姜世勃教授:新冠病毒疫苗能否研发成功,取决于病毒

2020-04-25 10:52:20 来源: 态℃ 网易号 举报
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整理:子青

出品 | 网易科技《态℃》栏目组(公众号:tech_163)

2020年的开端,我们所有人都经历了太多关于疫情的未知、病痛和恐慌。

未来论坛联合科学、医药、临床等领域内的知名专家,并特邀一刻talks共同打造的“《理解未来》科学讲座:病毒与人类健康-专题科普”已正式上线。

4月23日,第七期直播中,复旦大学病原微生物研究所所长姜世勃带来了《广谱抗冠疫苗和药物是战胜新冠疫情的终极武器》的主题分享。

他与我们探讨了从SARS爆发到现在已经过去17年,但为什么还没有研发出高效的抗冠状病毒药物和疫苗?需要吸取什么样的经验教训?又如何做好新冠病毒药物和疫苗的研发?姜世勃教授从专业的角度进行了分享。

他认为,相比于SARS,中国科学家在此次新冠肺炎中的表现创造了多项纪录,但是新冠病毒药物和疫苗的研发仍然面临考验。

姜世勃教授谈到这次新冠出来以后全世界有800多个,中国有500多个新冠病毒相关的临床试验注册,其中包括疫苗、药物和诊断试剂,很多是重复的项目。如果此次疫情在年内缓解,绝大多数项目会立刻下马,又要造成巨大的物力和财力得浪费。

目前,全世界在研发的候选疫苗有115个,这是在WHO疫苗开发计划清单中的疫苗,其中5个已经进入了临床试验,18个进入了临床前试验阶段。自SARS发生17年来,姜世勃教授团队是为数不多的几个还在做抗SARS药物和疫苗研究的团队之一病毒一来,他非常担心会出现“病毒一来,一哄而上,病毒一走,一哄而散”的情况,当年SARS出现的时候也是几十、上百个抗SARS疫苗和药物项目匆忙,但SARS过后,95%以上的项目撤掉了,造成了人力、物力和财力极大的浪费,可是一些坚持从事抗SARS药物和疫苗研究的科研人员却申请不到经费。

在疫苗研究方面,第一步,对RBD进行优化,增强它的中和免疫原性和广谱性。第二步是将优化后的RBD与含有T细胞抗原表位的蛋白片段连接形成疫苗抗原。最后将使用适当的免疫佐剂提高其免疫原性。姜世勃教授表示,目前免疫佐剂在新冠疫苗中获得非常高的重视,因为它可以增强疫苗抗原的免疫原性,降低其使用量,从而使更多人得到疫苗接种。

在药物研究方面,EK1C4脂多肽是高效广谱的抗冠状病毒多肽,将来有望能以鼻腔喷雾或者吸入剂的形式预防和治疗新冠病毒、SARS-CoV、MERS-CoV感染,也可以预防和治疗将来新发与再现的SARS相关病毒(SARSr-CoV)的感染,这是非常广谱的。

姜世勃教授分析目前“老药新用”的优点就是快,但是缺点就是,这些药物原来的作用靶点并不是在这种病毒上,而是作用于其他病毒的,他认为瑞德西韦在目前所有“老药”来看,它是最有希望的。其他的法匹拉韦、利巴韦林、氯喹、阿比多尔现在也在临床实验。是否被证明真正有效,还需要等待一定的时间。

广谱抗冠多肽是防控现在和未来新冠疫情的最佳武器之一。这个多肽容易规模化生产,生产成本远低于抗体。多肽可用于预防和治疗冠状病毒感染,可以用鼻腔喷雾和雾化吸入,这个使用方法既方便又安全。

“我回国十年来,我们是很少几个还在做抗SARS药物和疫苗研究的团队之一,工作非常困难,因为无论如何都申请不到研究基金,因为大家都认为SARS永远不会再来,为什么要做一些没有意义的研究。”姜世勃教授建议应该由世界卫生组织和多国政府进行协调,尽快将那些重复的项目或者成功率很低的项目砍掉,将那些可能浪费的资金抢救过来用于长期战略储备的科研项目,比如广谱抗冠状病毒疫苗和药物的研发。

中国科学家在防控新冠肺炎疫情中创造了多项历史记录

下面我简单介绍一下我自己。我出生在湖北一个农民家庭,第一天上学的时候老师就把我的名字念反了,叫成了“姜勃世(博士)”,从那以后,“博士”成了我的外号,也成了我奋斗的目标。我是我们村当时唯一一个考上初中的人,但是刚读了一年就赶上文革,学校停课,我就回家种地。我16岁那一年,遇到我们县招兵的连长,我应征入伍,成了总参通信兵某连的一位卫生员/助理军医。在21岁那年作为工农兵学员进了广州第一军医大学学习和工作,1985年又考上西安第四军医大学的博士研究生,1987年获得世界卫生组织奖学金,到美国纽约洛克菲勒大学做博士后。在1990和2010年的20年间,在纽约血液中心担任实验室主任和研究员,2010年作为高层次人才加入复旦大学,担任教授。

我的主要工作从事抗病毒包括艾滋病病毒和冠状病毒的药物和疫苗研究。在CNS、Lancet等国际英文期刊上发表465篇SCI论文和100多篇中文论文。获授40多项专利,其中11项专利已经成功转让,5项产品已经上市。

2020年春节是一个惊心动魄,令人难忘的春节,早在去年11月我就已经买好了回纽约的机票,期望和家人过一个愉快的团圆年。为了给我那刚半岁的小外孙见面礼,我订购了一箱子衣服和玩具。元月3日我在打包的时候忽然看到电视报道,“武汉市卫健委通报,武汉发现不明原因的病毒性肺炎诊断患者44例,重症11例。元月8日国家卫健委宣布武汉不明肺炎的病原体为一个新型冠状病毒,凭着自己17年从事SARS和MERS研究的经验,立刻意识到一场类似于2003年SARS的瘟疫可能会爆发,所以我立即决定退票,并要求实验室几位还未离校的同事和研究生也要退票,组织了一个攻关小分队。

1月11日,新冠病毒的基因上线,我们立即分析了刺突(S)蛋白序列,设计了多肽和疫苗抗原,建立了假病毒感染和细胞融合系统,联系了国内外多家合作单位开展基础合作研究,联系国内外生物制药公司开展临床前合作研究以及向国内外多个基金组织申请科研基金。

姜世勃教授:新冠病毒疫苗能否研发成功,取决于病毒

(#图,迄今为止,我们已完成了6项新冠攻关课题研究)

目前我们已经完成了6项新冠攻关课题研究,在Nature、Science、Lancet、Cell 、CMI、EMI等英文和中文期刊发表了一系列研究、综述和评论文章。我们于元月21日就在EMI发文呼吁“研发安全、高效、广谱的抗新冠病毒疫苗和药物”,同时宣传我们国家一些科研人员在抗新冠肺炎疫情中所做出的重要贡献。比如我们中国的三个科研团队在10天内独立地完成了新冠病毒的分离、扩增和全基因序列分析。比如说武汉病毒所的石正丽老师等发表在Nature的文章,在短短两个月内,该文章已经被725000人点击观看,已经被引用了235次,这应该是一个历史记录。

姜世勃教授:新冠病毒疫苗能否研发成功,取决于病毒

(#图,中国科学家在防控新冠肺炎疫情中所创造的世界纪录)

比较一下2003年在广东地区爆发的非典疫情,当时中国大陆几乎没有人知道它的病原体。直到三个多月后才有香港、美国、德国科学家发现其病原体和SARS冠状病毒,文章先后发布在Lancet等医学杂志。当时Science说“China missed chance”中国失去了机会,世界上早在2月26号,军科院的杨瑞馥和朱庆余两位老师已经在电子显微镜下看到冠状病毒的图形,但由于当时有权威认为是支原体,所以没有发表。还有武汉病毒所肖庚富研究员的团队,在20天内发现可用于治疗新冠肺炎的药物比如瑞德西韦、氯喹,他们文章发表在Cell Research,在短短的两个月之内已经被98万人次点击,引用107次,现在这两个药已经在临床使用或在临床观察当中。这也是一个奇迹。

在3月19日,军科院陈薇院士领先研发的新冠疫苗获批临床试验,现在108名志愿者已经完成了一期临床试验,同时第二期临床试验已经于4月9日开始,该科研团队在三个月内完成了抗新冠疫苗的设计、实验室制备、动物免疫及抗血清检测、在新冠肺炎动物模型中的有效性评估、疫苗的cGMP制备、动物的GLP安全性评估、I期临床试验,这绝对也是一项世界纪录。

 为何我们要研发安全、高效、广谱的抗新冠病毒疫苗以及如何研发?

国家卫健委卫生科技发展中心的郑主任介绍,我们目前有5条研发技术路线,包括灭活疫苗、基因工程重组亚单位疫苗、病原体载体疫苗、减毒流感病毒载体疫苗、核酸疫苗等等,大概有十几项疫苗项目正在进行中。

他特别提到研发单位不计成本将部分串联的研发过程进行合理并联,有效地推进了研发过程。什么叫“并联”?我们按正常程序一个疫苗研究从最初抗原制备到动物免疫、中和活性鉴定、动物攻毒保护实验、动物安全性评价到临床试验,一直到规模化生产,这整个过程可能需要四至五年甚至十几年才能完成。但是现在我们希望能在一年之内完成这些工作,所以不能按照常规的方法进行。常规方法是循序渐进,一步完成以后再进行第二步、第三步,现在是多个团队在同时进行,有人在检测中和活性,另外有人做动物攻毒实验、动物安全性评价以及临床研究,多个团队同时进行就是将串联改成并联。

为什么说“不计成本”?这是有一个风险非常大的研发策略,比如一个团队在动物攻毒实验的时候发现这个疫苗没有保护效果,而其它团队已经完成的工作,如规模化生产等这些部分都前功尽弃了,可能会损失很多经费。所以,只有在特殊情况下才能采取这种策略。

美国在这方面的研究进展也很快,3月16日美国一个公司在新冠病毒基因序列公布8周后宣布首个新冠冠状病毒疫苗I期临床试验在美国西雅图开始,首批45名被试中的4名成年受试者接受了第一针试验性疫苗注射。这是一种mRNA疫苗,由美国国立卫生研究院和生物制药公司Moderna共同研发,如果这批疫苗能够成功地通过考验上市,它将是世界上第一个被用于预防接种的mRNA疫苗。除了这两种疫苗外还有第三种DNA疫苗进入临床试验。现在全世界在研发的候选疫苗有115个,这是在WHO疫苗开发计划清单中的疫苗,有100多个,其中5个已经进入了临床试验,18个进入了临床前试验阶段。

姜世勃教授:新冠病毒疫苗能否研发成功,取决于病毒

(#图,全世界在研的候选疫苗项目115个)

现在确认的候选疫苗78个项目中有56个是由药厂、私人企业开发,另外22个由学术研究单位、公共部门和非营利组织牵头,未获确认的候选疫苗项目有37个,未在WHO开发计划清单中备案的疫苗研究项目还有100多个,所以看到这个消息我是悲喜交加。

喜的是终于看到有56个私人药企能够投资研究抗冠状病毒疫苗,这是以前绝对不敢想象的。悲的是,17年前的SARS悲剧可能再次重演。病毒一来,一哄而上,病毒一走,一哄而散。当年SARS出现的时候也是几十、上百个抗SARS疫苗和药物项目匆忙,但SARS过后,95%以上的项目撤掉了,造成了人力、物力和财力极大的浪费,可是一些坚持从事抗SARS药物和疫苗研究的科研人员却申请不到经费。我回国十年来,我们是很少几个还在做抗SARS药物和疫苗研究的团队之一,工作非常困难,因为无论如何都申请不到研究基金,因为大家都认为SARS永远不会再来,为什么要做一些没有意义的研究。

这次新冠出来以后全世界有800多个,中国有500多个新冠病毒相关的临床试验注册,其中包括疫苗、药物和诊断试剂,很多是重复的项目。如果此次疫情在年内缓解,绝大多数项目会立刻下马,又要造成巨大的物力和财力得浪费。所以我建议应该由世界卫生组织和多国政府进行协调,尽快将那些重复的项目或者成功率很低的项目砍掉,将那些可能浪费的资金抢救过来用于长期战略储备的科研项目,比如广谱抗冠状病毒疫苗和药物的研发。本世纪近20年来3次冠状病毒的疫情造成的经济损失多达数万亿美元,政府和各类组织如果能拿出1%损失的经费来支持广谱抗冠状病毒疫苗和药物的研发,今后就可以从容地应对新发与再现的冠状病毒疫情的爆发。

在3月17日,我在Nature发文呼吁“不要匆忙部署没有足够安全保证的疫苗和药物”。文章发表后,国内外几十家媒体要求采访,大家都对这个事情非常感兴趣,也对我的看法表示认同。大家认为安全性、有效性和广谱性是疫苗研究中非常值得重视的。

姜世勃教授:新冠病毒疫苗能否研发成功,取决于病毒

(#图,过去50年来发现44个新传染病病原体)

过去50年来我们已经发现了44个病原体,只有6个疫苗成功开发上市,其中主要的难题是不能找到一个安全、有效的病毒疫苗。前不久,《Vaccine》(疫苗)杂志主编发表评论问到:新冠肺炎疫苗能否让接种者产生足够且持久的抗体?如何避免由疫苗导致的疾病增强作用?希望大家不要忘记60年前呼吸道合胞病毒RSV疫苗曾留下的惨痛记忆。1966年,在美国给小孩注射RSV灭活疫苗以后,发现一些小孩得肺炎的程度比没有接种疫苗的小孩还要严重,甚至会死亡。此后美国和欧洲政府投资了很多钱做新型呼吸道合胞病毒疫苗,但至今仍然没有一个安全有效的RSV疫苗上市。也就是说RSV疫苗进行了近60年还在路上,新冠肺炎疫苗是否能在数月之内上市,这的确是令人非常关心的事情。

灭活RSV疫苗免疫引起的“增强RSV疾病”称之为ERD。其发生的原因直到九十年代才搞清楚。发现注射戊二醛灭活的RSV疫苗在攻毒动物或感染人之后产生了Th2偏向的免疫学病理损伤,主要是产生一些Th2偏向的淋巴因子和炎症因子,肺部出现过量的噬酸性粒细胞浸润,中和抗体水平低,而非中和抗体水平高,不能有效地激活特异性的细胞毒性T细胞功能。

在2012年,我在美国德州UTMB的合作伙伴Tseng教授设计了三个疫苗,第一个疫苗是包含有S蛋白的疫苗,二是用化学灭活的SARS疫苗,三是用生物物理学方法灭活的SARS疫苗,然后免疫了小鼠,56天后用病毒进行攻击,两天后进行检查。结果发现注射S蛋白疫苗的小鼠在攻毒后,肺部出现嗜酸性细胞浸润,肺泡中也有很多细胞的渗出,当然还不是很严重,可以看到很多肺泡存在。但在注射化学灭活的SARS疫苗之后攻毒可以造成严重的嗜酸性粒细胞浸润,肺泡内已被渗出细胞完全填满,如在X光下或许可以看到“白肺”的现象。用生物物理学方法灭活的疫苗免疫所产生的病理损伤就介于两者之间,也有细胞渗出,但是不像化学灭活疫苗引起的这么严重。主要问题是显示了Th2型偏向的免疫学病理损伤。

一个日本团队为了弄清楚到底哪个蛋白造成了肺部的Th2型免疫学病理变化,他们用病毒表面的三个蛋白质,即S蛋白、M蛋白、E蛋白和核内的N蛋白做成疫苗,免疫小鼠后再进行攻毒。结果发现N蛋白疫苗造成非常严重的嗜酸细胞的浸润和渗出,其病理损伤明显高于E蛋白、M蛋白和S蛋白疫苗组。所以他们认为冠状病毒N蛋白是造成肺部Th2偏向的免疫学病理的主要因素。

最近报道在新冠肺炎病人的血浆中,Th2细胞因子有明显上调,比如说白细胞介素4、6、10和13,这样看新冠病毒感染也有可能造成Th2偏向的炎症因子增加。

在2004年加拿大P4实验室的Cao Jingxin主任使用能表达全长S蛋白的改良痘苗病毒载体做的疫苗来免疫雪貂,免疫后发现可以产生很高效的中和抗体。但是在用活病毒攻毒以后,雪貂肝脏的转氨酶增加,肝脏造成了损伤。所以他们认为用S蛋白作的病毒载体疫苗免疫雪貂在攻毒之后也可以造成严重的肝损伤。所以,我们做疫苗的动物试验时,不光是用小鼠或猴子感染模型,最好也用雪貂感染模型,因为它更加敏感。有时候我们看不到疫苗免疫造成的病理损伤,也可能是使用的动物模型不够代表性。

姜世勃教授:新冠病毒疫苗能否研发成功,取决于病毒

(#图,基于rMVA-S的SARS疫苗)

香港大学艾滋病研究所陈志伟所长的团队去年发了一篇文章,发现有些产生中和及非中和抗体特别快的SARS病人反而病情恶化更快。打了SARS病毒S蛋白疫苗的猴子用活的SARS病毒感染后,其肺部病理比没有打疫苗的还要严重。如果将这些免疫猴子的抗体注射到健康的猴子,再用活的SARS病毒感染以后,打了这些抗体的猴子比没有打抗体的猴子损伤更严重,所以他们怀疑可能是疫苗引起的一种抗体依赖性的感染增加效应,即ADE效应。单核巨噬细胞表面上没有病毒受体ACE2,一般情况下不能被SARS病毒直接感染。但是它表面有抗体受体FcR,当病毒和非中和抗体结合之后,它不会中和病毒,反而把病毒通过巨噬细胞表面FcR侵染单核巨噬细胞,所以让病毒能够感染这些本来不应该被感染的细胞,造成ADE。

清华大学刘刚教授的团队发现S蛋白的S597-603区诱导的抗体可以在体外导致非常明显的ADE效应,然后用灭活病毒疫苗加上这个多肽以后来免疫猴子,然后再进行活病毒攻击,结果发现会造成病变反应,这是另外一个角度反映SARS病毒的S蛋白疫苗具有ADE效应。

最近复旦大学金山公卫中心、深圳第三人民医院、武汉大学人民医院的科研人员发表了三篇文章,结果表明:年龄越大,血浆中和抗体及S蛋白结合抗体水平越高;抗体水平越高,粒细胞/淋巴细胞比例越高,患者病情越严重;血浆中的抗体水平越高,病人的病情越严重。这三篇文章发表以后,引起了世界卫生组织官员的高度重视,他们也怀疑这些病人的血液中可能含有ADE效应的抗体,这对疫苗的研发以及用康复期血清治疗都是一个严峻的挑战,应该引起高度重视。

当然,也可能我们是杞人忧天,也许新冠病毒和SARS-CoV或RSV完全不同。它可能具有超强的传染性,但超低的疫苗抵抗性,可能任何一个抗新冠病毒疫苗免疫所诱生的抗体都能有效的抑制新冠病毒的感染。如果真是这样的话,那将是不幸中万幸。

姜世勃教授:新冠病毒疫苗能否研发成功,取决于病毒

(#图,忋人忧天?)

最近也是捷报频传,中科院武汉病毒所和国药集团武汉生物制品研究所宣布,全球首家新冠病毒灭活疫苗已经获得临床试验批准件,即将进入临床试验。几乎在同一天,北京科兴控股生物技术公司也宣布,北京首支新冠病毒灭活疫苗即将进入临床试验。而且实验证明该灭活疫苗免疫后在动物体内能够产生良好的免疫反应,对动物有明显的保护作用,也没有观察到ADE效应。

最近有一些文章发表,发现新冠病毒在S蛋白特别是受体结合域发生重大变化。例如,昨天刚刚发表的文章证明RBD的重要位点发生R408I突变,它和ACE2的亲合力明显降低。但目前不清楚这一突变是否会影响抗体的敏感性。所以,即使现在抗新冠病毒的疫苗能够成功上市,但如果将来新冠病毒发生严重突变,这些“有效”的疫苗可能会变得无效。对未来出现的新的高致病的冠状病毒,比如来自蝙蝠的冠状病毒,可能同样也没有效果。所以研发安全、高效、广谱的抗冠状病毒疫苗成为当务之急。

姜世勃教授:新冠病毒疫苗能否研发成功,取决于病毒

(#图,冠状病毒分类)

冠状病毒属于套式病毒目,冠状病毒科,分为四个属:甲型、乙型、丙型、丁型。在乙型里面又分为四个亚型,包括A亚型、B亚型、C亚型和D亚型。目前大家知道的甲型里有两个病毒,229E和NL63,在B亚型里有OC43和HKU1,这四个人类冠状病毒可以感染人,但引起的症状很轻,像感冒一样,所以并没有引起人们重视。直到2003年的SARS冠状病毒,2012年的MERS冠状病毒,和今年的新冠病毒出现以后,它们的高传染性、高致死率才引起了人们的高度重视。我说的广谱是指:小广谱、中广谱、大广谱。小广谱是针对B亚型的β冠状病毒,包括SARS冠状病毒、新型冠状病毒以及来自蝙蝠的SARS相关病毒,这三个病毒可引起现在和未来的新型冠状病毒疫情,而且它们都使用ACE2作为受体。所以这种小广谱抗冠状病毒疫苗不是很难研发出来。第二种是中广谱,包括所有B型冠状病毒,包括SARS冠状病毒、新冠病毒和SARS相关病毒以及MERS冠状病毒,这个可能比较困难一点,因为MERS冠状病毒使用不同受体。第三种是大广谱,包括所有的人类冠状病毒,这是非常困难的。刚才说到不同型的冠状病毒可能使用不同的受体,因此,它们的受体结合域氨基酸序列可能是大不相同的。

刚才谈到新冠疫苗有很多类型,比如灭活疫苗、载体疫苗、核酸疫苗、亚单位疫苗,根据疫苗抗原主要分为三类:一是病毒颗粒,包括灭活和减毒疫苗;二是S蛋白疫苗,包括全长S蛋白;三是受体结合域(RBD)疫苗。全长S蛋白在酶解之后分为两个亚单位,S1亚单位含有NTD、RBD两个重要功能区域。

姜世勃教授:新冠病毒疫苗能否研发成功,取决于病毒

(#图, 新冠疫苗抗原的分类)

这是S蛋白的空间结构。S2亚单位有三个功能区,包括融合肽(FP)、HR1和HR2,它们介导病毒和细胞的结合。RBD中间还有一个受体结合基序,称之为RBM,RBM的氨基酸序列在各个冠状病毒的S蛋白中变化比较大。

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(#图, RBD的中和免疫原性)

在15年前,我们团队发表了一系列的文章证明RBD含有S蛋白中主要的中和抗原决定簇,比S蛋白和S1蛋白能诱导出更高效的综合抗体,但更低水平的非中和抗体。从感染病人血清中分离出来的中和抗体绝大部分是靶向RBD的。绝大部分的高效价的单克隆中和抗体都是靶向RBD。基于RBD疫苗不会在免疫动物体内产生Th2偏向的有害免疫反应及肺嗜酸性细胞浸润。从这方面来看,RBD应该是一个最安全、最有效的疫苗抗原。

灭活或减毒疫苗主要含有S蛋白和N蛋白抗原,目前的载体疫苗、核酸疫苗、亚单位疫苗大都是使用全长S蛋白抗原,也有用S1亚单位或RBD抗原。通过比较中和免疫原性,我们发现用RBD免疫兔子和小鼠后,其血清中和抗体效价很容易达到几千到上万,但使用S蛋白和S1蛋白免疫所产生的中和抗体效价要差得多。因此从中和免疫原性来看最好的是RBD,其次是S1,S蛋白和病毒颗粒。但是从诱导有害的非中和免疫原性来看,最高的是病毒颗粒,其次是S蛋白,S1和RBD。特别是诱导ADE/ERD效应来看,RBD的概率是最低的。综合看来,RBD是研发疫苗最佳的抗原选择。

我们准备采取以下的步骤研发高效、广谱的抗冠状病毒的疫苗。第一步,对RBD进行优化,增强它的中和免疫原性和广谱性。我们将使用“中和免疫原性指数(NII)”和“广谱中和免疫原性指数(BNII)”来评估RBD的中和免疫原性。采用“摘帽”和“带帽”的策略优化。因为RBD中有些和受体结合的关键部位可能被糖基化帽子掩盖了,我们就把它的糖基化帽子去掉。而有些部位诱导的非中和抗体过强,我们就用糖基化帽子遮盖住。通过测试我们发现,这样做中和抗体效价明显上升。这个方法我们还在优化,不单提高RBD的中和免疫原性,也提高它的广谱性。RBD中有些保守区域也可以诱导一些广谱中和抗体,但是由于被非中和抗体显性表位的免疫优势所压制,它的中和抗体免疫原性无法显现出来。如果将这些非中和抗体显性表位带帽遮住后,那些比较保守的中和抗体位点就占据了优势,就可能产生更多的广谱中和抗体。第二步是将优化后的RBD与含有T细胞抗原表位的蛋白片段连接形成疫苗抗原。虽然RBD也含有一些T细胞抗原表位,但更多的是在N蛋白或S蛋白的S2区,我们通过不同的方法把这些T细胞抗原表位找出来以后和将它们与RBD连接,形成一个既可以产生高效价中和抗体,也可以有T细胞免疫反应的抗原。最后我们将使用适当的免疫佐剂提高其免疫原性。

目前免疫佐剂在新冠疫苗中获得非常高的重视,因为它可以增强疫苗抗原的免疫原性,降低其使用量,从而使更多人得到疫苗接种。比如以前小鼠接种需要10微克,用佐剂以后可以降到1微克,可以大大减少抗原的使用。现在十几家公司宣布将他们拥有的佐剂贡献出来,供其它单位研发抗新冠病毒的疫苗。

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(#图,仿生纳米颗粒)

今年我们和哈佛大学医学院Wu教授的团队合作在Science上发表文章,证明基于cGAMP基于( STING的激动剂)设计的一种肺部仿生纳米颗粒(PS-GAMP),可以模拟流感病毒肺部感染进入肺脏,这样可以有效地激活肺泡巨噬细胞和上皮细胞,促进疫苗产生高效的体液和细胞免疫反应,特别是可以抵抗多种乙型病毒感染的攻击。比如我们用了H1N1的季节性流感的疫苗he仿生纳米佐剂后,免疫动物所产生的抗体既可以抗H1N1流感病毒,也可以抗H3N2、H5N1、H7N9流感病毒,使用使用这样的佐剂以后可以把非广谱疫苗变成广谱的流感疫苗。所以我们将使用同样的技术研制广谱抗冠状病毒的疫苗。

为何要研发安全、高效、广谱的抗新冠病毒药物以及如何研发?

冠状病毒和受体结合以后,通过表面膜融合或内吞膜融合进入细胞内,在冠状病毒酶的作用之下产生新的病毒颗粒,并释放出来。所以这里有两个酶可能成为重要的广谱抗冠状病毒药物的作用靶点。它们分别是Mpro(M蛋白酶)、RdRp(RNA依赖RNA聚合酶)。例如瑞德西韦和NHC都能作用在RdRp酶。最近饶子和院士团队先后在Science、Nature发表了这两个蛋白质的空间结构,为设计广谱抗冠状病毒药物提供了药物靶点的结构学基础。我们研究的多肽主要作用在病毒的融合和进入阶段,从而使得病毒没办法进入细胞。

病毒融合是怎样一个过程呢?冠状病毒表面S蛋白的受体结合域(RBD)和细胞上的受体ACE2结合,如果细胞表面有跨膜丝氨酸蛋白酶,它就可以把S蛋白切割成S1和S2两个亚单位,S2亚单位可以介导膜融合,病毒的基因物质可以进入细胞内进行复制。如果细胞表面没有这个酶,病毒可以通过内吞的形式进入细胞内。在内吞泡中的酸性环境以及组织蛋白酶的作用下,病毒膜也可以和内吞膜泡融合,把病毒的基因物质释放到细胞内,这是表面膜融合和内吞膜融合。我们想要设计出的融合/进入抑制剂可以作用这两个阶段,进而阻止病毒进入细胞。

我先介绍一下我30年前做的工作,那时候主要是研究抗HIV的多肽进入抑制剂。艾滋病病毒表面有gp120、gp41,CD4+ T细胞表面有两个受体,一个是CD4,一个是共受体。当gp120和CD4结合之后,再和共受体结合,gp41暴露,其融合多肽(FP)插入靶细胞膜内,然后介导病毒膜和细胞膜的融合,因此HIV的gp41在病毒的融合过程有重要的功能。

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(#图,HIV融合进入靶细胞)

gp41的分子结构有三个重要的功能区:N端融合多肽、NHR和CHR。它们的功能是介导病毒的膜融合。衍生于NHR和CHR的多肽称之为N多肽和C多肽。在90年代早期,我们发现了第一个高效抗HIV的C多肽SJ-2176,它能够抑制HIV进入细胞内,比当时最好的抗艾滋病药-AZT的效果还好。我在1992年申请了美国专利,1993年文章发表在Nature。1994年,杜克大学一些研究人员把我们多肽向右边移动8个氨基酸,产生了新多肽T20,他们文章发表在PNAS。1995年,MIT的研究人员把整个gp41用酶进行消化,发现了一个酶消化不了的复合物,从中分出来N36和C34两个多肽。而C34多肽正好比我们的SJ-2176的N和C段分别多两个氨基酸,这就是当时三家单位先后发现了三个HIV融合抑制多肽的故事。

1995年杜克大学的研究人员成立了Trimeris公司,专门研发T20,但是因为他们的多肽和我们的多肽有70%以上的序列是完全一样的,所以他们必须买断我们的专利。后来1998年罗氏出资8.4亿美元,把这个多肽推向临床,2003年恩夫韦肽被美国FDA批准,成为第一个多肽类的HIV融合抑制剂。

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(#图,1995: 杜克大学的科研人员)

它的作用机制是什么?这是一个病毒颗粒,表面有两个蛋白gp120和gp41,gp120和CD4及共受体结合之后,gp41就像一个弹簧刀一样弹开,它的融合多肽扎入靶细胞膜内,它的HR1和HR2相互作用,形成一个发夹样结构,三个发夹样结构形成一个六聚体,把病毒膜和细胞膜拉在一起发生融合,病毒的基因物质进入靶细胞内进行复制。T20衍生于病毒gp41的HR2区域,它也可以与病毒gp41的HR1区作用形成异源六聚体,这样导致病毒的HR2不能和它作用,这样就阻止了病毒和细胞的融合,我们称之为“以其人之道,还治其人之身”。

姜世勃教授:新冠病毒疫苗能否研发成功,取决于病毒

(#52图,抗HIV的HR多肽的作用机制)

抗HIV多肽的发现开辟了多肽类病毒融合/进入抑制剂的全新领域。除了HIV以外,还有呼吸道合胞病毒、尼帕病毒、埃博拉病毒、流感病毒和冠状病毒,都属于I型包膜病毒。许多这些病毒都可以引起高致病传染病,比如埃博拉、SARS、MERS、新冠肺炎等。所以我们可以使用同样的策略来研究抗这些病毒的融合多肽。

在2004年我们发现第一个高效抗SARS冠状病毒的多肽。SARS起源于蝙蝠,中间宿主是果子狸,病毒传到人以后,感染人含有ACE2的呼吸道上皮细胞。我们当时很快的分析了S2区域的序列,找到HR1和HR2的片断,然后设计了4条HR1P多肽和2条HR2P多肽。我们发现HR2P多肽能够和HR1P多肽结合形成六聚体,具有很好的抗SARS病毒的作用。它的机制和HIV非常相似。SARS冠状病毒表面也有两个蛋白S1和S2,S1和受体结合以后,S2的融合多肽扎入靶细胞膜内,HR2区和HR1区相互作用形成六聚体,把病毒膜和细胞膜融合在一起。如果我们在HR2区设计多肽,它也可以和HR1结合形成六聚体,这样就阻止了病毒HR2和HR1相互作用,也就不能形成六聚体进入病毒细胞。

我们也发现了抗MERS冠状病毒多肽。2012年中东地区出现了MERS冠状病毒,已经传到全世界27个国家,近2500个确诊病例,病死率达到34%。这个病毒最初来源于蝙蝠,中间宿主是单峰骆驼。这个病毒是有限人传人,大部分还是从动物到人。

姜世勃教授:新冠病毒疫苗能否研发成功,取决于病毒

我们找到HR1和HR2区域之后,表达了HR1和HR2蛋白,做了X光衍射,发现它们也可以形成六聚体。这个六聚体和SARS六聚体很相似,一个很长的HR1区,很短的HR2区。我们设计了两个多肽,HR1P多肽和HR2P多肽,这两个多肽相互作用形成一个六聚体,和SARS一样。我们发现MERS冠状病毒的HR2P多肽能够非常有效地抑制MERS冠状病毒与靶细胞融合,也可以抑制MERS活病毒感染,而且它的抑制活性比抗SARS多肽抑制SARS-CoV感染的活性高几十倍,表明了MERS冠状病毒可能主要通过表面膜融合。

除此之外,我们又发现一个广谱抗冠状病毒多肽 - EK1。

世界卫生组织从2015年12月开始发布可导致大规模爆发的严重疾病的清单,用于确定公共卫生紧急情况下应优先研究和解决的疾病和病原体。这个名单在2017年首次审视,2018年2月第二次审视并于同月底发布《预测流行病行动的研发蓝图》,包括“有大爆发危机、难以防范的八大疾病”,即埃博拉、寨卡、SARS、MERS、拉萨热、克里米亚刚果出血热、裂谷热,以及第一次出现的“X疾病”,即由一个不明病原体所引发的全球性传染病的大流行。

这个通告发出以后,我们马上预测第一个“X疾病”很可能是由源于蝙蝠的冠状病毒所引起。石正丽老师的团队和其他几个团队发现很多来源于蝙蝠的SARS冠状病毒,可以使用人的ACE2作为受体感染人的细胞。另外来源于蝙蝠的HKU2相关病毒也可以导致猪瘟流行。他们在云南、山东找到几个源于蝙蝠的SARS冠状病毒的直接后代毒株。因此我们当时决定要尽快研发广谱的基于多肽的冠状病毒融合/进入抑制剂。

我们把五个现有的冠状病毒设计了5条HR1多肽和5条HR2多肽,检测这10条多肽对5个不同病毒的细胞融合作用。结果发现,衍生于不同冠状病毒HR2P多肽都能有效地抑制同源冠状病毒的感染,而衍生于OC43的HR2P多肽可以抑制所有的5种冠状病毒的感染。表明了OC43的HR2P多肽可能是一个广谱多肽。我们把OC43多肽进行了修饰,引入了带有正电荷和负电荷的氨基酸,形成一个内部盐桥,使其更稳定更有效,这就是EK1多肽。我们发现EK1比OC43多肽具有更高的抑制活性,而且对我们检测的几种冠状病毒,包括人的冠状病毒和3种来自蝙蝠的冠状病毒都有效,对细胞融合、假病毒和活病毒感染都有很好的抑制效果。

我们做了动物实验,发现EK1多肽能有效地治疗和预防OC43和MERS冠状病毒对小鼠的感染。

我们对这几个病毒的序列进行分析,发现他们关键的作用位点非常保守,我们称为a、d和e、g位点,这就是为什么我们设计一个多肽,能够和所有的人冠状病毒的S蛋白HR1区结合形成六聚体,发挥广谱抗冠状病毒的作用。

新冠病毒出现以后,我们立即检测了EK1多肽的抗病毒作用。大家知道从1月首先在武汉地区报道的新冠病毒感染,至今不到4个多月,全世界超过200万人感染,造成13万人的死亡。这个传播速度是以前没有过的。

我们很快把新冠病毒S蛋白序列分析出来了,找到它的HR1和HR2区,设计了衍生于新冠病毒HR2区的多肽,实际上,这个多肽和SARS冠状病毒S蛋白的HR2区的氨基酸序列是完全一样的。

姜世勃教授:新冠病毒疫苗能否研发成功,取决于病毒

(#图,新冠病毒的刺突(S)蛋白及HR1和HR2多肽的设计)

我们发现无论是新冠病毒的HR2多肽(HR2P),还是EK1都能够和新冠病毒HR1P多肽形成六聚体。

我们建立了细胞融合实验,发现EK1能够有效地抑制S蛋白介导的细胞融合,也能抑制假病毒的感染。

同样我们也解析了它的六聚体结构,发现新冠病毒和其它冠状病毒的结构非常相似,也是由长的HR1和短的HR2形成一个核心的融膜结构。

我们对EK1多肽进行了优化,在其C端用不同长度的PEG连接胆固醇,后来发现其中一个叫做EK1C4的活性比EK1和新冠病毒HR2P多肽细胞融合抑制活性高出240倍,它抑制假病毒活性是EK1和HR2P的150倍,可以说是最有潜力的广谱抗冠状病毒药物的候选,它的半数有效抑制浓度(IC50)可以到1.3nmol,这是非常有效的。

我们发现EK1C4能够抑制6种人的冠状病毒的膜融合,3种蝙蝠的冠状病毒的膜融合,而且活性比EK1多肽高出100到200倍。它还能抑制人的冠状病毒(假病毒)和2种蝙蝠SARS相关病毒(假病毒)感染活性。除此之外,我们还研究了其对5种活的人冠状病毒的作用,包括MERS冠状病毒、新冠病毒、OC43、229E以及NL63,发现它同样有非常好的抑制作用。

这些工作证明,EK1C4脂多肽是高效广谱的抗冠状病毒多肽,将来有望能以鼻腔喷雾或者吸入剂的形式预防和治疗新冠病毒、SARS-CoV、MERS-CoV感染,也可以预防和治疗将来新发与再现的SARS相关病毒(SARSr-CoV)的感染,这是非常广谱的。

姜世勃教授:新冠病毒疫苗能否研发成功,取决于病毒

(#图,高效、广谱抗冠状病毒多肽— EK1C4)

广谱抗冠多肽是防控现在和未来新冠疫情的最佳武器之一。刺突蛋白HR1区是研发广谱抗冠多肽药物的最佳靶点之一。因为它是S蛋白中最为保守的区域,特别适合于研发多肽药物。这个区域只能让40kD以下的多肽或小分子蛋白进去,而抗体的分子量在150kD进不去,因此并不适合开发抗体。但小分子又太小,没有力量阻止病毒HR1和HR2区的相互作用,所以最适合研发多肽。

这个多肽容易规模化生产,生产成本远低于抗体。我们现在国内有很多大的多肽公司,把序列交给公司以后,大概一个月或两个月可以生产一公斤的cGMP多肽用于临床使用。其成本是远远低于生产抗体的成本。多肽粉可以在常温下储存和运输,而抗体必须要低温储存和运输。多肽可用于预防和治疗冠状病毒感染,可以用鼻腔喷雾和雾化吸入,这个使用方法既方便又安全。比如我们要参加一个聚会,吃饭的时候不能戴口罩,可以带上这个小喷雾瓶,提前自己喷上,避免被别人感染。如果你得了新冠肺炎感染以后,可以买一个小的雾化吸入器放在家里面,多肽进入肺泡以后抑制病毒复制和感染,病毒载量大大降低,造成的肺损伤概率也明显降低。同时因为降低肺部病毒载量,也减少了感染家人或其他人的机会,可以说一举两得。

最后感谢我们实验室的青年才俊为我们抗SARS研究做出的重要贡献。谢谢。

Q & A

直播间观众提问与解答

Q1:今天您的报告中使用的新冠病毒英文名称为human coronavirus 2019即HCoV-19,这也遵从了以往对人冠状病毒命名的传统,但国际病毒分类学委员会(ICTV)的冠状病毒研究小组(CSG)却建议将新冠病毒命名为“严重急性呼吸综合征冠状病毒2”(SARS-CoV-2),请问您对此有何看法和解释?

A:在今年1月11日新冠病毒基因序列上线之后,媒体把它称之为“武汉肺炎冠状病毒”,第二天(1月12日)我和同事建议将肺炎冠状病毒命名为“肺炎相关的呼吸道综合征冠状病(PARS-CoV)”,翻译成“帕斯冠状病毒”,并投稿。然后在1月13号即第三天,世界卫生组织(WHO)将武汉肺炎冠状病毒命名为“2019新型冠状病毒(2019-nCoV)”。2月5号,我们有关“PARS-CoV”的文章发表在《Cell Mol Immunol》杂志上。2月9日,我和石正丽老师建议改名为“高传染性急性呼吸道综合征冠状病毒(TARS-CoV)”,翻译成“塔斯”或“踏死”冠状病毒,在《Virologica Sinica》(中国病毒杂志)上发表,这样更反映出这个病毒高传染性的特色。2月11日,WHO将新型冠状病毒肺炎命名为“冠状病毒病2019(COVID-19)”。在同一天,国际病毒分类学委员会(ICTV)的冠状病毒研究小组(CSG)在bioRxiv预印本网站上发表了一篇文章,将2019-nCoV命名为“严重的急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)”,但世界卫生组织并不认同,WHO的文件中还是用COVID-19病毒。2月18日,我和6位中国病毒学专家(包括多位新冠病毒发现者)以“新型冠状病毒需要一个截然不同的名字”为题目,在《柳叶刀》杂志发文,建议将新型冠状病毒命名为“人类冠状病毒2019”(HCoV-19),与WHO的COVID-19相对应,即病毒名和疾病名相对应。3月23日我和24位中国病毒学专家(包括多位新冠病毒发现者和新冠肺炎治疗小组负责人)投稿到一个中文杂志,支持HCoV-19的命名。

我们为什么说这个病毒命名SARS-CoV-2是不合理的,因为SARS-CoV是以疾病命名,而SARS-CoV-2是以病毒之间的种系关系和分类学命名的。但给公众的印象,新冠肺炎就是SARS。在没有SARS-CoV-1命名的前提下,却将新冠病毒命名为SARS-CoV-2,这会给以后的人冠状病毒的命名体系带来混乱。在冠状病毒研究小组中,没有中国大陆的专家,也没有征求中国大陆从事冠状病毒研究人员的专家(特别新冠病毒发现者)的意见,这与惯例也是不符的。在系统发生关系上,新冠病毒与来自与蝙蝠的SARS样冠状病毒距离更近,与SARS冠状病毒实际上距离更远一些。所以新冠病毒既不是SARS-CoV的弟弟,也不是它的儿子,为什么把它称之为SARS-CoV-2?

姜世勃教授:新冠病毒疫苗能否研发成功,取决于病毒

(图,新冠肺炎与萨斯有非常明显的区别)

其实新冠病毒比SARS病毒更狡猾、更难对付。新冠病毒的感染者50%以上是没有症状或者轻微症状的,而SARS没有隐性感染者的报道。新冠肺炎出现症状前就有传染性,而SARS一般是出现症状后才有传染性。新冠病毒在感染后第6天病毒载量达到高峰,而SARS冠状病毒是在感染后第10天病毒载量才达到峰值。新冠病毒的传染指数,最近一篇文章认为是5.7,当然各个地方可能不一样;SARS病毒为0.85到3。由于上述种种原因,新冠病毒的传播能力远超于SARS冠状病毒,这是为什么新冠肺炎的确诊人数已经超过200万,SARS当时只有8000人。新冠肺炎的致死率目前还不是很明确,因为太多的隐性感染者没有计算在内,如果加上隐性感染者再去掉极端的例子,比如说意大利和西班牙由于医疗资源的挤兑而导致的过高死亡率,平均死亡率大家认为在2%左右。虽然它的致死率远低于SARS,但由于感染人数远大于SARS,所以死亡人数也远超SARS。另外新冠肺炎的主要致死群体是老年体弱有基础病者,而SARS主要是青壮年。新冠肺炎的中间宿主目前是不明的,可能是穿山甲,但SARS的中间宿主是果子狸。新冠病毒以后再发的可能性是非常高的,但SARS以后再发的可能性是很低的。由此种种,如果把新冠肺炎当成SARS的话,对公众将来是否能采取正确的防护措施会产生严重影响。所以我们建议还是要给新冠肺炎病毒一个独特的名字。如果说大家一定要把新冠病毒称为“老二”的话,不应该是“SARS-CoV-2”,或可称之为“09流感病毒-2”或者“西班牙流感病毒-2”。因为它的很多特性,如高传染性和低致死率,很像2019年从美国起源的流感病毒,当时称猪流感病毒,后来很快蔓延到全世界。还有1918的西班牙流感病毒,这也和现在新冠病毒的传播能力很相似。

Q2:谢谢您的解释,从解释中我们更好地了解了新冠病毒和SARS之间的显著差异。今天您讲座的主题是疫苗和药物,刚才您也提到SARS已经过去17年,其实这17年各国政府、基金组织、生物医药公司对研发抗冠状病毒的广谱疫苗并不感兴趣也不愿意投资,这是什么原因?您有什么好建议。

A:这件事真是说来话长,刚才我也谈到SARS出来以后不久,当时也是一窝蜂的上,上百家的药物公司或基金组织都投资了很多钱。但SARS过去后很快就消停了,大家都不愿意再做。我们这十几年在做抗SARS药物和疫苗研发中最头痛的一件事就是找资金,无论政府、基金组织还是公司,几乎没有人愿意给钱,因为大家总的印象是SARS不会再来了,为什么浪费钱做没有用的东西。希望通过这次新冠肺炎的教训能够引起国家基金组织和药物公司的重视,刚才谈到已经有50多家大型的药物公司企业都愿意投巨资来研究疫苗。但刚刚我们也谈到一个担心就是如果这次新冠肺炎的疫情过去了会不会也出现以前的现象。可以理解,一般的药物公司肯定不愿意投钱做没有市场回报的项目。大家都知道像这种病毒很难说以后会不会再回来。即使再回来,现在研发的疫苗和药物可能也不会让你赚钱的。基金组织和政府都会要你把疫苗和药物以最便宜的价钱卖给使用者,基本上是赔本买卖,不可能赚钱,无论成功不成功都是赔钱的买卖,所以可以理解为什么私人企业或药物公司不愿意做。希望政府、基金组织看到这个方向,很可能将来还会再出现,既然每次一来就有上万亿美元的损失,为什么不能提前支持广谱、高效的疫苗和药物的研究,做好长期战略储备。一旦将来再出来就没有后顾之忧了,当然也希望有社会责任心的公司也能提供一些资金来支持这些研究。谢谢。

Q3:这次疫情发生以后各个国家对疫苗的研究非常重视,现在进入临床的速度也非常快。您认为这次新冠病毒疫苗研发会创造一个奇迹吗?是否能成为今后研发抗新发突发传染病疫苗的一个通用策略?

A:这次的研究发展趋势的确是一个奇迹,刚才我也谈到,本来研究需要几年、十几年的研究过程,但大家都把它缩短到几个月,这的确是一个世界奇迹。但将来能不能成功,不是取决于我们,而是取决于病毒。这个病毒到底能不能对疫苗有效,会不会出现像呼吸道合胞病毒或者登革热病毒一样,对疫苗产生的ADE抗体或者有害免疫反应,目前说它是否成功还为时过早。但这个模式是很好的,对将来再出现新发突发传染病也应该采取这个措施。当然希望由政府和各级组织协调好,不要盲目地一窝蜂而上,应该由大家挑选一些有成功疫苗研究经验的公司,比如说这些公司长期以来一直在研究载体疫苗或者研究mRNA疫苗,有现成的设备,有以前其他的成功经验。我们应该投资到这些公司,让他们尽快研究这种类型的疫苗,但不要让大家一窝蜂的上。据说现在在国际上做灭活病毒疫苗就有几十家单位,好像大家一分离出了活病毒立刻就想做灭活病毒疫苗,这样的确是一个浪费。希望从这次疫情之后各级政府或者基金组织能够吸取教训,尽快地协调好,让大家能够有效地把疫苗和药物尽快地推向市场,并做好提前的战略储备。(补充:4月17日,美国NIH联合卫生部战略储备处,FDA,CDC和十几个大药厂,挑选最有潜力成为安全有效疫苗或药物的项目,进行联合攻关(https://www.nih.gov/news-events/news-releases/nih-launch-public-private-partnership-speed-covid-19-vaccine-treatment-options?from=singlemessage)。我国科技部组织的新冠肺炎防控科研攻关组中的八个专班中疫苗专班采取了类似的策略,现已有三个候选疫苗进入或完成一期临床试验,在国际上处于领先地位。但在药物攻关方面却不尽人意。虽然有一到两百个新冠肺炎治疗项目注册临床试验,但其中大部分是科技含量不高且重复项目,既浪费了资金,又挤兑了宝贵的临床实验资源,一些真正有原创性和高科技含量的项目反而被排斥在外。希望科技部也能组织一个由药监总局,疾控中心,和大药厂的联合攻关组在全国挑选(而不是自由申请)最有潜力成为安全高效的抗新冠肺炎的药物进行联合攻关,像疫苗那样尽快推向临床,不要在药物研发方面落后于欧美国家)。

Q4:关于新冠病毒疫苗的研发现在很难估计我们还会遇到什么困难。您讲座中也提到根据SARS和MERS疫苗研究的一些情况,可能会有ADE的情况出现,也有听众提到这样的问题。比如说世界各地现在很多感染者,这里面也包括(至少媒体声称)复阳的,感染群体中有没有类似ADE情况的出现?另外从您自己的研究来看,S蛋白RBD是最佳的疫苗候选的一个区域。但是,为什么现在疫苗大部分又用全长的S蛋白作为免疫原,这样是不是无形中增加了可能产生ADE的风险?能不能给我们解释一下?

A:目前为止还没有明确的报道说病人的血清中的确有ADE抗体,但是从刚才说的三篇文章中的确出现一个很怪的现象,为什么抗体越高的,病情反而越严重?一般来说,你被病毒感染以后产生的中和抗体应该能够有效的抑制病毒的感染。现在结果正好相反,产生抗体过快的或者过多、过高的病人,反而病情更加严重。当然这还需要更多的实验证明这些抗体中是否含有具有ADE效应的抗体。现在这种ADE试验还比较难做,特别是用动物模型。也可以用体外试验来检测,用不表达ACE2的细胞,但表达有FcR的细胞来检测。就是说含有ADE效应的抗体抗体可以使病毒通过FcR进入不易感细胞,比如单核巨噬细胞。现在有关对新冠病毒有ADE效应的抗体还没有太多这方面的报道,但是对SARS冠状病毒有ADE效应的抗体有很多报道。刚才说最好的模型是动物感染模型,除了能表达人ACE2小鼠模型外,我认为最好的动物模型是雪貂,因为其更敏感,用雪貂检测抗体是否有ADE效应可能更好。刚才说ADE效应是其中一种,还有一种不是抗体介导的有害免疫反应,可能因为某些病毒蛋白刺激产生的过多的炎症因子,造成炎症因子风暴,特别是使用完整的病毒颗粒(如灭活或减毒疫苗)做的疫苗,因为完整病毒颗粒中什么蛋白都有,比如SARS病毒的N蛋白很容易刺激产生炎症因子风暴,灭活病毒(疫苗)进入人体后所产生的炎症因子风暴与用活病毒感染可能是同样道理。这个试验都是要在用一个敏感的动物感染模型进行攻毒以后再检测,这些动物实验目前还是不太容易作的。

刚才谈到为什么很多公司还是用S蛋白呢?大家总是相信冠状病毒的S蛋白免疫动物不会产生ADE效应。的确,用SARS灭活疫苗免疫动物很容易看到这种现象,如肺部过量嗜酸性粒细胞浸润,还有Th2偏向的免疫病理反应。但是用MERS冠状病毒的S蛋白免疫动物就没有那么严重。或许新冠病毒会不同于SARS冠状病毒?过去灭活病毒或全长S蛋白作SARS疫苗都没有成功的先例。美国刚开始有人用灭活SARS病毒作疫苗。后来据我所知,灭活SARS病毒疫苗全部下马。后来大家都用S蛋白,其中有一个公司投资了几千万做了全长S蛋白疫苗,可能也是在使用感染动物来检测疫苗的体内有效性时发现一些问题,后来该项目下马了。现在,已有几个用S蛋白做的MERS疫苗已经进入或完成一期临床试验,目前都没有发现明显的安全问题。所以,这些公司这次依旧用S蛋白(也可能有人用RBD做疫苗的)。如果用S蛋白作载体疫苗,对这些公司来说,是最快、最经济的策略,因为他们在这方面已经有作SARS和MERS疫苗的经验,还有现成的质粒,可以直接拿来就用。这是我的理解,也许他们有不同的想法。

Q5:对于一个新发传染病,刚刚发生的时候肯定没有特效药,老药新用是一般的常用策略。请问对新冠病毒,老药新用的整体情况怎么样。我们看到一些原来寄希望的药物,从一些临床结果看不像预期那样,您感觉对新冠病毒而言这个策略前途如何?您能不能预测哪个老药可能是最有希望的?

A:“老药新用”的优点就是快,因为任何一个新病毒疫情出现,大家都会采用同样的策略,就是在实验室快速筛选FDA药物库,筛选到以后马上可以进入临床试验或者进入临床对于一些危重病人进行“同情治疗。理论上讲这些“老药”是安全的,因为它们已经临床使用很多年,而且当时申报的时候已经完成了一、二、三期临床试验,对人应该是安全的才会获得药监部门的批准,所以只要在实验室证明该“老药”对新冠病毒感染有抑制作用就可以马上申报临床实验。刚才说到武汉病毒所肖庚富老师的团队在20天内就找到了两个“老药”(瑞德西韦和绿喹),可以马上进入临床试验。对于任何一个新发病毒,这都是很好的策略。但是它的缺点就是,这些药物原来的作用靶点并不是在这种病毒上,而是作用于其他病毒的,比如当时最火的克力芝这个是抗艾滋病药物,当时作用细胞内蛋白酶的,实验室的研究当时也有一些效果,最后临床试验证明是失败的。瑞德西韦这个药作用机制比较明确,它最初临床试验是用来治疗埃博拉的,美国北卡大学Ralph Baric的团队几年前做SARS和MERS冠状病毒抑制试验发现有效,是作用在冠状病毒的RdRp上,目前做了很多临床试验。但很遗憾,中国的重疾临床试验已经撤下来,因为招募不到足够的病人,现在世界上很多国家开始做它的临床试验,希望能有好的治疗结果。在目前所有“老药”来看,它是最有希望的。其他的法匹拉韦、利巴韦林、氯喹、阿比多尔现在也在临床实验。现在已经证明失败的是克力芝和阿比多尔,法匹拉韦的临床效果还没有获得确认。利巴韦林被称之为“万能抗病毒药物”,但我认为它是“万不能抗病毒药”。任何一个新病毒感染病出来以后,都有人用利巴韦林治疗,但目前为止,还没有发现它对任何一个RNA病毒能够非常有效的抑制,所以,目前也不是很看好。氯喹是目前争议最大的,有几个报告是效果非常好,所以美国总统特别推荐它,甚至要求美国FDA尽快批准。但是也有几篇报道,效果并不好、不理想。有些专家认为这些报道的临床效果大都是从没有经过严格设计的临床试验中获得的。最近我们看到有些报道说它的毒性还很大。毒性不光是因为它本身的毒性,很可能是在临床应用中联合使用多种其他药物的时候出现的协同毒性作用。这些“老药”在其原始的临床实验的时候是单独使用的,但是治疗新冠病毒肺炎的时候,因为不知道哪个药有效,所以多个药一起上。有的是氯喹、瑞德西韦、克力芝一起上,这样就有可能协同毒性,将某药的毒性放大了。所以氯喹是否被证明真正有效,还需要等待一定的时间。

Q6:您今天重点介绍了多肽药物。请问您对抗冠状病毒小分子化学药物有何期待?哪些药物靶点前景较好?关于疫苗和药物的靶点,除了在病毒进入阶段和病毒复制阶段有很多热门的研究和疫苗/药物的候选,在病毒的生命周期的其它阶段,有没有潜在的靶点呢?比如针对病毒翻译中保守的核糖体进入位点IRES序列等,是否可行?

A:前一段时间饶子和院士团队已经解析了M蛋白酶(Mpro)和RNA依赖RNA聚合酶(RdRp)的空间构型三维结构,同时也找到了小分子化合物针对这几个药物靶点的。现在,北卡罗来纳大学(UNC)的Ralph Baric团队发现核糖核苷类似物β-D-N4-羟基胞苷(NHC)对很多mRNA病毒,包括埃博拉病毒、RSV都有一定的抑制作用。所以目前我认为现在最好的靶点大概就是Mpro和RdRp,这两个是目前来看最有希望作为广谱小分子化合物的靶点,因为它们可以进入细胞内。其它方面,如宿主限制因子,目前大家还没有看到很好的结果。很多现在有研究人员在选择宿主限制因子。前段时间有报道发现来自于蝙蝠的蛋白限制因子在人体内可以起作用。限制因子的确是很好的研究方向,但是要做成药的话还有很长的路要走。抑制艾滋病毒的,也有很多限制因子,但目前还没有一个艾滋病的限制因子成药。就限制因子而言,除了需要考虑它本身的作用机制外,还有一个主要因素是它是人体内部的蛋白质,因为任何人体内的蛋白质总有它的功能,所以针对人体蛋白来做药是有一定风险的。刚才谈到病毒融合,除了多肽以外,还希望能找到一些受体的拮抗剂,比如说ACE2或者酶的拮抗剂,比如跨膜丝氨酸酶拮抗剂或者组织蛋白酶抑制剂,用它来进行治疗。大家谈的最多的就是ACE2,能不能把ACE2整个表达出来让它和病毒结合,或者用抗体把ACE2给block掉而使病毒结合不上?这的确有先例,艾滋病毒有一个受体CCR5,现在有一种药物maraviroc就是艾滋病毒受体拮抗剂。但是CCR5是一个很特殊的受体,因为约6% 的盎格鲁-撒克逊人先天就有CCR5△32突变,就是在CCR5基因中有32个核苷酸的缺失突变,但是携带有这种突变的人照样活得很好,没有问题。这可能是因为在千万年的进化过程中,他们的CCR5的功能可能被另外某一个蛋白所代替,即使没有了照样可以很好地生活下去。但是对于其他群体比如说华人,如果没有这种在进化过程中产生的先天突变,这时候直接把他们的CCR5基因敲掉,后果就很难预测,所以还要根据具体情况来决定。另外血管血管紧张素转换酶2(ACE2)本身有很重要的功能,所以如果把它的功能封闭以后,对其在人体内的功能可能造成严重的副作用。即使把它表达出来,注射人体,ACE2也可以和其正常功能靶点结合,也可能会造成副作用。某些人体内的蛋白酶也是同样的情况,这些蛋白酶虽然是介导病毒膜融合的,但它们在人体内也是有正常功能的,如果在人体内把它的功能抑制是可以抑制病毒感染,但同时对其在人体内的正常功能也可能受到影响。我一直认为还是应该针对病毒蛋白而不应该针对人的蛋白,也许很多人不同意,这只是我自己的看法。

特别鸣谢  稿件整理:

郭丽洁,中科院生物物理所博士生

李敏,中科院生物物理所博士生

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小祖君 本文来源:态℃ 责任编辑:张祖韬_NT5054
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