看到大家都在发2020年的总结文案,我作为一个公共卫生学院的研究生,决定用一篇科普文章总结一下我们与新冠病毒博弈的这一年。
一、提问:我之前看过几篇疫苗种类的文章,可是讲得很复杂,涉及到种类很多,我根本记不住怎么办?
回答:别担心,请看新手小白版,新冠病毒疫苗方法可以大致分为3种:
①传统方法,②新型方法,③前沿方法
传统方法就是人类前期已经多次运用过的方法,主要包括灭活疫苗(inactivated vaccine)和减毒活疫苗(live attenuated vaccine)。科兴的疫苗和国药北京生物制品研究所的疫苗都属于灭活疫苗。
新型方法就是我们最近几十年开发出来的疫苗生产技术,运用这些技术生产出来的针对其它疾病的疫苗已经成功上市,相关技术可以直接拿来进行新冠病毒疫苗的研发,主要包括重组蛋白疫苗(recombinant protein vaccine)和载体疫苗(vector vaccine)。陈薇院士团队和康希诺合作的疫苗就属于载体疫苗。
前沿方法就是我们还没有在人群中实验过的方法。这类方法虽然已经在实验室条件下成熟完善,但是市面上还没有运用该技术生产出来的疫苗,因而有很多人群风险是不确定的,主要包括DNA疫苗(DNA vaccine)和RNA疫苗(RNA vaccine)。辉瑞研发的疫苗就属于RNA疫苗。
二、提问:我想了解更多关于这几种疫苗的具体知识可以吗?
回答:当然可以,请看高手进阶版,先上结构导图:
1. 灭活疫苗(inactivated vaccine)
灭活疫苗本质上是丧失活性的新冠病毒,它的生产可以大致分为两步:①在细胞中培养新冠病毒(比如:Vero细胞);②对病毒进行化学灭活。
优点:技术成熟,生产相对容易
缺点:①产量受限于病毒在细胞内的繁殖速率;②对生产过程和设备的安全要求较高(生物安全三级以上)
目前采用这种技术进入临床试验的疫苗一共有8个,占总数的13%。这类疫苗主要采用肌内注射的方法,含有铝盐佐剂。因为这种方法是将整个病毒呈现给人体免疫系统,所以免疫系统不光会针对刺突蛋白(spike)产生抗体,还有可能针对其它结构。
科兴的疫苗和国药北京生物制品研究所的疫苗都属于灭活疫苗,最近接连收到上市的好消息,体现了这条疫苗管线的生产速度和实力。
2. 减毒活疫苗(live attenuated vaccine)
减毒活疫苗本质上是繁殖能力大幅减弱的新冠病毒,复制过程不像灭活疫苗那样完全不发生,而是被限制在一定程度内,不产生严重疾病,但是可以模拟自然感染过程而诱导免疫反应。它的生产主要是通过不利环境培养或者人工修饰完成的。
优点:①可以鼻内给药,最大程度模拟病毒自然入侵过程,从而诱导黏膜免疫反应(mucosal immune response),保护上呼吸道;②免疫系统既能针对结构蛋白产生免疫反应,也能针对非结构蛋白,对突变更加不敏感。
缺点:①生产的安全性要求较高;②如果需要人工修饰的话,非常消耗时间,并且有可能会遇到技术瓶颈。
鉴于上述情况,目前只有1个减毒活疫苗进入Ⅰ期临床,2个减毒活疫苗停留在临床前研究阶段,距离成品上市还有较大距离。
3. 重组蛋白疫苗(recombinant protein vaccine)
重组蛋白疫苗本质上是在不同细胞表达体系中产生的重组蛋白,可以理解为借助别人的工作室(其它细胞)生产自己的产品(新冠病毒的蛋白质)
优点:①生产过程相对安全,因为不需要再操纵活的新冠病毒,直接降低了因为操作失误而感染的风险;②确实有已经上市的运用该技术的疫苗(比如:流感疫苗FluBlok vaccine)可以提供大量经验
缺点:①新冠病毒的刺突蛋白相对比较难以表达,表达的难易程度和具体情况将直接影响疫苗产量和稳定性;②由于只是给免疫系统呈递新冠病毒的一部分,因而一旦这个部分发生重要突变(抗原转移),就有可能影响疫苗的有效性
目前这条疫苗管线拥有最多的候选产品,美国的Novavax公司的疫苗已经进入Ⅲ期临床,在美国受到的关注程度绝对不亚于辉瑞疫苗。另外一个进入Ⅲ期临床的“种子选手”是安徽智飞和中科院微生物所合作的新冠疫苗,同样值得关注。
4. 载体疫苗(vector vaccine)
载体疫苗本质上是以其它病毒为载体来运送新冠病毒的蛋白质,这些作为载体的病毒已经通过生物工程技术加以改造,因此可以表达新冠病毒的刺突蛋白,从而在体内产生免疫反应。
优点:①生产过程相对安全,因为不需要再操纵活的新冠病毒,直接降低了因为操作失误而感染的风险;②确实有已经上市的运用该技术的疫苗(比如:埃博拉疫苗Ad26-MVA-based prime-boost vaccine)可以提供大量经验;③兼顾体液免疫和细胞免疫
缺点:如果体内之前存在针对载体病毒的免疫,那么载体就可能受到影响而造成部分抗体中和
目前这条疫苗管线上一共有4款产品进入Ⅲ期临床,最引人注意的就是陈薇院士团队和康希诺合作的疫苗,运用的载体病毒是腺病毒(Adenovirus type 5 vector)。另一款受到西方媒体关注的是阿斯利康和牛津大学合作研发的ChAdOx1载体疫苗。另外值得一提的是俄罗斯之前那款不做Ⅲ期临床直接上市的由Gamaleya Research Institute研发的新冠疫苗也在补做Ⅲ期临床,期待它能有好的结果,毕竟国运已经赌上了。
5. DNA疫苗(DNA vaccine)
DNA疫苗本质上是利用细菌的质粒DNA表达新冠病毒的刺突蛋白,这些质粒一般含有哺乳动物的表达启动子,因而可以通过运输而在体内表达。
优点:可以在一些工程菌(比如:大肠杆菌)内部进行快速大批量生产
缺点:①可能显示出较低的免疫原性;②对于DNA运输装备的要求较高
目前总共有8款该管线的疫苗产品进入临床试验阶段,其中生物技术公司INOVIO研发的DNA疫苗率先进入Ⅱ/Ⅲ期临床阶段。
6. RNA疫苗(RNA vaccine)
RNA疫苗本质上是将表达抗体的RNA运送到细胞中,RNA会在接种者体内的细胞中表达抗体,从而产生免疫反应,这个运送的过程需要脂质纳米颗粒(LNP)的帮助。
优点:可以完全在活体外部进行快速大批量生产
缺点:这项新技术的应用可能还存在一些未知的难题,包括:大规模人群接种可能出现的不良反应、大规模生产的技术方法、长期保存的稳定性
目前已经有7款RNA疫苗进入临床阶段,辉瑞(Pfizer)RNA疫苗和莫德纳(Moderna)RNA疫苗均已进入Ⅲ期临床试验,后续结果并未完全发布。
三、提问:我看到有些论文里的分类更加复杂,还有更详细的分类吗?
回答:有的,下面就是专业大神版,同样先上结构导图:
我们可以从导图中清晰地看到,重组蛋白疫苗和载体疫苗又会根据一些不同进行细分:
重组蛋白疫苗还可以分为:
①重组刺突蛋白疫苗(recombinant spike-protein-based vaccine)
②重组RBD疫苗(recombinant RBD-based vaccine)
③病毒样颗粒疫苗(virus-like particle (VLP)-based vaccine)
载体疫苗还可以分为:
①不可复制载体疫苗(replication-incompetent vector vaccine)
②可复制载体疫苗(replication-competent vector vaccine)
③灭活病毒载体疫苗(Inactivated virus vector vaccine)
目前来看,灭活疫苗和RNA疫苗在新冠防控中走在了前面,未来重组蛋白疫苗和载体疫苗很可能会陆续进入市场。
详细专业内容,我推荐如下:
四、后续
谢谢大家对本文的关注和点赞,这是我第一次写科普文章,大家对我的鼓励和感谢让我受宠若惊,同时更是倍感荣耀。
十分抱歉第三部分托更了很久,一方面因为最近科研工作比较忙碌,另一方面也确实觉得自己水平有限,到了更加深入专业领域的地方,自己可以明白,但是不知道怎么向大家讲好这个故事。
如果还像前两部分一样简洁,那就不符合“专业大神”这个标题。如果写入太多中英专业词汇,又感觉不像科普文章。最后我决定只提供知识结构的框架,然后把我认为有启发的相关论文直接附上,该专业有兴趣的小伙伴可以深入阅读。
再次感谢大家的支持!