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新冠病毒变异不断,“泛”冠状病毒疫苗研发热潮来袭

发布日期:2022-05-01 20:48    点击次数:145

4月19日,Moderna宣布其首个二价候选疫苗 mRNA-1273.211加强针与mRNA-1273(Spikevax)加强针相比,在针对包括Omicron在内的所有被关注的变异毒株中表现出更优的中和抗体滴度,在针对Beta和Omicron变异毒株进行加强免疫后,该优势维持了6个月:在1个月和6个月时, mRNA-1273.211加强针接种下的抗Omicron中和抗体滴度分别比mRNA-1273加强针增加了2.20倍(95% CI: 1.74, 2.79)和2.15倍(95%CI: 1.66, 2.78)。此外,该二价加强针的耐受性和安全性与获批的50µg mRNA-1273加强针一致……

伴随着对COVID-19疫苗加强针的思考和讨论,许多公共卫生研究人员正在寻找并研究流感疫苗模型以指导如何应对SARS-CoV-2的持久威胁,这可能意味着要像预防季节性流感一样每年注射一次。但正如科学家们长期以来一直在追寻可对多种呼吸道病毒亚型提供持久保护的通用流感疫苗,新冠肺炎领域也在寻找可以抵御未来的SARS-CoV-2变异株并预防下一次疫情的“泛”冠状病毒疫苗。

数十家非营利组织、政府机构和疫苗制造商已将这些候选疫苗列为首要研究重点(表1)。领导这项工作的是流行病防范创新联盟(CEPI)和美国国家过敏和传染病研究所(NIAID),它们分别拨款2亿美元和4300万美元,用于研发集多功能于一体的“泛”冠状病毒疫苗。

每个组织的重点各不相同。如CEPI着眼于近期(near-term)产品开发,主要支持小型生物技术公司的平台开发。NIAID支持学术界更基础的免疫学发现工作。但他们共同的总体目标促进这两类组织合作。今年3月,CEPI和NIAID宣布成立一个联合科学论坛,供他们资助的研究人员讨论进展,并共同致力于开发安全和具有广泛保护作用的疫苗。第一次会议定于4月25日举行。

正在被考虑中的疫苗设计和递送策略是多种多样的。它们包括基于mRNA和蛋白质纳米颗粒的技术。一些候选疫苗只针对可使冠状病毒进入宿主细胞的spike蛋白,而其他候选疫苗还针对病毒蛋白质组的其他组分。一些研究的目的只是提高抗体应答,另一些研究的重点还包括细胞免疫。部分研究人员对冠状病毒疫苗充满信心,然而许多研究人员认为这其中还有太多免疫学未知。几十年来,针对流感和艾滋病毒的通用疫苗研发失败,预示着前方道路上的荆棘。

明确方向,淘沙取金

“泛冠状病毒”一词被用于描述许多正在进行的疫苗开发工作,但其含义是模糊的。首先,被设计抵御SARS-CoV-2病毒可能的任何突变形式的改良COVID-19疫苗,也许更适合被称为泛突变COVID-19疫苗。但是当实验显示其对SARS-CoV-1有一定程度的交叉保护时,一些疫苗研发人员很快就采用了含义更广的泛冠状病毒标签。

在特意设计的更具包容性(针对多种病毒)的疫苗中,泛冠状病毒也有着不同的含义。很少有科学家正在开发可以抵御所有4种主要冠状病毒谱系的真正的通用候选疫苗。相反,大多数的目标要么是包括所有SARS样病毒的亚属 sarbecoviruses,要么是family tree中较大的分支β冠状病毒,其也包括导致中东呼吸综合征(MERS)的病原体和一些导致普通感冒的季节性冠状病毒。

CEPI项目负责人 Christopher da Costa 表示,对交叉分支冠状病毒保护的模糊定义引发了许多“痛苦的讨论”。该组织最终选定了“广泛保护”以描述任何针对多种冠状病毒的疫苗,以及“变异株靶向”来描述下一代COVID-19疫苗。da Costa说:“我们的愿景是,控制未来变异株靶向疫苗数量, 而拥有更多的广泛保护性疫苗。”

CEPI迄今已宣布资助8个项目,预计还会有更多项目。其中3种疫苗针对新出现的SARS-CoV-2,所有这些都是利用新型蛋白质亚基技术递送包含目标变异毒株突变的部分spike蛋白。一种来自 MigVax,与作为粘膜佐剂的细菌毒素一起口服;另一种来自Affinivax,围绕抗原-多糖结合平台构建;第三种来自Saskatchewan大学疫苗和传染病组织,使用专有基质以结构化的方式呈递抗原。

CEPI支持的其他5项工作旨在抵御更广泛的冠状病毒威胁。其中,来自BioNet、DIOSynVax 和NEC公司的3种疫苗将依靠计算建模来识别可用于mRNA递送系统的新型疫苗抗原。另外两项工作则是开发多表位、基于纳米颗粒的蛋白质亚基疫苗,分别来自SK bioscience和印度转化健康科学技术研究所(THSTI),其与Panacea Biotec合作。

突变不断,“Mosaic”法助力

“Mosaic”音译为马赛克,顾名思义,Mosaic疫苗利用镶嵌的方式进行疫苗设计,以应对高变异度的病毒。

在CEPI产品组合中的5种广泛保护性疫苗中,SK候选疫苗进展最快。背靠CEPI 5000万美元的支持,名为GBP511的疫苗(基于SK实验性COVID-19疫苗GBP510)正在进行III期试验。它以三聚体的形式展示了60份spike蛋白受体结合域(RBD),以诱导有效的免疫应答。

GBP510只包括来自SARS-CoV-2原始菌株的RBD,但GBP511采用“Mosaic”法呈现更多抗原。它显示了来自感染人类和蝙蝠的病毒的3或4个RBD(来自sarbecovirus系统发育的所有3个分支)以生成交叉反应性B细胞,这些细胞将与不同RBD共享的保守表位结合。这种多价抗原呈递应该会导致具有广泛保护能力的免疫细胞的选择性激活和扩张。

SK的学术合作者于2021年9月在Cell上发文,在小鼠和猴子概念验证实验中展示了RBD纳米颗粒疫苗诱导广泛保护性sarbecovirus免疫(下图)。韩国生物技术公司正准备在2023年底前启动第一项人体研究。

此外,加州理工大学的结构生物学家Pamela Bjorkman开发了一种相似的镶嵌式RBD纳米颗粒结构,相关研究于2021年1月发表在Science上。它的核心使用同样的二十面体纳米颗粒,但装饰有来自8种sarbecoviruses病毒(其中6种感染蝙蝠,一种感染穿山甲,一种来自SARS-CoV-2的β变异株)的RBD。

在Bjorkman的疫苗中,RBD是随机排列的,相同抗原彼此相邻的概率很低。相比之下,SK的自组装纳米颗粒使用的是3组非随机组织的RBD。这一结构差异可能会影响刺激交叉反应抗体应答的可能性。Bjorkman说:“如果它们是随机分布的,就应该激活与受体结合域更保守区域结合的B细胞。”

Bjorkman的团队于3月份在预印本平台bioRxiv发布的研究支持这一结论。她正在寻求资金支持,以推动候选产品进入临床试验。

更进一步,获取免疫广度

马里兰州银泉城Walter Reed军事研究所正在开发一种佐剂纳米颗粒候选疫苗,该疫苗是通过将一种称为铁蛋白的自低聚蛋白质与预融合稳定版本的SARS-CoV-2 spike蛋白结合而制备的。预计未来几周将公布有29人参与的I期临床研究结果。

研究人员称其为泛冠状病毒疫苗,因为在小鼠和猴子研究中,该疫苗诱发了对目标SARS COV-2变异毒株和SARS-CoV-1的强大体液和细胞介导的免疫应答。在COVID-19疫苗的两剂初始接种后,该疫苗作为加强针扩大了免疫范围。

去年,杜克大学的免疫学家 Barton Haynes及同事在北卡罗莱纳大学病毒学家Ralph Baric带领下,描述了一种扩大mRNA平台益处的策略。他们设计了一种嵌合蛋白的编码序列,该蛋白可将感染人类和蝙蝠的sarbecoviruses病毒的spike蛋白不同部分(RBD、N端结构域和S2亚基)组装在一起。这些mRNA序列被包装在脂质纳米粒中,最终能在小鼠体内引发了广泛的保护作用。Haynes说:“这是一种mosaic法的替代方法,可以获得广泛的免疫应答。”

原则上,相同的序列可以被编码在自扩增的RNA中,这使更低剂量的给药方案成为可能,也能获得更好的免疫应答。Haynes的团队正在探索这种既包含抗原序列,也包含RNA复制自身所需机制的结构的使用。

继续深入,理清游戏规则

杜克大学的项目主要倾向于平台开发,但NIAID泛冠状病毒疫苗计划的其他3个分别在布列根和妇女医院、威斯康星大学麦迪逊分校、洛克菲勒大学的受益项目则更关注基础免疫学问题。项目负责人Jennifer Gordon指出:目前仍存在许多科学未知。希望通过对冠状病毒感染的自然免疫应答更好地理解,最终能产生更好的疫苗设计。

去年,布列根和妇女医院的免疫学家Duane Wesemann和同事们鉴定了一种潜在的抗原靶点,即spike蛋白保守茎部S2结构域,产生的抗体与COVID-19死亡率降低,在疾病消退后康复速度更快,免疫持久性增强有关(下图)。这些抗体也增强了β冠状病毒的识别广度,但是它们提供的中和作用弱于针对spike蛋白更易变头部(所有第一代COVID-19疫苗的靶点)的抗体。因此,还需要更多的工作来确定哪种情况最适合用于预防人畜共患病蔓延的广泛保护性疫苗。

旨在引导针对血凝素的茎部区域免疫反应的研究人员也面临着类似的挑战,血凝素是通用流感疫苗的主要保守蛋白靶点。鉴于该领域的诸多挫折,Wesemann希望冠状病毒研究人员对面前的免疫障碍保持空杯心态。

此外,尤其值得关注的是T细胞免疫质量如何影响保护效力。许多研究人员预测,泛冠状病毒疫苗要想取得成功,必须通过多种T细胞亚群以及抗体介导的通路提供强大而广泛的保护。Advanced Health研究所的总裁兼首席执行官Corey Casper说:“要想真正拥有高效疫苗,需要能够同时诱导中和抗体和T细胞。”

Casper正在与 Immunity Bio密切合作,以开发包含spike蛋白和核衣壳(N)成分的双抗原疫苗。核衣壳蛋白是一种内部RNA结合蛋白,长期以来一直被视为T细胞反应的重要靶点,可能提供广泛的保护。

Immunity Bio的首个产品是围绕人腺病毒血清型5(Ad5)平台构建的,目前正在强生公司的spike-only腺病毒载体疫苗的受试者中作为加强针进行试验。但除了考虑spike蛋白之外,该公司还制定了“mix-and-match”递送策略,以改善结果。该公司发表在预印本平台的一项研究表明,在小鼠实验中,saRNA-Prime和Ad5增强似乎可以增强体液免疫和细胞免疫的持久性和广度。这反应了接受第一代COVID-19疫苗异源prime增强免疫方案,将赋予对抗SARS COV-2变异毒株的更广的效力。

至此,值得一提的是,今年年初,江苏省疾病预防控制中心副主任朱凤才团队在Nature medicine上发表的研究显示,在接种2剂灭活疫苗后,用Ad5腺病毒载体新冠疫苗进行序贯加强,安全性良好、抗体水平优于同源加强,可有效中和变异株,且序贯接种后显著激发人体的细胞免疫反应,对于激活体内细胞的再次应答、有效清除被病毒感染的细胞发挥重要作用。

其他正在超越spike-only设计的公司还包括 TechImmune、ConserV Bioscience和Gritstonebio。这些公司面临的挑战正如Ragon研究所的免疫学家Gaurav Gaiha所认为的那样,即找到突变受限的T细胞表位,以实现冠状病毒的“跨越识别”和高免疫原性。

如果没有一轮轮新疫情的威胁,也没有Operation Warp Speed不惜一切代价的预算,泛冠状病毒疫苗的开发不可能以2020年疫苗竞赛的惊险速度前进。但是,过去两年的科学技术进步推动了这一领域的发展。研究人员相信,找到一种对冠状病毒具有广泛保护作用的疫苗将不会像对艾滋病毒或流感那样困难。

本文作者:白露,原文来源:魔方医药,原文标题:《新冠病毒变异不断,“泛”冠状病毒疫苗研发热潮来袭》

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