高福團隊開發出通用疫苗策略，同時針對新冠、SARS、MERS
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近日，中國科學院微生物高福院士和嚴景華研究員合作團隊，提出了一種針對MERS、SARS以及新冠肺炎的通用疫苗設計策略。論文以提前公開的形式發表在《細胞》上。基於該策略生產的疫苗已經在動物中獲得遠超同類型疫苗的免疫效果，目前已經獲批進入臨床試驗。
6月29日，根據世界衛生組織的數據，全球新冠病毒的感染者已經破千萬大關，累計死亡病例達到50萬例。但是，世衛組織發言人表示，這並不意味著疫情已經達到最高峰，確診病例在未來還會繼續上揚。以目前的防治措施和基礎病例數來看，從1000萬增加到2000萬的時間只會更短。
由於傳統措施比如隔離，只是阻斷病毒傳播，卻不能建立免疫屏障，因此我們仍然需要有效的疫苗來增加自身免疫力抵禦病毒。可能有人會提出，人體對冠狀病毒並不能產生持久的免疫力，疫苗或許也幫不上什麼忙。因為在過去的經驗中，例如SARS和MERS病毒在感染人體後，人類不能產生長期的免疫保護能力，通常只有6個月到1年的時間，而人體對新冠病毒的反應可能類似。
但是，在感染人數如此龐大的基礎下，疫苗仍然是保護健康人群的唯一希望。即使疫苗注射後只能給予1年的保護時間，也可以通過定期注射來彌補，又或者改造疫苗效率延長保護時間。而沒有疫苗，人類在新冠病毒抵禦中就只能徒手抗敵了。
疫苗設計思路
現在生產疫苗基本上有兩種思路，一種是基於基因的疫苗，例如新冠病毒的DNA或者mRNA疫苗、重組載體疫苗，這些疫苗在進入人體後能利用宿主細胞複製病毒的相關基因，生成抗原來使人產生免疫力。
另外一種就屬於比較經典的疫苗生產方式，利用病毒蛋白或者蛋白亞基製成疫苗，這些蛋白會直接在體外批量生產，注入人體後再提供免疫作用，乙肝疫苗就是以此方法製備的。這種以蛋白激活免疫的傳統方法，相對要更有效和安全。
在冠狀病毒中，最適合用於疫苗針對的就是S蛋白，也就是常說的刺突蛋白。常規的疫苗生產方式可以直接將S蛋白當作疫苗的抗原成分，完整的S蛋白因為很大（約600 kDA），通常具有很高的免疫原性，即能讓人體產生很強的免疫反應。
幾年前，美國斯克利普斯研究所的研究人員就利用MERS病毒的S蛋白設計了一種針對MERS的疫苗，在他們的實驗中，這種疫苗能激發產生大量中和抗體。這說明，傳統的疫苗製備方法是足以應對冠狀病毒入侵的。
但是，用S蛋白生產的疫苗有一點弊端，S蛋白包括了RBD（受體結合域）、和非RBD，例如N端結構域，這些區域都能使身體產生中和抗體，而另外的蛋白區域則有可能產生非中和抗體，導致ADE效應。ADE即所謂的抗體依賴的增強作用，這種情況下產生的抗體（多為非中和抗體），不僅無法消滅病毒，還能增強病毒侵入細胞的能力。這是曾在SARS和MERS病人中就觀測到過的現象。
提升疫苗效率
因此，後續的疫苗生產都開始更注重免疫聚焦，也就是著重產生中和抗體的區域來開發疫苗。冠狀病毒S蛋白的RBD就是適合免疫聚焦的區域。目前，針對MERS和SARS病毒都有一些基於RBD的疫苗，新冠病毒疫苗的開發工作也有相當一部分是針對SARS-CoV-2的RBD開發的。
儘管這類疫苗的免疫聚焦確實要更好，但是依賴單個RBD抗原作為疫苗成分的效率並不高，許多接種的動物產生的中和抗體滴度很低，這說明RBD單體的免疫原性不強。現在的一些增強免疫原性的策略，比如多聚化或者抗原提呈顆粒會引入額外的外源序列，增添臨床應用的審批。而微生物所和高福院士所做的新工作就是在保證免疫聚焦的情況下，更簡單和通用地提升RBD疫苗的免疫原性。
該設計主要思路並不複雜，拆分S蛋白三聚體，獲得RBD單體後用二硫鍵將兩個RBD單體連起來。以RBD二聚體（RBD dimer）形式作為疫苗成分時，既能顯著提升免疫原性和中和抗體的滴度，又能保證高效地產生中和抗體。
設計思路：拆分S蛋白三聚體，獲得RBD，用二硫鍵連成RBD二聚體。以此作為疫苗成分，接種後的小鼠接受冠狀病毒感染時，免疫系統能有效阻止病毒入侵，保護個體。
研究首先使用了MERS冠狀病毒作為測試目標，在昆蟲細胞中大量表達了MERS-CoV的RBD。這些被收集的RBD單體，通過二硫鍵處理後形成了RBD二聚體。通過純化和調節濃度後，RBD二聚體就成了最後的疫苗成分。
RBD二聚體的示意圖
根據論文的文字描述（目前論文為提前發表形式，圖片數據還不全），與常規注射RBD單體疫苗的小鼠相比，注射了RBD二聚體疫苗的小鼠獲得的免疫力會要更強，體內中和抗體的滴度也更高。而那些本身對MERS病毒易感的小鼠，在接受了這種新型疫苗注射後，能持久地抵抗MERS病毒的感染。
一種通用設計策略
這一結果給了高福等研究者很大的啟發，他們認為這種方法同樣能應對SARS和新冠病毒。在後續研究中，他們設計了一個RBD二聚體升級版本，利用多個二聚體構成了RBD二聚體的串聯形式（sc-dimer），sc-dimer與單個的二聚體免疫作用一樣，但是免疫效率再次得到了提升。
除了MERS冠狀病毒，這種改進的sc-dimer同樣適用於SARS冠狀病毒和新冠病毒。利用sc-dimer生產的疫苗在小鼠體內產生的中和抗體滴度，是傳統單體RBD疫苗產生的10~100倍。這意味著，這種RBD二聚體串聯方式，適用於各種β冠狀病毒，可以說是SARS-CoV、MERS-CoV和SARS-CoV-2疫苗生產的通用設計方式。
基於這一通用設計策略，中科院微生物所已經設計開發出COVID-19重組蛋白疫苗。恆河猴攻毒保護試驗結果顯示，該疫苗免疫能誘導產生高水平的中和抗體，顯著降低肺組織病毒載量，減輕病毒感染引起的肺部損傷，具有明顯的保護作用。
國家藥品監督管理局6月19日批准了微生物所和安徽智飛龍科馬共同研發的新冠重組蛋白疫苗進入臨床試驗，這也是中國COVID-19疫苗五條技術路線中首個獲得臨床批件的重組蛋白疫苗，而疫苗的成分就是RBD二聚體抗原。新疫苗的I期臨床試驗將重點測試疫苗在人體的耐受性和安全性，而更多類型疫苗的出現也將給未來的健康人群提供多一份保障和希望。
