了解疫苗開發(fā)的“前世今生”繪制全球傳染病疫苗研發(fā)藍圖：Cell 50周年特刊和Nature重磅綜述

了解疫苗開發(fā)的“前世今生”，繪制全球傳染病疫苗研發(fā)藍圖：Cell50周年特刊和Nature重磅綜述前言傳染病大流行對全球公共衛(wèi)生構成重大威脅，COVID-19使疫苗成為全球關注的焦點。過去的200年，在一系列技術和科學創(chuàng)新的推動下，疫苗在根除天花和顯著降低其他疾病的發(fā)病率方面發(fā)揮了重要作用。據(jù)統(tǒng)計，目前全球大約有27種疫苗獲得許可，如流感疫苗、乙肝疫苗、肺炎疫苗、HPV疫苗、百日咳疫苗等。這些疫苗可為20多種病毒的感染提供保護，但是能夠感染人類的病毒遠遠多于20種，比如最近在廣東省流行的登革病毒還沒有疫苗上市。Cell50周年特刊：疫苗的過去與未來在這篇題為“Transformingvaccinology”的綜述文章中，研究人員從疫苗關鍵創(chuàng)新的歷史角度出發(fā)，對滅活疫苗、重組疫苗、mRNA疫苗等技術平臺進行概述?；谝呙绨l(fā)展時間線梳理其研發(fā)史上的重要突破。從19世紀前直接接種活“毒”，到減毒活疫苗、滅活疫苗、亞單位疫苗，再到第三代mRNA疫苗，是一系列疫苗研發(fā)技術的重大突破：1)

DNA重組技術乙肝病毒無法被減毒培養(yǎng)，其疫苗遲遲未能研發(fā)成功。在DNA重組技術出現(xiàn)后，科學家成功在酵母表面獲得乙肝表面抗原，并用于預防乙肝病毒感染。在昆蟲細胞表達的抗原蛋白可以形成病毒樣納米顆粒，進而介導更強的免疫反應。2)

反向疫苗學基因組測序技術使科學家能夠從全基因組篩選有效抗原，通過抗原基因進行高通量克隆、表達、純化獲得重組蛋白，在進行體內(nèi)、體外評價，篩選出疫苗。第一個應用案例是B型腦膜炎桿菌疫苗。3)

基于結構的抗原疫苗設計這類疫苗的代表有呼吸道合胞病毒（RSV）融合蛋白（F）、SARS-CoV-2和中東呼吸綜合征（MERS）刺突蛋白（Spike）亞單位疫苗等。4）快速基因合成技術使病毒載體和mRNA疫苗直接在人體表達抗原，加速傳染病防治效率，比如針對SARS-CoV-2的mRNA疫苗。人類傳染病主要疫苗技術平臺（源自參考文獻：doi:10.1016/j.cell.2024.07.021）第一代：減毒活和滅活疫苗疫苗接種是利用人體免疫系統(tǒng)來對抗病毒感染。最早的自然免疫描述可以追溯到公元前430年，雅典的歷史學家Thucydides在一份戰(zhàn)爭報告中描述了一種瘟，導致雅典1/3的人口死亡，但康復者就不會再生病。因此指派康復人員照顧生病和垂死的人，這是與自然免疫相關的第一次具體線索。我國在千年之前的宋朝就已有“種痘”這種疫苗接種方法的記載。但疫苗接種歷史在1796年由“免疫學之父”英國醫(yī)生愛德華·詹納（EdwardJenner）而改變，為后人研究疫苗打開通道。牛痘疫苗的推廣和研究促使巴斯德、科赫等人針對其它傳染病需求治療和免疫的方法。巴斯德、科赫在一個世紀后發(fā)現(xiàn)傳染病是由微生物引起的。巴斯德推測接觸減毒病原體可以獲得免疫，于是開始開發(fā)多種方法的減毒實驗，比如干燥、加熱滅活，將病原體暴露在氧氣中，或者在不同的動物宿主中進行傳遞。巴斯德證明接種引起雞霍亂的減毒細菌具有保護作用，避免造成雞死亡，為減毒病原體疫苗開發(fā)鋪平道路。目前許可的減毒疫苗用來預防天花（牛痘）、麻疹、腮腺炎和風疹病毒、結核病、霍亂、流感、登革熱、輪狀病毒、水痘病毒、傷寒、黃熱病等等傳染病。第二代：亞單位疫苗重組亞單位疫苗通常具有良好的安全性和穩(wěn)定性，應用較廣的當屬乙肝疫苗，幾乎每個新生兒一來到這個世界就得打。其次還有重組蛋白帶狀皰疹疫苗、流感疫苗、戊肝疫苗、新冠疫苗等。結構生物學、反向疫苗學和新型佐劑創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)將促進重組蛋白疫苗的設計。例如呼吸道合胞病毒（RSV）疫苗有著50年的設計失敗歷史。隨著結構生物學的發(fā)展，確定RSV表面融合蛋白（F）存在兩種構象：融合前（pre-F）和融合后（post-F）。2012年，JasonMcLellan、PeterKwong和BarneyGraham發(fā)表了F的融合前構象的首個X射線結構，使團隊能夠通過插入二硫鍵和三聚體化域來設計一個穩(wěn)定的融合前抗原，穩(wěn)定了分子并將其鎖定在誘導強大中和抗體水平的融合前狀態(tài)。研究證實使用Pre-F蛋白免疫產(chǎn)生的中和效價比Post-F蛋白高6.9倍。基于此研究，2023年兩種穩(wěn)定RSV重組蛋白疫苗獲批上市。反向疫苗學（ReverseVaccinology）基于病原體基因組序列，結合生物信息學、蛋白質(zhì)組學、生物芯片等技術，預測病原體的毒力因子、表面抗原，篩選能夠引起免疫應答的抗原表位分子，再通過克隆表達獲得重組蛋白。2000年，Venter等對B群腦膜炎奈瑟菌（NeisseriameningitidisgroupB）MC58株的全部基因組進行注釋，從中發(fā)現(xiàn)大量新的表面抗原，反向設計的鏈球菌疫苗含有四種蛋白質(zhì)，可以為所有血型提供針對病原體的免疫。新型疫苗佐劑的研究有望改變機體調(diào)節(jié)免疫反應的能力。20世紀2年代，科研人員發(fā)現(xiàn)亞單位疫苗誘導機體產(chǎn)生的免疫較弱且短暫，因此需要額外的幫助才能使其更有效。經(jīng)過測試和篩選發(fā)現(xiàn)鋁的氫氧化物和磷酸鹽可作為穩(wěn)定劑和增強劑幫助疫苗誘導機體產(chǎn)生更強的免疫反應，隨后還開發(fā)了M59、AS03等用于流感疫苗的水包油型佐劑。隨著先天性免疫和模式識別受體研究進展，模式識別受體激動劑被證明是有效的疫苗佐劑，如TLR4的選擇性激動劑單磷酰脂質(zhì)A，如重組亞單位疫苗Shingrix?包含AS01B和失活的帶狀皰疹病毒糖蛋白E，其中AS01B是含有TLR4激動劑MPL和從皂樹樹皮中提取的皂苷QS-21的脂質(zhì)體佐劑系統(tǒng)。第三代疫苗：重組病毒載體疫苗和mRNA疫苗疫苗研發(fā)離不開合成生物學的發(fā)展。2010年，DonGibson和CraigVenter開創(chuàng)合成基因的能力，能夠直接從基因組序列合成疫苗，而無需接觸病原體。2013年，當我國疾病控制中心（CDC）公布H7N9禽流感的序列后，CraigVenter在第二天下載了序列并合成血凝素和神經(jīng)氨酸酶基因，隨后開發(fā)兩種疫苗。通過反向疫苗學生產(chǎn)常規(guī)亞單位疫苗和RNA疫苗。重組流感株在序列公布一周后可生產(chǎn)出亞單位疫苗，比傳統(tǒng)疫苗開發(fā)提前了幾個月。尤其是近幾年，我們看到合成疫苗徹底改變了現(xiàn)代疫苗學。2020年1月10日，CDC公布SARS-CoV-2病毒的基因組序列。第二天全球超過350個實驗室下載序列并生成S抗原的合成基因，義翹神州于1月22日成功生產(chǎn)SARS-CoV-2重要靶點SpikeRBD重組蛋白，第一時間助力傳染病病毒和疫苗研究?；诤铣苫虻男鹿谝呙缍鄺l路線齊頭并進，如mRNA疫苗、重組病毒載體疫苗、重組S蛋白疫苗。mRNA疫苗以其獨特的優(yōu)勢獲得較快的緊急使用授權。但是重組蛋白疫苗免疫原性強大持久。病毒載體疫苗使用減毒病毒疫苗株或非復制病毒作為載體，有效地將抗原基因傳遞到宿主細胞核中以誘導免疫反應。目前，許多病毒載體，如人類和黑猩猩腺病毒（Ad和ChAd）、水泡性口炎病毒（VSV）、改良的安卡拉牛痘病毒（MVA）、麻疹病毒（MV）、痘病毒、新城疫病毒（NDV）和其他病毒已被用作疫苗開發(fā)的載體。獲批的病毒載體疫苗有基于腺病毒（Ad5）的埃博拉病毒和SARS-CoV-2疫苗。mRNA技術為疫苗開發(fā)提供了一個令人興奮和有希望的途徑。從理論上講，mRNA疫苗的開發(fā)只需要在成熟的技術平臺上替換抗原序列，在預防和控制新出現(xiàn)的傳染病方面優(yōu)勢巨大。相關報道文章較多，本文不再贅述。清華梁萬年教授匯總全球疫苗研發(fā)藍圖此前，清華大學的梁萬年教授團隊曾在Naturereviewsdrugdiscovery期刊發(fā)表綜述文章“TheR&Dlandscapeforinfectiousdiseasevaccines”，結合疫苗技術平臺、傳染病領域及全球研發(fā)地區(qū)分布對當前全球傳染病疫苗研發(fā)進行概述分析。研究人員對966種候選疫苗進行統(tǒng)計，其中占據(jù)榜首的是重組蛋白疫苗（22%，215種）。重組蛋白疫苗安全性、穩(wěn)定性良好和易于制造，是所有類型中臨床Ⅰ期開發(fā)數(shù)量最多的候選疫苗（93種）。核酸疫苗發(fā)展迅速，緊隨重組蛋白疫苗之后位居第二（18%，173種）。目前許多候選疫苗正在開發(fā)中，包括新冠（95個）、流感（24個）和艾滋病毒（21個）。雖然文章沒有統(tǒng)計mRNA疫苗的占比，但是根據(jù)當下情況，不難猜出mRNA占有壓倒性的比例。當然減毒或滅活病毒疫苗仍然占據(jù)較大的研發(fā)比例（兩者合占23%）。病毒載體疫苗有可能誘導強大和持久的免疫反應，近年來備受關注。據(jù)統(tǒng)計有133種候選病毒載體疫苗正在研發(fā)中，包括腺病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒、慢病毒和痘病毒，用于開發(fā)埃博拉、艾滋病毒、流感和新冠等疾病的疫苗。結合疫苗基于免疫原性蛋白載體與莢膜多糖或肽的共價連接，主要針對腦膜炎球菌、肺炎球菌和流感嗜血桿菌等病原體開發(fā)。傳染病疫苗研發(fā)藍圖（源自文獻：doi:10.1038/d41573-023-00119-4）一系列的研究和綜述文章展現(xiàn)了疫苗研究領域的活力和創(chuàng)新。全球科學家持續(xù)突破疫苗開發(fā)，以期面對新出現(xiàn)傳染病的威脅。?義翹神州疫苗研發(fā)解決方案義翹神州擁有先進的技術平臺和豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗，為多種疫苗研發(fā)提供解決方案。產(chǎn)品和服務涵蓋疫苗早期開發(fā)、臨床前研究、臨床試驗、生產(chǎn)和質(zhì)量控制的整個流程，助力客戶高效推進項目研發(fā)。部分客戶案例展示新冠mRNA疫苗開發(fā)四川大學華西醫(yī)院宋相容團隊在小鼠模型中研究了脂質(zhì)體新冠RBD-mRNA疫苗（LPX）的給藥途徑對免疫原性的影響，證實不同給藥途徑影響血清中和病毒的能力和Th1型、Th2型細胞免疫反應。研究人員利用義翹神州的新冠SpikeRBDELISA試劑盒（Cat#:KIT40592）定量檢測HEK293T細胞裂解液及小鼠血清中的RBD蛋白水平。疫苗LPX在HEK293細胞中轉(zhuǎn)染12和24小時后，用ELISA試劑盒（Cat#:KIT40592）定量分析細胞內(nèi)外RBD表達量；B.檢測不同免疫途徑接種LPX疫苗后，小鼠體內(nèi)血清的RBD水平。（源自文獻：doi:10.1016/j.jconrel.2021.05.024）RSV亞單位疫苗開發(fā)ChulalongkornUniversity研究團隊在開發(fā)RSV重組蛋白疫苗研究中，以義翹神州的RSV-F蛋白（Cat#:11049-V08B）為包被抗原，用ELISA方法評估RSV-FFc融合蛋白的免疫原性。利用抗RSV-F單抗（Cat#:11049-R302）進行微量中和試驗（microneutralizationassay）評估小鼠免疫血清的中和抗體水平。ELISA檢測小鼠免疫血清的RSV特異性滴度；B.微量中和試驗檢測小鼠免疫血清的中和抗體滴度（源自文獻：doi:10.1016/j.btre.2023.e00826）重組帶狀皰疹疫苗開發(fā)YaruQuan等人在開發(fā)氫氧化鋁為佐劑的新型帶狀皰疹候選疫苗LZ901過程中，使用義翹神州VZV-gE重組蛋白評估疫苗的免疫原性。結果表明，LZ901誘導的gE特異性IgG抗體水平與Shingrix?疫苗（AS01B佐劑）相當，且FAMA法證明了兩者的中和抗體能力相似。gE特異性IgG滴度分析（源自文獻：doi:10.3390/vaccines12070775）免責聲明：義翹神州內(nèi)容團隊僅是分享和解讀公開的研究論文及其發(fā)現(xiàn)，專注于介紹全球生物醫(yī)藥研究新進展。本文僅作信息交流用，文中觀點不代表義翹神州立場。隨著對疾病機制研究的深入，新的實驗結果或結論可能會修改或推翻文中的描述，還請大家理解。本文不屬于治療方案推薦，如需獲得治療方案指導，請前往正規(guī)醫(yī)院就診?！緟⒖嘉墨I】1.

RinoRappuoli,GalitAlter

andBaliPulendran,Transformingvaccinology.Cell.2024./10.1016/j.cell.2024.07.0212.

JianyingYue,

etal.TheR&Dlandscapeforinfectiousdiseasevaccines.Naturereviewsdrugdiscovery.2023./10.1038/d41573-023-00119-43.

HaiHuang,etal.TheinvestigationofmRNAvaccinesformulatedinliposomesadministratedinmultipleroutesagainstSARS-CoV-2.JournalofControlledRelease,2021./10.1016/j.jconrel.2021.05.0244.

N.Pisuttinusartetal.

Immunogenicityofarecombinantp