胡明霞， 袁建明， 张 彬， 秦 刚

新型冠状病毒严重危害全球公众健康。2019年12月发现多例新型冠状病毒肺炎（COVID-19）病例，此后疫情迅速蔓延至全球，造成大量的感染和死亡病例，对全球公共卫生安全造成巨大的威胁。COVID-19在全球范围内大流行，它以指数速率蔓延，目前尚无有效的药物治疗这种疾病，新型冠状病毒的疫苗对于遏制COVID-19的传播，改善全球健康至关重要。在中国新型冠状病毒传播的基本再生数（R0）为2.40，疫苗接种率达到83.3%可形成群体免疫。据我国卫生健康委员会通报，截至2022年6月23日，我国累计报告接种新型冠状病毒疫苗超过33.9亿剂次，疫苗接种总人数超过12.9亿，覆盖人数和全程接种人数分别占全国总人口的91.74%和89.73%。

新型冠状病毒属于冠状病毒科β冠状病毒属，是一种表面有包膜的单股正链RNA病毒。成熟的新型冠状病毒具有4种结构蛋白，即突刺蛋白（S）、包膜蛋白（E）、膜蛋白（M）和核衣壳蛋白（N），所有这些蛋白质沿着病毒RNA基因组嵌入病毒表面包膜中[1-2]。除了这些结构蛋白外，新型冠状病毒还编码16个非结构蛋白（NSP1-16）和9个辅助蛋白[3]。S蛋白是三聚体跨膜糖蛋白，在病毒表面形成特殊的花冠结构，负责识别和结合细胞受体并介导病毒膜和宿主细胞膜融合，是介导病毒进入宿主细胞的主要蛋白。M蛋白和E蛋白主要参与病毒的组装和装配[4]。N蛋白起着保护基因组的作用，N蛋白的N端和C端均可与病毒RNA结合，N蛋白主要负责RNA的复制功能，常被用于冠状病毒的诊断检测。

S蛋白由膜远端的S1亚基和膜近端的S2亚基组成，S1亚基负责识别宿主细胞受体并结合，S2亚基负责病毒膜与细胞膜融合。在新型冠状病毒感染过程中，受体结合域（RBD）与其细胞受体的人血管紧张素转换酶2（hACE2）结合，随后S蛋白被宿主蛋白酶切割，释放融合肽（FP）与RBD之间的结构约束，S1亚基与S2亚基解离，分离后的S2亚基重折叠，FP重排到端部，其后融合构象的S2亚基作为长螺旋束，其FP插入宿主细胞膜[3，5-6]。中和抗体可以在病毒入侵人体过程中靶向S蛋白以抑制病毒感染，RBD是干扰病毒受体结合的中和抗体的主要靶标[7-9]。迄今为止，大多数有效的疫苗是产生靶向RBD的中和抗体。此外，在新型冠状病毒和中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）感染中也有报道了靶向N端结构域（NTD）的中和抗体，使其成为新型冠状病毒疫苗的另一个潜在靶标[10-13]。针对S2亚基的干扰S蛋白结构重排和FP与膜融合的中和抗体也是新型冠状病毒疫苗的潜在靶标[10，13-15]。与S蛋白不同，冠状病毒M和E蛋白质体液免疫原性差，可能是由于它们分子量小和供细胞免疫识别的胞外域小，一般认为其并非产生免疫应答的主要靶点[16-17]。灭活的病毒疫苗实际是以整个病毒颗粒为免疫原，除了其S蛋白可以引起人体免疫反应产生具有保护作用的中和抗体，其含有的大量N蛋白也可能引起免疫反应产生抗体，但是针对N蛋白产生的抗体并不能阻止新型冠状病毒与ACE2结合，因此不具有保护作用，不能称为中和抗体[18]。在严重急性呼吸综合征冠状病毒（SARSCoV）的早期研究中，表明表达N蛋白的疫苗没有提供保护，反而通过增加肺嗜酸粒细胞浸润和Th2细胞偏置免疫反应感染诱导肺炎发生[19-20]，造成增强型呼吸道疾病（ERD）。

据世界卫生组织官方数据统计，截至2022年7月1日，全球进入临床试验期的新型冠状病毒疫苗有167种，进入临床试验前期的疫苗有198种。研究最多的疫苗种类为蛋白亚单位疫苗。最常使用的是肌肉注射，多数采取两针间隔注射。目前新型冠状病毒疫苗的种类有灭活病毒疫苗、减毒活疫苗、病毒样颗粒、蛋白亚单位疫苗、重组载体疫苗、核酸疫苗6种。见图1。

3.1 灭活病毒疫苗

灭活病毒疫苗是最经典的一种疫苗形式，是将体外培养的新型冠状病毒运用物理或化学方法灭活并纯化，但保持病毒颗粒的完整性。被灭活后的病毒丧失致病能力，但仍然可以刺激机体产生免疫反应，使体内产生抗体。接种方式多采取两针间隔肌肉注射。截至2022年7月1日，处于临床阶段的灭活病毒疫苗有22种。国药集团北京生物制品研究所和科兴研发有限公司的疫苗目前处于临床试验Ⅳ期。国药集团北京生物制品研究所生产的疫苗3～17岁年龄组Ⅰ/Ⅱ期临床试验显示该年龄段接种后中和抗体转阳率为100%，且接种后安全性良好，无严重不良反应，已于2021年7月16日正式获批在3～17岁人群中紧急使用。科兴研发有限公司的疫苗也于2021年6月获批紧急使用范围扩大到3岁以上。灭活病毒含有所有结构蛋白质（S、N、M和E蛋白），因此，跟单一蛋白或蛋白质片段疫苗相比，这类疫苗可以诱导更广泛的中和抗体。然而，灭活疫苗不能诱导或仅能诱导低水平的CD8+T细胞免疫，导致其产生的抗体滴度会随着时间的推移而下降。由于灭活疫苗难以通过内源性抗原加工提呈，因此这些疫苗通常不会引发T细胞应答。此外，这些灭活的疫苗都使用氢氧化铝作为佐剂，这通常是诱导T细胞反应比较差的激动剂[3]。有研究表明，93.3%的COVID-19患者的中和抗体滴度在3个月的研究期间逐渐下降[21]。灭活病毒具有很好的安全性和有效性，但是需要在三级生物安全防护条件下生产大量病毒以供灭活疫苗的制备，并且需要广泛的安全测试来确保其不恢复传染性。

3.2 减毒活疫苗

减毒活疫苗是用减毒或无毒力的活病原微生物制成。传统的制备方法是将病原体在培养基上反复传代，使其失去或明显降低毒力，但保留免疫原性。现有的新型冠状病毒减毒活疫苗都是通过密码子去优化产生的[22-24]。将其接种到身体内，不会引起疾病的发生，但病原体可以引发机体免疫反应，诱导机体产生体液免疫和细胞免疫，经自然感染途经接种还能形成黏膜局部免疫。截至2022年7月1日，处于临床阶段的减毒活病毒疫苗有2种，包括印度血清研究所联合美国生物技术公司Codagenix研发的COVI-VAC疫苗和Meissa疫苗公司研发的MV-014-212疫苗，主要通过鼻部吸入的方法接种。与灭活疫苗相比，这类疫苗免疫原性强、作用时间长，通常接种一次即能够产生很好的免疫应答，效果稳固，但是疫苗在体内存在回复突变的危险，从而形成感染或传播。与注射疫苗相比，鼻喷式疫苗使用起来比注射疫苗更加的简易和方便，然而，喷入鼻腔的疫苗剂量也可能受到打喷嚏流出来或者流入口腔的影响。鼻喷式疫苗对黏膜免疫反应的检测通常更为困难。人体黏膜免疫反应分泌的IgA抗体会因样本收集方法的不同发生变化。在多个注射型新型冠状病毒疫苗已经获得紧急授权在世界各地广泛使用的情况下，仍然处于研发阶段的鼻喷疫苗可能不会立即对控制COVID-19疫情产生重大影响。然而，随着疫苗接种者免疫力的衰退和新型冠状病毒突变株的产生，当人们需要再次接种疫苗时，鼻喷疫苗可能给人们提供一种新的选择。它不需注射，尤其适合给儿童和青少年使用。

3.3 蛋白亚单位疫苗

蛋白亚单位疫苗是目前研究最多的新型冠状病毒疫苗。蛋白亚单位疫苗以合成肽或重组蛋白为基础，大多以新型冠状病毒S蛋白的RBD为靶点，通过重组表达S蛋白，诱导人体产生中和抗体，从而阻断新型冠状病毒与宿主细胞表面受体ACE2结合，达到预防感染的目的[25]。截至2022年7月1日，全球处于临床阶段的蛋白亚单位疫苗有54种，有20种处于临床试验Ⅲ期。蛋白亚单位疫苗比整个病原体疫苗有更高的安全性和可伸缩性，然而，它们可能表现出较少的免疫原性并需要多次免疫[26]，并且需要合适的佐剂来发挥辅助作用。传统的疫苗佐剂为氢氧化铝，而由美国Novavax医药公司研发的NVX-CoV2373应用了专利技术Matrix-M佐剂。该佐剂由40 nm颗粒组成，是一种从南美洲皂角树中提取的物质，这种佐剂可以更有效地刺激和活化免疫细胞，使免疫系统产生更强更持久的免疫应答。俄罗斯的EpiVacCorona属于合成肽抗原疫苗，是由人工合成的病毒蛋白质片段组成，相对而言更加安全。目前的重组蛋白亚单位疫苗多为重组表达的S蛋白或RBD亚基，法国OSE Immunotherapeutics 公司研发的CoVepiT疫苗是基于优化肽抗原针对S、M、N和几种非结构蛋白的疫苗，旨在增强免疫反应并诱导强烈的组织定居记忆T细胞反应，这与中和抗体提供的瞬时保护相反，组织定居记忆T细胞可以提供长期保护性免疫[27]。CoVepiT为多靶点肽疫苗，涵盖了具有重复突变和SARS-CoV的同源位点的表位，进一步增加了其长期保护的潜力[27]。蛋白亚单位疫苗产品成分明确，安全性高，但是激发T细胞能力较弱，需要佐剂增强免疫应答。

3.4 载体疫苗

重组载体疫苗是将编码病原体有效免疫原的基因插入载体（减毒的病毒或细菌）基因组中，接种后，随疫苗株在体内的增殖，大量表达所需的抗原。

3.4.1 病毒载体疫苗 病毒载体疫苗可分为复制型病毒载体疫苗和非复制型病毒载体疫苗。由厦门大学、香港大学和北京万泰生物联合研发的减毒流感病毒载体疫苗目前处于临床试验Ⅲ期。该疫苗是减毒流感病毒植入新型冠状病毒S蛋白基因后形成的融合病毒，可以刺激人体产生针对两种病毒的抗体，达到既能防流感又能防COVID-19的目的。在COVID-19与流感流行重叠时，其临床意义非常大。由于减毒流感病毒容易感染鼻腔，所以这种疫苗仅通过滴鼻的方式就可以完成疫苗接种。以色列生物研究所在重组泡状口炎病毒（rVSV）内植入新型冠状病毒的S蛋白基因研制的复制型病毒载体疫苗目前处于临床试验Ⅱ/Ⅲ期。非复制型病毒载体疫苗目前有21种处于临床试验阶段。腺病毒载体疫苗属于新型疫苗中的非复制型病毒载体疫苗，它是将病毒的核酸片段装到经过安全处理的腺病毒体上，再注射到人体内，激发机体的免疫作用。由中国康希诺生物公司与军事医学科学院陈薇院士共同研发的腺病毒载体疫苗和英国阿斯利康公司和牛津大学共同研发的AZD1222疫苗，临床试验数据表明其具有良好的安全性，及较高的体液免疫及细胞免疫应答水平，目前已经获批进入临床试验Ⅳ期。腺病毒载体疫苗不需要处理传染性病毒，具有安全高效的特点，能够刺激机体产生体液和细胞免疫并长期表达。然而，重组病毒载体疫苗研发需要考虑如何克服“预存免疫”。以康希诺生物公司的“重组新型冠状病毒疫苗”为例，该疫苗以5型腺病毒作为载体，但绝大多数人成长过程中曾感染过5型腺病毒，体内可能存在能中和腺病毒载体的抗体，从而可能攻击载体、降低疫苗效果。也就是说，疫苗的安全性高，但有效性可能不足。

3.4.2 细菌载体疫苗 复制细菌载体疫苗和减毒活菌载体疫苗目前有3种处于临床前研究阶段。分别以肠炎沙门菌和百日咳活菌为载体，植入新型冠状病毒S蛋白基因片段，形成抗原刺激机体形成免疫反应。目前关于细菌载体的新型冠状病毒疫苗研究还较少。

3.5 核酸疫苗

核酸疫苗是通过对新型冠状病毒关键的蛋白结构（S蛋白）进行基因编码，以载体来递送病毒的基因或片段，将免疫原性抗原编码到宿主细胞中。这种方法有效地诱导体液和细胞介导的免疫反应。美国Moderna公司的mRNA-1273RNA疫苗和德国BioNTech公司、美国辉瑞公司及中国复星医药集团合作共同开发mRNA疫苗BNT162b2目前处于临床试验Ⅳ期研究阶段。这种疫苗的优点在于不需要合成蛋白质或者病毒，开发流程较快，且生产周期短，安全性相对比较高。

3.6 病毒样颗粒疫苗

病毒样颗粒疫苗是使病毒结构蛋白在细菌、昆虫、酵母或哺乳动物细胞中共同表达以形成非感染性颗粒作为疫苗免疫原，它们类似于真正的病毒，只不过缺乏病毒基因组，不能自主复制。目前病毒样颗粒疫苗有6种处于临床试验阶段。病毒样颗粒疫苗不含有病毒遗传物质，安全性高，结构与天然新型冠状病毒颗粒相同或类似，能够高效诱导细胞和体液免疫。然而免疫原性不足，需要佐剂来增强免疫效应，并且需要多次注射。

至今为止，几种新型冠状病毒疫苗已经达到了大规模临床试验疫苗安全和保护疗效的最终阶段。这些疫苗的利弊需要进一步研究，以更好地了解其安全性、免疫原性和保护率。此外，需要详细的纵向研究来确定每个疫苗的保护性免疫的持续时间[10]。几乎所有临床试验中的疫苗候选者通过肌肉注射或皮下注射途径递送，尚不清楚血清中的抗体是否达到呼吸系统，尤其是肺部。通过呼吸系统的黏膜疫苗接种可能有利于诱导黏膜的免疫应答，并通过呼吸道原位防止新型冠状病毒传播。目前已有通过鼻部吸入的复制型病毒载体疫苗在临床试验阶段，如果能投入使用将使疫苗接种更方便并大大降低疫苗的成本。总之，新型冠状病毒疫苗的研制是人类在对抗新型冠状病毒、控制COVID-19传播上的第一要务，仍然存在很多挑战。目前全球COVID-19疫情形势依旧严峻，非药物性干预措施在疫情防控过程中起到了非常重要的作用，但是真正要战胜疫情，仍有赖于提高群体免疫力。而接种疫苗是最快、最有效提高群体免疫力的方法。然而，要达到群体免疫的接种规模，接种任务仍然非常艰巨，需要全人类同心抗疫，打赢疫苗攻坚战，一起携手共筑免疫屏障，共同维护全球公共卫生安全。

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