從血漿療法到抗體疫苗，戰(zhàn)勝新冠，也許不用等太久了
最初的抗白喉血清包裝
撰文 | 高菲 李楊陽 張林琦（清華大學醫(yī)學院）
編輯 | 余運西
審核 | 吳衛(wèi)紅
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引言
2019年12月以來，武漢暴發(fā)的新型冠狀病毒肺炎疫情迅速席卷全國，發(fā)展成一個重大公共衛(wèi)生事件。社會各界人士都在為遏制疫情、救治患者不懈努力著。為增進大家對新型冠狀病毒疫情的了解，加強自我防控，清華大學醫(yī)學院將陸續(xù)推出關(guān)于新冠病毒的系列科普文，請本院的老師們一步步講解新冠病毒。
本文作者： 高菲 李楊陽 張林琦
疫苗研發(fā)
全球前沿機構(gòu)競逐
針對此次新冠肺炎疫情，截至2020年2月16日24時，全國累計確診病例7萬余例（其中重癥病例1萬余例），累計死亡1770例。遺憾的是，目前尚無針對新冠病毒的特異性藥物及疫苗。對此，國內(nèi)外的專家學者紛紛加入這場沒有硝煙的戰(zhàn)斗——
國內(nèi)：
● 中國疾病預防與控制中心，浙江大學開展滅活疫苗研發(fā)。
● 軍科院和康希諾開展腺病毒載體疫苗研發(fā)。
● 中科院微生物所和智飛生物開展重組蛋白疫苗研發(fā)。
● 近期，清華大學醫(yī)學院張林琦教授領(lǐng)導的研究團隊，獲得了騰訊公益慈善基金會、北京水滴匯聚公益基金會和泰合資本的支持，開展多種疫苗策略的研究。
國外：
● 強生公司宣布啟動新冠病毒疫苗的研發(fā)。
●專注于mRNA疫苗平臺的德國生物技術(shù)公司CureVac AG宣布注資830萬美元，加速開發(fā)新冠疫苗。
●比爾及梅琳達·蓋茨基金會宣布將投入1億美元，致力于新冠病毒的疫苗研發(fā)和疫情控制。
● 國際組織CEPI（流行病防范創(chuàng)新聯(lián)盟）近期也宣布利用現(xiàn)有成熟的疫苗生產(chǎn)技術(shù)，加強對新型冠狀病毒疫苗的研發(fā)。
國務院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會副秘書長、新聞發(fā)言人趙世堂介紹，目前疫苗研發(fā)正在武漢、北京兩地緊鑼密鼓地推進，滅活疫苗的研發(fā)正在進行病毒培養(yǎng)，重組基因工程疫苗研發(fā)已完成基因序列的核查。其他相關(guān)工作也在抓緊推進中。
面對疫情，為何疫苗的研發(fā)如此重要？
先說說什么是疫苗。疫苗是利用病原微生物（如細菌、病毒等）經(jīng)過減毒、滅活或其他方式制成的生物制劑，接種后能相對安全地激活人體免疫反應，從而預防感染。
接種疫苗后，人體免疫系統(tǒng)會產(chǎn)生相應的物質(zhì)來抵抗病毒，也就是大家熟悉的抗體。當病毒侵染人體時，預先存在的抗體通過與病毒的特定部位（一般為表面蛋白）結(jié)合，形成“抗原—抗體”復合物，即為獨特的“鑰匙-鎖”配對效應，進而完成病毒的清除，實現(xiàn)對疾病的預防。
血漿療法是應急措施，存在不確定性
近日，新冠肺炎“血漿療法”廣受社會各界關(guān)注。事實上，“血漿療法”由來已久——我們知道，抗體存在于人體的血漿中，采集康復期患者富含抗體的血液后，經(jīng)過特殊處理后輸注給其他患者，即為“血漿療法”。
早在100多年前，科學家們就開始利用“血清療法”（血漿去除纖維蛋白后即為血清），來對抗細菌引起的傳染性疾病了。1890年，德國科學家埃米爾·馮·貝林（1854~1917年）和日本科學家北里柴三郎（1853~1931年）共同發(fā)表他們的研究成果——將患過白喉的老鼠血清注射給新感染白喉的老鼠，后者奇跡般地痊愈了。上述工作證明了感染過白喉的老鼠體內(nèi)可以產(chǎn)生某種殺傷白喉桿菌的物質(zhì)，貝林將這種物質(zhì)命名為“白喉抗毒素血清”，其有效成分實際是對白喉桿菌具有殺傷作用的抗體。1901年，貝林因“血清療法”方面的工作，特別是應用于白喉方面，而獲得第一屆諾貝爾生理學和醫(yī)學獎。
在1917年的西班牙大流感、1930年代的麻疹病毒以及2014年西非暴發(fā)的埃博拉疫情中，“血漿療法”均曾用于臨床。
值得一提的是，根據(jù)已發(fā)表數(shù)據(jù)，在2003年的抗擊非典疫情中，接受“血漿療法”的患者均出現(xiàn)體內(nèi)病毒的減少及癥狀緩解。
以上先例無疑為“血漿療法”在應對此次新冠病毒疫情的應用前景上帶來希望。
事實上，在2017年世界衛(wèi)生組織（WHO）發(fā)布的BRN（Blood Regulators Network）指南中說明，在緊急應對嚴峻疫情時，如特異性藥物及疫苗尚未上市，痊愈患者血漿/血清可用作治療使用。針對此次新冠肺炎疫情，在國家衛(wèi)健委發(fā)布的《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案》（試行第四版）中，已提出對危重癥病人治療措施可采用恢復期血漿治療。2月8日，首期3名危重患者在武漢江夏區(qū)第一人民醫(yī)院接受“血漿治療”，目前連同后續(xù)醫(yī)院治療的危重癥病人超過10名。
無法忽視的是，痊愈患者血漿數(shù)量非常有限，且如何獲得、保存及運輸安全可靠的血漿是“血漿療法”不可忽視的短板。更為重要的是，血漿成分復雜，目前國際上對于血漿中各類病毒滅活或去除，尚無十分可靠的方法，其副作用也還存在不確定性。嚴格而言，“血漿療法”是個應急的治療措施，在目前沒有針對新冠病毒的特異性藥物時，是值得研究和評估的臨床治療手段。
單克隆抗體藥物
近期更值得期待
時至今日，為了規(guī)避“血漿療法”的不確定性，生物學家通過不斷探索，已將“血漿療法”逐步精確化和可控化——即單克隆抗體藥物的研發(fā)和應用。在患者痊愈過程中，其體內(nèi)會產(chǎn)生抗原特異性的B細胞。這些細胞存在于患者血液中，用以產(chǎn)生特異性抗體?？茖W家們通過篩選，可將此類B細胞捕獲。再利用生物學方法，得到抗體的基因序列，通過基因分析和擴增，便可獲得有效的人源單克隆抗體序列，用以體外制備和大規(guī)模生產(chǎn)。
由于單克隆抗體成分單一、靶向性強，且具有高特異性、毒副作用小的特點，是一種良好的治療和預防手段。
值得一提的是，單克隆抗體藥物在人類應對傳染性疾病的歷程中已有值得效仿的成功先例。早在1998年，美國FDA批準使用抗體藥物Synagis治療呼吸道合胞體病毒（RSV），主要用于兒童的預防藥物。2018年，F(xiàn)DA批準抗體藥物Trogarzo治療艾滋病。2014年，埃博拉疫情時期，兩名美國醫(yī)護工作者在利比里亞工作時被感染。由于埃博拉病毒極為烈性，當其返回美國后，病情進展已相當嚴重。在命懸一線之際，他們接受了一種未經(jīng)FDA批準的實驗藥物ZMapp的治療，并于數(shù)周后被治愈，而ZMapp正是由3種單克隆抗體配伍而成的混合藥物。
我們不難發(fā)現(xiàn)，針對新冠病毒特異性單克隆抗體的研發(fā)及臨床使用，將為新冠臨床治療提供新的契機。
藥物靶點？
我們把目光對準S蛋白
如前文所述，抗體通過與病毒特定部位結(jié)合，形成“鑰匙-鎖”的獨特結(jié)構(gòu)，進而阻斷病毒與其天然受體的結(jié)合，實現(xiàn)病毒的清除。因此，抗體藥物作用的靶點至關(guān)重要。
引發(fā)此次疫情的新冠病毒屬于冠狀病毒，冠狀病毒可以引起人畜共患的呼吸道和腸道疾病，20世紀30年代從家禽中首次被分離出來。1966年，首個人冠狀病毒HCoV-229E被分離出來后，科學家對其進行形態(tài)學觀察，發(fā)現(xiàn)病毒包膜外排列整齊的刺突蛋白像一頂頂皇冠，所以命名為“冠狀病毒”。隨后陸續(xù)共有7種人冠狀病毒被分離出來。由于最先被分離出的HCoV-229E和HCoV-OC63的致病性弱，通常只能引起普通的感冒和呼吸道感染，所以對其的探索并沒有引起重視。而2003年中國廣東SARS疫情和2012年沙特阿拉伯MERS疫情的相繼暴發(fā)，造成了全球近萬人感染，才真正讓公眾意識到冠狀病毒的厲害。
冠狀病毒的結(jié)構(gòu)示意圖
冠狀病毒由四個結(jié)構(gòu)蛋白組成，分別為包膜蛋白（Envelope），膜蛋白（Membrane），核衣殼蛋白（Nucleocapsid）和刺突蛋白（Spike）。其中刺突蛋白（也叫S蛋白）暴露在病毒的最外層，可與人體細胞的受體蛋白結(jié)合，介導病毒感染細胞，該功能主要由S蛋白的受體結(jié)合域（RBD）完成?？茖W家發(fā)現(xiàn)，SARS-CoV及2019-nCoV的S蛋白與受體細胞的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2蛋白（ACE2）結(jié)合。同時，RBD區(qū)域也決定了病毒感染的物種特異性，即決定了2019-nCoV可以結(jié)合人的ACE2蛋白，也可以結(jié)合豬、蝙蝠和果子貍的ACE2。
目前，通過晶體及冷凍電鏡技術(shù)，科學家已成功解析了SARS-nCoV和MERS-CoV的S蛋白和宿主細胞的受體蛋白的復合物結(jié)構(gòu)，分辨率達到埃米（0.1納米），這讓我們更精確地找到了新冠病毒可能的藥物作用的靶點——S蛋白。靶向S蛋白進行抗體藥物研發(fā)及疫苗設(shè)計，是精確地殺傷冠狀病毒，針對此次暴發(fā)的新冠病毒特異性藥物開發(fā)的好思路。
通過篩選，我們可以得到針對新冠病毒S蛋白的中和抗體，這些抗體能夠與在體內(nèi)游離的病毒結(jié)合，使得病毒無法與受體蛋白ACE2結(jié)合，從而阻礙了病毒感染細胞，最終導致病毒的死亡。
冠狀病毒S蛋白和受體ACE2結(jié)合后感染細胞示意圖
萬幸的是，新冠病毒與2003年爆發(fā)的SARS-CoV以及中東暴發(fā)的MERS-CoV具有極其相近的親緣關(guān)系。基于上述二者抗體藥物及疫苗的研發(fā)經(jīng)驗，可以大大降低針對新冠病毒研發(fā)失敗的風險，使之有章可循。
近日，香港大學陳志偉教授團隊發(fā)表了關(guān)于SARS-CoV的研究成果，同樣對新冠病毒抗體藥物及疫苗的研發(fā)具有警示作用。文章表明，在SARS死亡病人體內(nèi)的抗刺突蛋白（S蛋白）中和抗體的滴度顯著高于已恢復病人，且前者抗體產(chǎn)生的時間也遠遠早于后者。在一定意義上，上述結(jié)果說明：似乎免疫系統(tǒng)靈敏的病人反而容易成為高危病人，其體內(nèi)產(chǎn)生的抗S蛋白抗體則是誘發(fā)急性肺部損傷的重要因素之一。
疫情控制是當下防疫工作的重中之重，因而對于抗體藥物作用的靶點的選擇及疫苗設(shè)計，我們?nèi)孕柚斏鲗Υ?，也需要更多的時間和研究佐證。
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注：本文轉(zhuǎn)載自清華大學醫(yī)學院。
