吸入式、DNA等新冠疫苗陆续问世，捋一捋已上市应用的新冠疫苗

除了吸入式疫苗之外，不久前，发表在《Nature》上的一项研究表明，印度批准全球首支基于DNA的新冠疫苗——“ZyCoV-D”，并将在本国使用，宣告了又一个新冠疫苗产品登上了抗新冠疫情的舞台。

以上消息引起了疫苗界的极大关注。至此，已经上市应用于人体的新冠疫苗汇总有以下系列：（1）灭活疫苗（2）重组蛋白亚单位疫苗（3）腺病毒载体疫苗（4）mRNA疫苗（5）DNA疫苗。至于目前尚在研发之中的其它新冠疫苗，我们暂且拭目以待。

目前已知新冠病毒棘突蛋白（S蛋白）介导了病毒与宿主细胞受体ACE2的结合，是疫苗设计的主要靶蛋白。S蛋白由S1和S2两个亚基组成，其中S1包括N端区（NTD）和受体结合区（RBD）。RBD是新冠病毒与受体结合的核心区域，针对RBD的抗体可有效阻断病毒感染，它同时也是重要的疫苗抗原。在上述已经上市应用的疫苗中，多选用全长S蛋白或S蛋白的RBD作为抗原靶标。据世界卫生组织（WHO）通报，截至2021年9月26日，全球共128个疫苗已进入临床研究阶段，194个疫苗处于临床前阶段，其中，重组蛋白亚单位占比最多（45款），其次为 RNA 疫苗（21 款）和病毒载体疫苗（20 款）。众多的新冠疫苗难免给人眼花缭乱的感觉，尤其是在对比不同的疫苗在作用原理、免疫反应性、接种途径、评价方法时，更是如此。下面，本文就目前已上市应用的新冠疫苗的研发机理及生物学特性的异同，试作一个比较及归纳。

灭活疫苗采用传统的疫苗研制工艺，其原理是对新冠病毒进行扩增培养后，利用物理或化学方法将具有感染性的完整病毒灭活，使其失去致病力而保留免疫原性。由于新冠病毒中的蛋白质具有免疫原性，能刺激机体产生抗体，灭活新冠疫苗除了可以产生S蛋白的中和抗体外，同时也会诱导机体产生针对S蛋白之外的蛋白非中和性抗原的抗体。换言之，就是将有限的免疫资源分散了，使针对S蛋白的中和抗体比例下降。另外，由于全病毒作为抗原的灭活疫苗的免疫原性不强，通常需要使用佐剂以提升其免疫原性和加强剂量或接种剂次才能实现和维持免疫能力。目前上市使用的灭活新冠疫苗基础免疫都为2剂次以上。

此外，灭活疫苗在应对新冠病毒变异株时，可能需要根据病毒变异情况定期更换疫苗毒株，这除了增加了工作量及成本之外，还增加生物安全风险。这可能是灭活新冠疫苗面临的最迫切的挑战。

重组蛋白亚单位疫苗是将病毒目的抗原基因通过重组方式构建在表达载体上，再转化到细菌、酵母、哺乳动物或昆虫的细胞中，诱导表达出抗原蛋白，纯化后制成疫苗。这里要重点强调的是，重组蛋白亚单位疫苗的生产过程是在体外进行的，这有别于后面的核酸疫苗、病毒载体疫苗是在体内完成的；此外，重组蛋白亚单位疫苗的免疫原性较弱，多需额外加佐剂，且需接种较多剂次。

新冠病毒的重组蛋白亚单位疫苗主要是以新冠病毒的S蛋白或RBD作为疫苗抗原的候选靶标。RBD受体结构域是S蛋白和ACE2结合的关键部位。新冠病毒是通过S蛋白的RBD受体结合区域与人体细胞表面的受体ACE2结合，如同钥匙配一把锁一样，帮助病毒打开了进入人体的通道，可以说是S蛋白上真正起作用的关键元件。因此，在具体选择抗原蛋白时，是选择S蛋白？还是只挑选S蛋白的一部分—— RBD作为抗原，对于疫苗学家来说，也是颇费思量的难题。如果选择RBD作为抗原，所产生的中和抗体可精准地阻断新冠与人体细胞表面的受体 ACE2 结合，从而起到抗病毒作用；但如果仅选择S蛋白上的RBD作为抗原，也会损失掉病毒S蛋白其他区域的抗原表位，因为完整的S蛋白分子量比较大（约600 kDA），免疫原性也相对强，仅需少量即能产生很强的免疫反应。

另一方面，从疫苗生产的角度，重组蛋白疫苗生产工艺相对简单，不需要灭活完整病毒，只需要体外重组表达有效的抗原片段，所以在普通级别的生物安全实验室即可生产，显著降低了疫苗的生产成本，且产能较大，储存和运输比较方便。

第三类新冠疫苗是属于在新冠疫情期间异军突起的一组疫苗，其与重组蛋白疫苗研发过程既有相似之处，也有不同之处。相同之处是都以新冠病毒的S蛋白或S蛋白上的RBD作为疫苗抗原靶标；不同的是，重组蛋白亚单位疫苗的生产过程是利用分子生物学技术在人体外通过细菌、酵母、哺乳动物或昆虫的细胞中表达出抗原蛋白；而第三类疫苗虽然同样是利用分子生物学技术，但其是在人体细胞内完成免疫过程的。而且，第三类疫苗不管是mRNA疫苗、DNA疫苗、还是病毒载体类疫苗，其最终也是殊途同归在细胞质内以mRNA的形式实现疫苗蛋白的合成及分泌。第三类疫苗与灭活疫苗和重组蛋白疫苗之间还有一个重要的区别，就是灭活疫苗和重组蛋白疫苗里面的蛋白质没有生物活性，只有抗原性；而第三类疫苗则是利用细胞的合成功能指导合成S蛋白，这不像前两类疫苗里是变性的蛋白，而是具有生物学活性3D立体结构的蛋白质，接近自然状态下的蛋白抗原，因而更能有效刺激免疫系统。这就是为什么第三类疫苗能同时有效刺激杀伤T细胞产生和抗体反应的原因，而灭活疫苗和蛋白疫苗只可以产生抗体，且刺激T细胞免疫反应的能力则有限。

接下来，我们再分述第三类疫苗中各种疫苗的异同。

是近来风头最劲、也是最早获全球上市应用的新冠疫苗。mRNA新冠疫苗是通过体外转录技术合成新冠病毒S蛋白或RBD的mRNA，然后利用合适的递送系统将mRNA运输进入人体, 依靠细胞自身的翻译系统将mRNA翻译成目标抗原蛋白, 从而达到免疫反应的目的。

mRNA技术有以下特点：（1）高效性：mRNA一旦到达细胞质就会立即翻译，而不需要进入细胞核才可发挥功能。（2）安全性：mRNA不会整合到基因组中，没有造成插入突变的风险；mRNA仅具有瞬时活性，通过生理代谢途径可完全降解。（3）质量可控：由于编码不同抗原的 mRNA 在化学和物理上高度相似，新mRNA疫苗的配方设计和制造过程遵循相同的步骤，mRNA生产工艺相对简单且质量可控。

但mRNA新冠疫苗有一个问题，就是mRNA分子片段在体内很容易发生降解。所以，保证mRNA疫苗不被细胞外的RNA酶水解、顺利穿过细胞膜、进入细胞质并启动翻译就成为前提条件。因此，必须有一个良好的递送系统保护mRNA有效地进入人体细胞不会被破坏，还可有效提升靶向性和生物利用度。目前，mRNA的递送系统大致分两类，即脂类或类脂类递送系统和聚合物递送系统，脂质纳米颗粒(LNP)是最常用的递送系统之一。由于LNP属于新技术，问世时间不长，各家采用的技术不同，导致一些技术参数也不同，如Moderna的mRNA1273可以在零下20℃保存，而辉瑞BNT162b2则要求零下70℃保存，这个苛刻条件就成为了目前mRNA疫苗推广的一个重要壁垒。

目前仅有印度首发的“ZyCoV-D”上市用于人群接种，其它的DNA新冠疫苗尚在研发过程中。ZyCoV-D疫苗含有名为质粒（能编码新冠病毒S蛋白）的环状DNA链和一个能激活S蛋白基因的启动子序列。质粒进入细胞核后会转化成mRNA，mRNA再进入细胞质，并翻译成S蛋白，然后就像mRNA疫苗一样，发挥免疫作用。而质粒一般会在几周到几个月内降解，但免疫效果会一直保持下去。

DNA疫苗与mRNA疫苗的主要区别之处在于，1、DNA疫苗需要进入细胞核，再出核在胞质形成mRNA；而mRNA疫苗进入细胞后无需进入细胞核，只在胞质中释放出mRNA，再完成此后的免疫过程。2、ZyCoV-D疫苗较为稳定，其无需像mRNA疫苗那样需要在非常低的温度下储存。3、 ZyCoV-D疫苗无需注射，这种疫苗利用一种无针头装置按压在皮肤上，这种装置会产生一股很细的能穿透皮肤表面的高压液体流，比打针的疼痛感更小。但由于该疫苗还缺乏真实世界应用的资料，故尚不足以作更多的评价。

腺病毒载体新冠疫苗的工作原理简单来说是利用人或动物的腺病毒，经分子生物学工程改造后形成无致病性且在人体内无复制功能的腺病毒，然后将编码新冠病毒S蛋白的基因插入到改造后的腺病毒基因组中，制成疫苗。目前已研发上市的腺病毒载体新冠疫苗有人腺病毒载体疫苗和黑猩猩腺病毒载体疫苗。我国的用的人腺病毒（Ad5）载体是复制缺陷型的，在人体内不会复制，只起到递送S基因的作用，S基因在体内合成相应的抗原蛋白，诱导机体发生免疫应答。

腺病毒载体疫苗注射入体内后，有一段旅程与DNA疫苗有相似之处，疫苗可通过自身的纤突蛋白和细胞表面的CAR（腺病毒受体）受体结合，被内吞进入细胞，并将表达S蛋白的核酸片段送入细胞核内。之后的过程与DNA疫苗基本相同，经历了细胞核内转化成mRNA后出核，在细胞质内翻译成S蛋白，完成免疫过程。人腺病毒（Ad5）载体新冠疫苗的特点是，既有注射剂型、也有雾化吸入剂型，可以通过多种方式进行免疫。在目前的新冠疫苗接种程序基础上，若采用吸入式人5型腺病毒载体疫苗Ad5-nCoV作为加强剂，有如下优点：一是方便实施，发挥吸入式的接种途径优势；二是可以发挥序贯免疫法的优势，增强细胞免疫和体液免疫；三是由于吸入式人5型腺病毒载体疫苗的剂量只是注射剂量的五分之一，可以大量节省疫苗用量用于更广大的人群接种，这在当下全球新冠疫苗紧缺，一苗难求的情况下，更凸显出它的意义。

1、免疫应答：灭活疫苗、重组蛋白亚单位疫苗的抗原在体外产生，主要以外源性抗原形式被提呈（循MHCⅡ类分子途径提呈给CD4+T细胞），故仅诱导Th活化和抗体产生，一般缺乏CTL介导的细胞免疫效应。而核酸疫苗、腺病毒载体疫苗接种后由人体产生抗原，除了可激活CD4+T细胞免疫应答并产生抗体，胞内合成的抗原还可通过MHCⅠ类分子途径提呈给CD8+T细胞，激活杀伤性T细胞免疫应答。

2、贮存与运输条件：灭活疫苗、重组蛋白亚单位疫苗、腺病毒载体疫苗可在常规条件（2-8摄氏度）贮存，DNA疫苗的贮存条件为4摄氏度，mRNA疫苗需要在零下20度（莫德纳mRNA-1273）或零下70度（BNT162b2）。

3、接种剂次：按需接种剂次排序为，腺病毒载体疫苗接种1剂次（人5型腺病毒载体新冠疫苗Ad5-nCoV，Ad26载体新冠疫苗）或2剂次（黑猩猩腺病毒载体新冠疫苗）；灭活疫苗和mRNA疫苗均需接种2剂次；重组蛋白亚单位疫苗和DNA疫苗均需接种3剂次。

4、接种途径：灭活疫苗、重组蛋白亚单位疫苗均为肌肉内注射；DNA疫苗采用的为无针头接种装置；腺病毒载体疫苗同时兼有肌肉内注射和雾化吸入两种途径，具有更多的选择优势。

未来，将会有更多的新冠疫苗品种面世，为人类迎战新冠病毒提供更多更丰富的优良武器。