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新型冠狀病毒特征

新型冠狀病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）是一種急性呼吸道傳染性疾病，其病原體是嚴重急性呼吸綜合癥冠狀病毒?2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）。

患者的臨床表現包括發熱、干咳、呼吸急促、肌肉酸痛、頭暈、頭痛、喉嚨痛、鼻漏、胸痛、腹瀉、惡心和嘔吐。當病毒載量高或當感染發生在其他嚴重疾病患者中時，患者經常在短時間內發展為急性呼吸系統綜合征和敗血癥。

世界衛生組織（World Health Organization，WHO）統計數據顯示，截至2022年4月17日，全球超過5億多人已經確診感染了SARS-CoV-2，導致超600萬人的死亡^[1]。

由于COVID-19缺乏特效的抗病毒藥物以及有效的治療措施，疫苗接種是最為有效的防治措施。（//mp.weixin.qq.com/s/s9FBervCTDYeUYZ8IOmJPw）

2

新型冠狀病毒結構

SARS-CoV-2屬于冠狀病毒科β?冠狀病毒屬，有包膜，其基因序列為單股正鏈的RNA，具有強致病性和高傳染性等特點^[2]。病毒顆粒呈球形或多形，直徑約為60-140nm。具有27-32千堿基（kb）（圖1）。

SARS-CoV-2的基因組組織與其他冠狀病毒相似，主要由開放閱讀框（ORF）組成。

大約67%的基因組通過ORF1a/b編碼，它編碼16種非結構多蛋白（nsp1-16），而其余33%編碼輔助蛋白和結構蛋白。

結構蛋白包括：刺突糖蛋白（spike，S）、包膜蛋白（envelope，E）、膜糖蛋白（membrance glycoprotein，M）和核衣殼蛋白（nucleocapsid，N）。

S糖蛋白由1273個氨基酸組成，包括N端信號肽、S1亞基和S2亞基。S糖蛋白介導SARS-CoV-2與宿主細胞受體血管緊張素轉化酶2（Angiotensin-converting enzyme 2，ACE2）的結合，在細胞感染過程中，S蛋白被宿主跨膜絲氨酸蛋白酶2（transmembrane Serine Protease2，TMPRSS2）裂解為S1亞基和S2亞基^[4]。

S1包含兩個結合域：受體結合域（receptor binding domains，RBD）和N端結構域（N-terminal domain，NTD）。NTD負責與碳水化合物的結合，RBD允許病毒與宿主細胞結合進入宿主細胞^[5]。

S2亞基由融合肽（FP）、七肽重復序列1（HR1）、HR2、TM結構域和細胞質結構域組成，對病毒和宿主細胞的膜融合至關重要^[6]。

S蛋白是一種主要的保護性抗原，可誘導機體產生高效價的中和抗體（neutralizing antibody，Nab）。此外，S蛋白的S1亞基中的受體結合域（RBD）由中和表位的多個構象結構組成，這些表位是疫苗開發的重要標記，提出含有S蛋白的RBD區域序列或編碼RBD序列載體的重組蛋白可作為理想的安全疫苗去預防SARS-CoV-2病毒感染^[7]。

因此，S蛋白作為SARS-CoV-2最重要的膜蛋白，RBD與宿主細胞的相互作用作為疫苗設計的一個有吸引力的免疫原性靶點已被廣泛研究^[8]。

非結構蛋白由3-糜蛋白酶樣蛋白酶、木瓜樣蛋白酶和RNA依賴的RNA聚合酶以及輔助蛋白等構成^[3]。

ORF1a和ORF1b包含一個移碼器，產生兩個多肽pp1a和pp1ab。

木瓜蛋白酶樣蛋白酶（PLpro）或糜蛋白酶樣蛋白酶（3CLpro）將這兩種多肽加工成16 nsps（圖1B）。

3

新型冠狀病毒入侵機制

從轉錄和翻譯過程開始。新病毒RNA基因組的合成是在RNA依賴性RNA聚合酶的幫助下進行的，該聚合酶利用負支架模板（圖2）。

SARS-CoV-2對血管緊張素轉換酶2（ACE2）受體的結合親和力高于其他SARS，從而促進SARS-CoV-2的快速傳播。M蛋白是最豐富的結構糖蛋白，負責營養物質在細胞膜上的運輸，同時使病毒顆粒形成形。

S或刺突蛋白是構成病毒介蛋白的I型膜糖蛋白。N蛋白有助于結合病毒RNA基因組，同時保持RNA穩定性。E蛋白在發病機制期間的病毒釋放和組裝中起重要作用（圖1和圖2）。對SARS-CoV-2全基因組序列的分析表明，它與SARS-CoV的序列相似度為85-95%，表明SARS-CoV-2與SARS-CoV的相容性更高。

4

新型冠狀病毒變異

隨著新冠病毒在世界范圍內的不斷傳播，病毒基因組發生突變，形成多種變異株。2020年2月SARS-CoV-2的S蛋白發生D614G型變異是最早被發現的突變基因型，該變異株在感染、復制上具有更高效率，且保持了原始毒株相似的致病力。

此后，SARS-CoV-2的多種變異株被發現，截至2021年11月26日，WHO認定的變異株有5個，分別為B.1.1.7變異株（Alpha）、B.1351變異株（Beta）、P.1變異株（Gamma）、B.1.617.2變異株（Delta）以及B.1.1.529（O-micron）^[9]。

5

現有疫苗情況

截至目前，這些變異毒株對COVID?19的預防和治療帶來極大挑戰。對于控制SARS-CoV-2變異株流行，全人群接種疫苗仍是首要選擇，接種第三劑加強針可以有效提高疫苗的保護效果。

現有疫苗主要針對野生型SARS-CoV-2，應加強對新冠病毒新變異株的疫苗研發。目前，SARS-CoV-2的疫苗技術平臺基本上都是針對S蛋白的，包括滅活疫苗、減毒活疫苗、重組蛋白疫苗、載體疫苗和核酸疫苗等。

但一些已知的障礙也必須克服才能成功開發疫苗。如抗體依賴的增強作用（Antibody dependent enhancement，ADE）是一種病毒特異性抗體促進病毒通過抗體受體途徑進入宿主細胞的現象，導致增強的病毒感染^[20]。（DOI: 10.13376/j.cbls/2021037）

滅活疫苗：是將SARS-CoV-2毒株進行培養后，采用理化方法進行滅活后而制成的疫苗。其毒力喪失，但仍具有免疫原性。國藥集團北京生物所新型冠狀病毒滅活疫苗用新型冠狀病毒19nCoV-CDC-Tan-HB02株，在Vero細胞系中進行SARS-CoV-2毒株培養繁殖，經培養、收獲病毒液、經兩次β?丙內酯滅活、濃縮、純化后，加入氫氧化鋁佐劑制成^[10]。科興中維滅活疫苗選用的毒株是新型冠狀病毒CZ02株。國藥集團武漢生物制品研究所的滅活疫苗毒株為WTV04株滅活疫苗一般需多次免疫病毒抗原處理，在免疫原性滅活過程中可能發生改變，且不能有效誘導黏膜Ｔ細胞反應。

滅活疫苗的優勢包括研發、生產工藝成熟，在4℃中保存，便于冷鏈運輸，提高了疫苗輸送的便捷性。滅活疫苗的局限性，需要分離出野生型毒株進行培養，病毒的培養條件需要進行摸索，例如溫度、pH、培養基等，病毒培養需要在P3實驗室進行，對實驗室安全等級有要求。滅活疫苗的生產需用高熱、紫外線、化學制品等手段來處理，監管部門對此種疫苗有嚴格的監控，不容易被批準。此外，在制備滅活疫苗時如果高濃度的病毒沒有被完全滅活，可能會使接種的人感染病毒。

重組蛋白疫苗：是將所需目的基因構建在表達載體上，常用的表達載體有細菌、酵母、哺乳動物或昆蟲細胞等，在一定的誘導條件下，表達出具有免疫原性的抗原，將其純化后制備成疫苗。現有針對新冠病毒的重組疫苗，主要以SARS-CoV-2的S蛋白的RBD區域為靶點進行疫苗的設計^[12]。

重組疫苗是目前最為安全的疫苗之一，但由于免疫原性較低，需要與佐劑聯用，才具有更好地保護效果。國際上首個獲批臨床使用的重組蛋白疫苗是ZF2001，由安徽智飛龍科生物與中科院微生物所聯合研制^[13]。

病毒載體疫苗：是以非致病病毒為載體，將外源保護性抗原基因嵌入載體而形成的疫苗，分為復制型和非復制型兩類。常用載體：腺病毒、流感病毒、皰疹病毒、沙門菌等。Ad5-nCoV由軍事醫學研究院和康希諾共同研發，是我國研發的第一個腺病毒載體新冠疫苗，采用單劑量接種，單針接種28d后，總體保護效力為65.70%^[14]。腺病毒載體疫苗單劑次接種能夠產生足夠免疫力，并且提高了接種者的順應性。

核酸疫苗：是“第三代疫苗”，是一種新興的疫苗，分為兩種：DNA疫苗和mRNA疫苗。核酸疫苗是在宿主細胞內表達外源抗原，誘導機體產生免疫應答。

由含有哺乳動物表達啟動子和編碼刺突蛋白抗原的質粒DNA構建，與傳統方法相比，DNA疫苗具有可誘導廣泛的免疫反應、熱穩定性、可在單一疫苗中編碼多種抗原、高效的細菌大規模生產和成本效益等優點^[15]。DNA疫苗需要進入細胞核產生作用，因此存在整合宿主基因組序列的風險，有一定的安全隱患。DNA為抗原，可能誘導機體產生自身抗體，引發免疫性疾病。外源性DNA同時存在整合到宿主基因組上的潛在風險。

mRNA疫苗包含一個RNA分子，被包裹在脂質納米顆粒（LNPs）中。肌肉注射后，LNP?mRNA在宿主細胞中內化，并作為模板合成全長刺突蛋白抗原。與傳統方法相比，mRNA疫苗在安全性、成本效益、誘導細胞和抗體介導的免疫應答方面具有多種優勢。mRNA疫苗在細胞內表達目標抗原后，將會被降解，因此mRNA疫苗將插入誘導突變的潛在風險降至最低。mRNA疫苗可以誘導體液免疫和細胞免疫，有良好的保護效果。

Pfizer和BioNTech聯合開發的mRNA疫苗BNT162b1/2是一種脂質類納米顆粒核苷酸修飾疫苗。在抗原免疫方面，BNT162b1/2免疫學反應類似，抗原結合IgG和病毒中和反應，在第2次接種疫苗后明顯增強。BNT162b2組相比較于BNT162b1不良反應發生率和強度更低，最終采用BNT162b2進行Ⅱ期和Ⅲ期臨床試驗^[16]。16歲及以上的人接種2劑試驗疫苗BNT162b2，間隔21d，顯示有95%的保護作用^[17]。

6

mRNA疫苗作用機制

mRNA疫苗，通過樹突狀細胞遞送和表達編碼抗原的mRNA發揮作用，樹突狀細胞隨后呈遞抗原并產生中和抗體應答（//mp.weixin.qq.com/s/povNmIDukYJFirmLrzr15Q）。mRNA疫苗在細胞內表達目標抗原后，將會被降解，因此mRNA疫苗將插入誘導突變的潛在風險降至最低。mRNA疫苗僅通過一次或兩次低劑量免疫接種產生強效抗病毒中和免疫球蛋白，誘導體液免疫和細胞免疫，有良好的保護效果。

mRNA疫苗包含一個RNA分子，被包裹在脂質納米顆粒（LNPs）中。肌肉注射后，LNPs可以有效地幫助mRNA遞送到靶細胞中，并保護mRNA免受RNase的侵害（//mp.weixin.qq.com/s/9BzzecnfLp4qSJSJ4glXSg）（DOI：10.7150/ijbs.59233）。LNP?mRNA在宿主細胞中內化，并作為模板合成全長刺突蛋白抗原。與傳統方法相比，mRNA的產生有助于大規模生產治療大規模人群所需的足夠劑量的疫苗。在安全性、成本效益、誘導細胞和抗體介導的免疫應答方面具有多種優勢。

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