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science展望:如何快速开发covid-19疫苗?应该注意什么?

快速开发预防covid-19的疫苗是一项全球当务之急,确定利害关系和潜在障碍至关重要,因为监管和医疗决策是基于利益制定的:也就是风险计算。通过建立群体免疫可以降低大流行性传播病毒的能力,而一个关键的问题在于通过开发有效的疫苗或者接下来几年反复感染达到60%~70%的人被感染是否可以防止sars-cov-2的传播。由于人类还是首次接触sars-cov-2,所以重复流行的后果将是高得令人无法接受的死亡率、严重的经济破坏和对我们生活方式的重大调整。因此,开发一种有效疫苗的好处是非常大的,如果能够及时部署以防止重复或持续的流行,好处就更大。

疫苗开发通常以数十年为单位,因此在2020年底甚至2021年之前获得可大规模分发的批准疫苗将是前所未有的。然而,新的制造平台、基于结构的抗原设计、计算生物学、蛋白质工程和基因合成为现在快速和精确地制造疫苗提供了工具。抗病毒疫苗可分为两大类。基于基因的疫苗传递编码宿主细胞产生的蛋白质抗原的基因序列。这些疫苗包括活病毒疫苗、重组疫苗或核酸疫苗。以蛋白质为基础的疫苗包括全灭活病毒、单个病毒蛋白质或子域,或以颗粒形式组装的病毒蛋白质,所有这些都是在体外制造的。重组疫苗和核酸疫苗最适合快速生产,因为它们更容易适应平台生产技术,其中上游供应链和下游流程对于每个产品都是相同的。通过了解疫苗抗原的原子结构和疫苗中保存的目标抗原表位,可以达到精确抗原递送。
对于任何打算产生抗体介导免疫的疫苗来说,提供构象正确的蛋白质都是至关重要的。cov刺突蛋白展示在病毒表面并帮助病毒进行入侵。它通过进行大规模重组来完成这一过程,这种重组将病毒和细胞膜拉在一起并融合它们。因此,刺突蛋白是一种动态亚稳态蛋白,主要有两种构象状态:融合前和融合后构象。展示这种抗原,使其保持原始的原生融合前刺突蛋白的表面轮廓和化学性质,将保留高质量中和抗体反应所需的抗原表位。疫苗的配方和递送也可以影响t细胞的功能和反应模式。基于基因的疫苗可诱导cd8 t细胞,同时产生cd4 t辅助性1型细胞免疫应答,具有良好的抗病毒特性。佐剂不仅可用于提高蛋白质疫苗引起的抗体反应的强度和持久性,还可影响t细胞来源的细胞因子模式,从而调节免疫反应。
安全性是为健康人群接种疫苗的首要目标,接种疫苗有可能使随后的sars-cov-2感染更加严重。这种情况以前也发生过。以前有两种不同的综合症与接种疫苗增强的疾病有关。一个是抗体依赖的增强反应(ade),另一种是疫苗增强的呼吸道疾病(vaerd), ade是一个fc(抗体的尾端)介导增强反应,通常与虫媒病毒感染相关,如登革热病毒(3)。ade的机制设计病毒抗体复合物对表达fcr的细胞的结合能力增强,这会促进病毒进入细胞。当疫苗诱导的抗体由于浓度或亲和力不足或特异性错误而不能有效中和病毒时,更有可能发生这种情况。

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研究还发现ade与猫传染性腹膜炎病毒(fipv)有关,这是一种冠状病毒,以巨噬细胞为目标进行感染,并导致系统性血管炎样疾病。在之前接种含铝佐剂灭活病毒的猫中,感染后发现抗体介导的疾病增强现象。虽然sars-cov-2细胞趋向性尚未完全确定,但它是一种呼吸道病毒,与引起中东呼吸综合征(mers-cov)和sars (sars-cov-1)的冠状病毒一致,呼吸道上皮细胞感染导致的发病机制与趋向巨噬细胞的fipv非常不同。基于聚合酶链反应(pcr)对病毒基因片段的检测,研究人员发现在体外培养的人b细胞淋巴瘤细胞系中,sars-cov-1发生了ade。然而,在体内没有实验数据表明这种抗体介导的进入与sars-cov-1等呼吸道冠状病毒的病理生理有关,甚至在体外也没有产生感染性病毒,提示复制周期失败。
vaerd是一个独特的临床综合征,在1960年代使用全失活的病毒疫苗防治婴儿患麻疹和呼吸道合胞病毒(rsv)的实验中发现。注射的抗原剂量不足,特别是使用构象不正确的抗原会导致与增强呼吸道疾病(erd)相关的两种主要现象。一种是结合抗体和中和抗体比例相对较高,如果出现大量可以结合但是不能中和病毒的抗原,高滴度的病毒可能导致免疫复合物沉积和补体激活。另一个现象是,接种全灭活病毒疫苗后再发生rsv感染可导致过敏性炎症。这个过程会产生大量的细胞因子白介素-4 (il-4)、il-5和il-13并导致粘液产生增加、嗜酸性粒细胞募集、气道高反应性和细胞溶解t细胞活性减弱,统称为2型辅助t细胞免疫反应(th2)。这些情况会增强气道功能障碍和延迟病毒清除。因此,避免th2免疫反应可能是重要的,特别是在具有容易阻塞的小气道的幼儿中。
在共同注射明矾与全失活病毒的小鼠、大鼠、牛和非人类灵长类动物模型中已经观察到相似的t细胞和细胞因子反应模式。几乎所有出现vaerd的情况都是使用的全灭活病毒。动物实验需要注意的是,过敏炎症现象也可以通过使用相同的细胞系和培养基来培养疫苗病毒和挑战病毒来引发。即使没有病毒抗原,细胞成分和培养基添加剂也能引起这些蛋白质的敏化
在covid-19疫苗开发中,应该考虑以前关于rsv疫苗的工作,从而了解到一些可以减轻疫苗增强疾病综合征风险的方法。通过测量中和抗体的诱导作用,以及在动物模型中证明对病毒复制和疾病的保护,在早期临床研究中证明疫苗有效性的潜力将是重要的。同样重要的将是使用构象正确的抗原,以引出高质量的、功能相关的抗体,并避免诱导非中和抗体和th2偏倚免疫反应。使用有限稀释的疫苗和检查再暴露后突破性感染动物的肺病理学特征,也应该有助于评估可能的异常病理接种的人。
在rsv动物模型中定义vaerd的参数将疫苗开发的广泛行业参与推迟了约30年。在大流行期间,根据动物的初步免疫原性要求候选疫苗具有某些质量,并根据人类免疫原性和动物模型保护的证据开展第一阶段,这是合理的。在有效性试验(即第2和第3阶段试验)中,证明将疫苗扩大到数千名受试者的合理性,可能需要额外的证据,证明使用有限剂量的疫苗和在sars-cov-2挑战后出现突破性感染的动物接种疫苗是安全的。在对动物模型进行疫苗研究的同时,对健康成年人的候选疫苗进行明智的评估,并同时加快过程开发以扩大生产能力,这为人类受试者提供了一条风险最低的前进道路,并通过加快covid-19疫苗的可获得性,带来巨大的潜在效益。(生物谷bioon.com)