RNA疫苗或成新冠疫情終結(jié)者？

RNA疫苗的實際產(chǎn)能與預期可能會有偏差。

撰文 | 汪汪

11月9日，美國輝瑞（Pfizer）公司發(fā)布消息，稱其與德國BioNTech公司合作研發(fā)的mRNA新冠疫苗BNT162b2對沒有感染新冠病毒的健康受試者有效，且有效性超過90%。緊隨其后，11月16日，Moderna公布了該公司研發(fā)的新冠疫苗mRNA-1273 的三期臨床試驗結(jié)果，表明該疫苗具有94.5%的保護效力。這兩則新聞都引起了巨大的轟動。目前全世界有超過200種COVID-19疫苗正處于研發(fā)中，其中48種已經(jīng)進入臨床研究階段[1]。全球新冠感染人數(shù)還在不斷增加，所有人都將期盼的目光轉(zhuǎn)向疫苗，它或許是破局的唯一途徑。各大公司和科研機構(gòu)都在快馬加鞭， RNA疫苗為何能夠拔得頭籌？

五類疫苗，各有優(yōu)勢早在1880年以前，人類就已經(jīng)開發(fā)出疫苗，用于預防致病微生物，英語中疫苗一詞“vaccine”源自于愛德華·金納（Edward Jenner）所使用的牛痘，“vacca”即是拉丁文中的“?！?。牛痘疫苗成功消除了當時肆虐人間的天花，愛德華也因此被稱為疫苗之父。在此之后，人類繼續(xù)成功地用疫苗控制和根除了許多嚴重的動物傳染?。ɡ缃?jīng)典的豬瘟、牛瘟）和人類傳染病，如小兒麻痹癥、麻疹、腮腺炎、流感等[2]。

疫苗的種類不同，但發(fā)揮作用的機制是相似的。它們通常采用注射形式，將低劑量的病原體注入人體——這些病原體可能是部分也可能是全部形態(tài)——以促使人體產(chǎn)生針對這種病原體的抗體。抗體具有免疫記憶特性，當再次出現(xiàn)相同的病原時，機體會迅速產(chǎn)生免疫響應，進而預防感染。

根據(jù)引發(fā)免疫應答的方式不同，我們可以將制備疫苗的技術(shù)分為五種（圖1）。一些技術(shù)比如說減毒活疫苗、滅活疫苗等已經(jīng)投入大規(guī)模應用，而一些新技術(shù)比如RNA/DNA疫苗還從未出現(xiàn)于人用商業(yè)疫苗中。

圖1. 五種類型疫苗通過引發(fā)免疫應答的方式不同而有所區(qū)別[3]

1. 減毒活疫苗（Live attenuated vaccines）

減毒活疫苗是現(xiàn)有的最為成功的疫苗，在抗傳染病戰(zhàn)場上曾立下戰(zhàn)功無數(shù)，例如預防麻疹、脊髓灰質(zhì)炎。減毒活疫苗是從自然界篩選或者由實驗室培育出的毒力降低或者無毒的病原體，這些病原體可以存活但不會引起疾病，接種后，疫苗中的病毒可以生長、復制，從而引起接種者的免疫反應。
優(yōu)點：

模仿自然感染過程，因此具有強大的保護作用

具有成熟的監(jiān)管批準體系，以及大規(guī)模制造的經(jīng)驗

單次注射即可發(fā)揮免疫效應，無需其他佐劑

缺點：

活病毒仍然有微小的可能會在人體內(nèi)恢復毒力

由于潛在的安全隱患，免疫系統(tǒng)較弱的人被限制使用

需冷藏儲存，給運輸帶來潛在壓力

2. 滅活疫苗( Inactivated vaccines)

滅活疫苗是通過加熱、化學手段或者輻射等方式使病毒失去活性，這些滅活后的病毒無法在體內(nèi)復制，但仍可觸發(fā)免疫效應。滅活疫苗也被廣泛使用，早前在針對脊髓灰質(zhì)炎病毒的疫苗和某些類型的流感疫苗中曾應用過這一技術(shù)。九月初，中國政府已經(jīng)緊急批準了由Sinovac Biotech公司開發(fā)的滅活COVID-19疫苗，限量使用于高危人群[4]。
優(yōu)點：

技術(shù)完備，安全性高

病毒經(jīng)過滅活，可用于免疫力低下的人群

缺點:

免疫性低，需要多次接種加強免疫。

3. 蛋白亞單位疫苗（Protein subunit）

亞單位疫苗不包含病毒的活成分，而是由可觸發(fā)免疫反應的病毒純化片段（如蛋白質(zhì)抗原）制成。這也是一種此前使用過的技術(shù)，如乙型肝炎疫苗就是以乙型肝炎病毒表面抗原為基礎(chǔ)制成的。
優(yōu)點：

沒有病毒活成分，安全性較高

可用于免疫力低下的人群和其他弱勢人群

缺點:

需要對能引起免疫反應的蛋白質(zhì)抗原進行研究，因此研發(fā)時間較長

免疫性低，需要多次接種加強免疫，或與免疫系統(tǒng)刺激劑同時使用

4. 載體病毒疫苗（Virus vectors）

此類疫苗通常采用被削弱且本身無法引起疾病的病毒作為載體，將真正的致病抗原傳遞到體內(nèi)，在感染體內(nèi)細胞后，載體病毒攜帶的大量抗原可以引發(fā)免疫反應，繼而產(chǎn)生免疫效果。本次疫情中一個引人注目的例子是澳大利亞政府寄予厚望的一顆疫苗：由牛津大學與阿斯利康聯(lián)合研發(fā)的疫苗AZD1222（以前稱為ChAdOx1），它就是基于改良的黑猩猩腺病毒作為載體的疫苗。
國際上目前已批準為兩種基于腺病毒載體的COVID-19疫苗開啟緊急使用，在醫(yī)務人員、防疫人員、邊檢人員以及保障城市基本運行人員等特殊人群中，先建立起免疫屏障，保障整個城市的運行。一個是由中國軍事醫(yī)學科學院與CanSino Biologics公司聯(lián)合研發(fā)的疫苗[5]，另一個是由隸屬俄羅斯衛(wèi)生部的加馬列亞研究中心（Gamaleya Research Institute）研發(fā)的疫苗[6]。
優(yōu)點：

免疫效果好，疫苗接種后可以實現(xiàn)抗體的高濃度表達

單劑量足以刺激長期保護

缺點:

載體病毒也可能激發(fā)免疫應答，從而降低疫苗的有效性

生產(chǎn)效率較低，成本較高

5. DNA/RNA 疫苗 （DNA/RNA-based）

DNA和RNA疫苗是在對病毒進行基因測序后，找到編碼一部分病毒遺傳物質(zhì)的片段（例如刺突蛋白），通過在實驗室制造這些片段來生產(chǎn)疫苗。在注射疫苗后，人類的細胞會通過這些片段來產(chǎn)生該病毒的對應部分蛋白（或抗原），進而激發(fā)免疫反應。此類疫苗僅需要病毒的基因序列即可快速進行研發(fā)，所以它們能率先進入臨床試驗。例如Moderna公司和美國國家過敏和傳染病研究所（US National Institute of Allergy and Infectious Diseases）共同開發(fā)的RNA疫苗mRNA-1273，在新冠病毒測序后僅兩個月就進入了臨床試驗階段。
優(yōu)點：

僅根據(jù)基因測序即可快速開展疫苗研發(fā)

制造技術(shù)簡單，可以大規(guī)模生產(chǎn)，成本相對低廉

僅含病毒的遺傳物質(zhì)片段，不會使人感染病毒

缺點:

目前尚無批準用于人類的DNA / RNA疫苗，因此在批準使用之前，它們可能會面臨難度更大的法規(guī)審查

病毒片段帶來的免疫效果低，因此可能需要多次接種加強免疫

理論上仍存在這樣一種可能性：疫苗中所含的DNA/RNA片段可能被整合進入接種者基因組中

圖2. 各種疫苗及其潛在優(yōu)點和缺點的總結(jié)

（原圖來源：https://www.nature.com/articles/s41392-020-00352-y）

RNA疫苗：美景尚未成真11月9日，輝瑞（Pfizer）公司和BioNTech公司聯(lián)合宣布，雙方聯(lián)合開發(fā)的基于mRNA技術(shù)的候選新冠疫苗BNT162b2在三期臨床試驗的中期有效性分析中，顯示出高達90%的保護效力。據(jù)《金融時報》（Financial Times）報道，如一切順利，輝瑞計劃在11月的第三周申請緊急批準上市[7]。緊隨其后，11月16日，Moderna公布了該公司COVID-19疫苗mRNA-1273 的三期臨床試驗結(jié)果，數(shù)據(jù)表明該疫苗具有94.5%的保護效力，根據(jù)這一結(jié)果，Moderna將在未來幾周向FDA申請緊急授權(quán)（EUA）[8]。

RNA疫苗為何能在此次全球新冠疫苗研發(fā)競賽中遙遙領(lǐng)先？

mRNA（信使核糖核酸）是一種儲存著遺傳信息的RNA分子，在人體內(nèi)，它由DNA轉(zhuǎn)錄而來，可以為細胞提供指令，指導細胞合成對應蛋白。一言以蔽之，mRNA疫苗的作用機制就是讓人體細胞表達病毒蛋白片段，從而激發(fā)免疫反應（圖3）。

制備mRNA疫苗，首先要在對病毒進行遺傳物質(zhì)分析后，找到病毒編碼特異性抗原的mRNA序列。例如面對新冠病毒，我們需要找到編碼表面刺突蛋白的對應序列——因為這是病毒結(jié)構(gòu)中最可能引起人類免疫反應的病毒部分。然后構(gòu)建疫苗。

目前有兩種mRNA疫苗形式：非復制mRNA（NRM）疫苗和自擴增mRNA（SAM）疫苗。構(gòu)建好的mRNA被配制進載體中——通常是脂質(zhì)納米顆?！员Ｗo它們免受降解，并促進細胞攝取。載體顆粒被攝取進入細胞后，釋放出mRNA，被核糖體翻譯后產(chǎn)生目標蛋白質(zhì)（可被識別的抗原）。目標蛋白被細胞分泌后，被免疫系統(tǒng)識別并激發(fā)免疫反應[9]。

在上文中我們提到，典型的疫苗是用滅活、減毒或者是微生物片段來生產(chǎn)的，是由外界遞入的蛋白片段或者由外界遞入的病毒產(chǎn)生的蛋白片段，來直接激發(fā)人體的免疫應答。而mRNA疫苗從第一步開始就截然不同，它必須被人體細胞吸收，然后誘導人體細胞產(chǎn)生部分病毒蛋白，這些病毒蛋白根據(jù)mRNA的序列而表達。傳統(tǒng)疫苗就像是給人體輸送了一臺可以表達病毒蛋白的計算機，而mRNA疫苗更像是賦予人體一套操作系統(tǒng)，由人體自行表達蛋白，這些蛋白分子是獨立的，并不會組裝成病毒，但是可以引發(fā)免疫應答[10]。

圖3. mRNA疫苗的作用機制

（圖片來源：https://www.nature.com/articles/s41541-020-0159-8#Fig1）

根據(jù)上述不同疫苗制備技術(shù)可以看出，傳統(tǒng)疫苗的研發(fā)周期長，生產(chǎn)相對費時費力。而mRNA疫苗的優(yōu)勢正在于對病毒基因組進行測序之后，就可快速進入研發(fā)流程。理論上來說，在研發(fā)成功之后，它的生產(chǎn)流程所需要的就是組成RNA的堿基（即A、U、C和G）和酶，因此可以快速線性放大生產(chǎn)。輝瑞與Moderna公司對疫苗的產(chǎn)量預期都十分高：輝瑞表示2021年能夠生產(chǎn)多達13億劑疫苗，而Moderna公司則表示2021年將能在全球生產(chǎn)5億至10億劑疫苗。

但是這一切僅僅是預期。由于之前沒有mRNA疫苗的上市案例，因此相關(guān)的法規(guī)、質(zhì)控標準、以及運輸注意事項等方面都是在摸索中前行，還存在許多未知的問題，這些無法排除的意外情況可能會造成疫苗產(chǎn)能與預期值存在偏差。

除了預估產(chǎn)量有一定差別，這兩種跑在最前面的mRNA疫苗還存在如下差別：

使用劑量有差異。在官方報道的臨床實驗數(shù)據(jù)中，輝瑞公司的BNT162b2疫苗單次注射的劑量為30μg，而Moderna公司的mRNA-1273疫苗單次注射劑量為100μg，是前者的3倍[11]；

在儲存和運輸方面，Moderna公司稱mRNA-1273疫苗穩(wěn)定性優(yōu)于輝瑞的BNT162b2。后者必須在-80℃下存儲和運輸，而前者可在2℃-8℃的標準冷藏溫度下保持穩(wěn)定一個月，并在-20℃的冷藏條件下保持六個月的穩(wěn)定；這意味著Moderna的疫苗在儲存、運輸和使用方面更為便利；

在安全性方面，根據(jù)雙方披露的數(shù)據(jù)來看：輝瑞公司的BNT162b2無明顯的安全隱患，常見的不良反應只有易感疲勞(3.8%)和頭痛(2.0%)[12]；而Moderna公司也同樣表示臨床實驗結(jié)果表明無重大安全隱患，大多數(shù)不良反應為輕度或中度，第一次給藥后會出現(xiàn)注射部位疼痛(2.7％)，第二次給藥后會出現(xiàn)易感疲勞(9.7％)，肌肉疼痛(8.9％)，關(guān)節(jié)痛(5.2％) ，頭痛(4.5％)和注射部位的紅斑/發(fā)紅(2.0％)等[8]。

在保護效力方面，輝瑞與BioNTech公司11月18日公布的三期臨床數(shù)據(jù)表明，BNT162b2疫苗的有效率達到95%；Moderna公司的三期臨床試驗數(shù)據(jù)則表明RNA-1273 疫苗具有94.5%的保護效力。從數(shù)字上看，二者相差無幾，現(xiàn)在還無法選出優(yōu)勝者，因為二者臨床試驗的構(gòu)建方式存在一定差異，并且目前披露出的有限的臨床試驗和安全性數(shù)據(jù)無法為我們提供更多的信息。

我們需要不止一個冠軍這場始于2020年初的疫情，沒人能想到它的影響力會如此之大。大家都在焦急等待著有效疫苗的上市，期待著它能將我們混亂的2020拉回正軌，最近的一些關(guān)于疫苗的新聞和數(shù)據(jù)也給了我們這樣的希望，各大公司和科研機構(gòu)都在快馬加鞭加快研發(fā)進度，所有人都將期待的眼神聚焦在終點線上，期待著領(lǐng)先者大步邁過終點，為我們帶來好消息。但用“競賽”來形容可能并不合適，傳統(tǒng)疫苗和新技術(shù)到底哪種效果更好尚未可知，對疫苗安全性的考察我們?nèi)孕枭髦稚?。更重要的是，我們希望不止一個勝利者沖過終點——希望有更多的疫苗可供選擇，成為人類健康堅強可靠的守護者。

參考文獻

[1]https://www.who.int/publications/m/item/draft-landscape-of-covid-19-candidate-vaccines

[2] Advances in mRNA Vaccines for Infectious Diseases，F(xiàn)ront. Immunol., 27 March 2019， https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.00594

[3] https://theconversation.com/from-adenoviruses-to-rna-the-pros-and-cons-of-different-covid-vaccine-technologies-145454

[4] https://www.pharmaceutical-technology.com/news/sinovac-vaccine-emergency-use/

[5] https://www.nature.com/articles/d41586-020-02523-x

[6] https://sputnikvaccine.com

[7] https://www.ft.com/content/96614ecd-c854-4582-a1a6-76c050c5c847

[8] https://investors.modernatx.com/news-releases/news-release-details/modernas-covid-19-vaccine-candidate-meets-its-primary-efficacy

[9] Jackson, N.A.C., Kester, K.E., Casimiro, D. et al. The promise of mRNA vaccines: a biotech and industrial perspective. npj Vaccines 5, 11 (2020). https://doi.org/10.1038/s41541-020-0159-8

[10] https://www.acsh.org/news/2020/10/21/how-pfizers-rna-vaccine-works-15104

[11] https://www.cdc.gov/vaccines/acip/meetings/downloads/slides-2020-08/COVID-07-Oliver.pdf

[12] https://www.pfizer.com/news/press-release/press-release-detail/pfizer-and-biontech-conclude-phase-3-study-covid-19-vaccine