新冠肺炎安全有效的疫苗研发提供了以下经验。首先，候选新冠肺炎疫苗的安全性应该在各种动物模型中进行评估。由于没有动物模型能够准确模拟人类对候选疫苗的免疫反应，在几个动物模型中进行评估可以避免遗漏致病反应的风险。其次，异源病毒株的攻击试验应应用于新冠肺炎疫苗的评价，它能诱导交叉反应性抗体。第三，疫苗应该在同一动物模型中不同年龄的动物身上进行测试。以往的研究证明，TH2细胞偏向的免疫病理反应主要发生在用灭活的SARS-CoV和明矾佐剂免疫的衰老小鼠中。鉴于老年人最易感染SARS-CoV-2，因此对衰老动物模型和老年人的安全性和有效性进行评估非常重要。第四，考虑到有共病的患者比无共病的患者新冠肺炎更差，并且与共病相关的其他疾病的发病率也增加，所以也应该在动物模型和有共病的人中进行动物实验和临床评估。

2.用于评估新冠肺炎疫苗安全性和有效性的参数

疫苗诱导的NAb滴度是评价有效性和安全性的最重要指标，因为次优浓度的NaB不能有效中和，并可能增强SARS-CoV-2感染。FDA建议被动治疗恢复期血浆的NAb滴度至少为1: 160，因此希望新冠肺炎疫苗诱导的NAb滴度能优于1: 160。肺嗜酸性粒细胞浸润增加是SARS疫苗或MERS疫苗引起VADE效应的明显指标之一。攻击或自然病毒感染后，用安全SARS疫苗免疫的小鼠肺中嗜酸性粒细胞的比例应小于5%。疫苗诱导的NAb反应能持续多久是评价安全性和有效性的另一个参数。根据我们的实验和实验数据的总结，我们建议NAb引起的反应持续时间至少为6个月。

3.设计安全有效的新冠肺炎疫苗最佳抗原

s蛋白是大多数正在开发的新冠肺炎候选疫苗的主要抗原，因为它含有主要的中和表位，并且位于病毒颗粒的表面。但SARS-CoV全长S蛋白还含有多个免疫优势位点，可诱导高水平的非中和抗体，包括与ADE或有害免疫反应相关的抗体。我们以前的研究表明，由于RBD在S蛋白中含有主要的中和抗体表位，RBD可以诱导比全长S蛋白和S1亚单位更高效价和更低水平的非中和抗体的中和抗体。

10月19日，国际知名的艾滋病疫苗专家海恩斯博士在《科学转化医学》上撰文，发出了同样的呼吁——密切关注新冠肺炎疫苗的安全性。