2020年中國核酸疫苗發(fā)展前景：急性傳染病、艾滋病（HIV）、癌癥預防應用領域優(yōu)勢[圖]

    疫苗是將病原微生物及其遺傳物質或代謝產物，經過人工減毒、滅活或利用轉基因等方法制成的用于預防傳染病的生物制劑。暴露于此類病原體會誘導產生具有病原體特異性的免疫細胞，從而使人體長時間保留免疫記憶。

    疫苗的發(fā)現(xiàn)在人類歷史長河中具有里程碑式的意義，曾奪走數(shù)億人生命的天花病毒在牛痘疫苗出現(xiàn)后便被徹底消滅，之后的兩百多年中針對狂犬病、結核、小兒麻痹癥等幾十種傳染性疾病的疫苗也被相繼發(fā)現(xiàn)。

    減毒疫苗（Live゛ttenuated vaccine）是指病原體經過甲醛處理后，毒性亞單位的結構改變，毒性減弱，結合亞單位的活性保持不變，依然保持了抗原性的疫苗。減毒活疫苗接種后不會引起疾病的發(fā)生，但病原體可以引發(fā)機體免疫反應，刺激機體產生特異性的記憶 B細胞和記憶 T 細胞，起到獲得長期或終生保護的作用。這類疫苗的優(yōu)勢在于誘導產生的抗原數(shù)量、性質和位臵均與天然感染相似，因此免疫力強、作用時間長。但對于兒童及老年人等免疫力較差的接種者，有一定可能發(fā)生突變并恢復毒力，存在潛在的致病危險。

    滅活疫苗（Killed vaccines）是指先對病毒或細菌抗原進行培養(yǎng)，然后用加熱或化學劑將其滅活所制成的疫苗。滅活疫苗可以由整個病毒或細菌組成，也可由它們的裂解片段組成為裂解疫苗。與減毒疫苗相比，滅活疫苗采用的是非復制性抗原，因此安全性好，但同時也犧牲了一定的免疫原性，通常需要加強免疫。

    隨著分子生物學技術的發(fā)展，疫苗模擬病原體的方式得到進一步的豐富，亞單位疫苗和重組疫苗應運而生。亞單位疫苗是通過化學分解或有控制性的蛋白質水解方法使天然蛋白質分離，提取細菌、病毒的特殊蛋白質結構，篩選出具有免疫活性的片段制成的疫苗。

    重組疫苗（Recombinant vaccine）是利用基因工程技術，將病原體能誘發(fā)機體免疫應答的蛋白質對應的 DNA 插入細菌、酵母或哺乳動物細胞中，經表達、純化后而制得的疫苗。與減毒/滅活疫苗相比，第二代疫苗的副作用以及引起相關疾病感染的風險進一步降低。目前應用較為廣泛的乙肝疫苗（HepB）和宮頸癌疫苗（HPV）就是第二代苗疫苗的成功典范。

重組疫苗的制造流程

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    核酸疫苗（Nucleic acid vaccine），又稱基因疫苗（Genetic vaccine），是最近幾十年從基因治療研究領域發(fā)展起來的一種全新的疫苗技術。其將抗原蛋白對應的 DNA或 mRNA 序列直接導入被接種者細胞，通過宿主細胞的轉錄系統(tǒng)轉錄并翻譯成抗原蛋白，誘導宿主產生對該抗原蛋白的免疫應答，從而使被接種者獲得相應的免疫保護。

    核酸疫苗通常包含一個能在哺乳細胞高效表達的強啟動子元件例如人巨細胞病毒的中早期啟動子；同時也需含有一個合適的 mRNA 轉錄終止序列。肌內注射后，DNA 進入胞漿，然后到達肌細胞核，但并不整合到基因組。

    宿主細胞內產生的抗原蛋白會被抗原提呈細胞（APC）識別并分解為由若干個氨基酸組成的多肽片段，并將這些片段與不同類型的 MHC 復合體相結合并呈遞。

    MHC-I類復合體結合 CD8+型 T 細胞（CTL），促進 CTL 釋放穿孔素和顆粒酶將表達外源蛋白的細胞殺死，形成細胞免疫。MHC-II 類復合體結合 CD4+型 T 細胞，CD4+型T 細胞會進一步結合并激活 B細胞合成相應的抗體，形成體液免疫。

核酸疫苗抗原呈遞及免疫應答原理

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核酸疫苗特殊的免疫機制優(yōu)點

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    一、應用領域

    1、急性傳染病

    2019 年12月，湖北省武漢市發(fā)現(xiàn)不明原因肺炎，后確定為新型冠狀病毒引起的肺炎，疫情首先在武漢擴散，隨后由于春運人口大規(guī)模移動，疫情迅速蔓延至全國。

    2月中旬，國內每日新增病例以及現(xiàn)有確診病例數(shù)分別達到約 1.5 萬和 6 萬的峰值水平，之后隨著全國性的管控逐漸下降。截至3月30 日，每日新增病例數(shù)已經降至 100 左右，現(xiàn)有確診病例數(shù)降至 3000 左右，國內疫情基本得到控制。

國內現(xiàn)有/累計確診病例數(shù)量

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    海外疫情目前依然處在爆發(fā)期。1 月 30 日，世界衛(wèi)生組織宣布新冠疫情構成國際公共衛(wèi)生緊急事件（Public Health Emergency of International Concern，PHEIC），同一時期海外國家中僅有韓國和日本等距離中國較近的國家發(fā)現(xiàn)少量非輸入性確診病例。截至 3 月 30 日，海外共發(fā)現(xiàn)超過 65 萬例確診病例，每日新增的確診病例數(shù)也連續(xù)數(shù)日在 6 萬人左右。全球超過 200 個國家和地區(qū)發(fā)現(xiàn)確診病例，其中美國、意大利、西班牙、德國、法國和伊朗等六國受疫情影響較為嚴重。

海外新增確診病例數(shù)量

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全球新冠疫情分布

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    進入 21 世紀后全球范圍內已經多次出現(xiàn)急性傳染病疫情，其中非典型肺炎和中東呼吸綜合征與新冠相似，同為冠狀病毒引起，但由于疫情在短時間內爆發(fā)后迅速結束，因此沒有完成商用疫苗的開發(fā)。

部分急性傳染病病例數(shù)對比

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部分急性傳染病死亡數(shù)對比

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    2、HIV艾滋病毒

    在過去的 20 年中，艾滋病毒一直是全球人類健康的主要危害之一，特別是在低收入國家。目前尚未有完全治愈 HIV 患者的方法，只能以雞尾酒療法或服用抗反轉錄病毒藥物（antiretroviral therapy）減緩病情發(fā)作，并藉此延長病患壽命。

    事實上，目前對 HIV 病毒的研究已經非常充分，已知艾滋病毒毒株共有 M、N、O、P 等 4 種類型，每種各有不同源頭。病毒直徑 120 納米，是一種大的包膜病毒，病毒外覆蓋著來自宿主細胞的雙層類脂包膜，包膜鑲嵌有 gp120 與 gp41 蛋白共同組成的包膜突刺（Envelope spike protein），突刺能夠和 T 細胞的 CD4 蛋白結合介導入侵人體細胞。

HIV 病毒結構

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    因此位于突刺蛋白最外側的 gp120 也就成為了疫苗誘導出抗體最佳的靶點。然而，HIV病毒突刺蛋白的糖基化程度很高，并且由于糖蛋白缺乏共價鍵連接而容易分裂。這樣的結構使得 HIV 病毒在人類免疫系統(tǒng)中顯得格外的不顯眼，注射滅活的 HIV疫苗根本無法產生抗體。另一方面，HIV 擁有攻擊 T 細胞的能力，傳統(tǒng)的減毒活疫苗會導致嚴重的感染，并且一旦 HIV 病毒逆轉錄完成，機體便再無法徹底清除掉這種病毒。

    自艾滋病出現(xiàn)以來，開發(fā)有效的艾滋病疫苗便是科學界不懈追求的目標之一，但其進展一直比較緩慢。

    目前推進至臨床試驗的核酸疫苗其設計大多基于 HIV 病毒非轉錄片段對應的基因序列，但有報告顯示 HIV 的 DNA 疫苗在單獨使用時免疫原性并不高，因此多種類型疫苗組合使用是較為可能的一種形式。2019 年在美國開展的 HVTN 105 研究中，DNA 疫苗（DNA-HIV-PT123）和蛋白疫苗（AIDSVAX B/E）的組合方案就能夠誘導出高強度且持久的結合抗體反應，以及更快速的潛在保護性免疫反應。

    3、癌癥預防

    常規(guī)疫苗的有效性體現(xiàn)在誘導產生中和抗體，但更主要的是病毒蛋白質在感染細胞中的重新合成并降解產生的多肽產物與 CD8+前體細胞的相互作用，激活并導致CD8+毒性T細胞克隆的產生。這種方法可以預防病毒以及由病毒誘導產生的人類腫瘤，如利用 HPV 疫苗預防宮頸癌，但大多數(shù)的人類癌癥并非由病毒引發(fā)，因此癌癥疫苗的研發(fā)需要一條全新的技術路徑。

    目前進展較快的 DC 疫苗是一種治療性癌癥疫苗，其原理是利用疫苗刺激免疫系統(tǒng)中的樹狀細胞（Dendritic Cell），當樹狀細胞在細胞表面呈現(xiàn)出腫瘤抗原后，能夠直接誘導細胞殺傷性 T 細胞對特定癌細胞進行清除。

DC疫苗接種方式

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    DC 細胞在體內含量很低且不能夠增殖，所以在臨床使用時必須從患者的前體細胞開始進行體外培養(yǎng)，整個流程較為繁瑣導致治療費用較高。目前被 FDA 批準用于臨床應用的免疫細胞疫苗只有美國 Dendroen 公司的自體 DC 疫苗 PROVENGE，適應癥為晚期前列腺癌。

不同形式的癌癥預防性疫苗對比

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DNA疫苗臨床試驗分布

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癌癥相關 DNA疫苗臨床試驗分布

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    早在 1998 年 FDA 便首次批準了用于人類腫瘤治療 DNA 疫苗的臨床試驗，在過去20 多年的研究中，DNA 疫苗的總體安全性已得到充分證明，基本沒有觀察到針對DNA 疫苗原核部分本身的抗體反應。

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國疫苗行業(yè)市場消費調查及投資機會分析報告》數(shù)據(jù)顯示：與 DNA 疫苗相比，RNA 疫苗不需要進入細胞核就可以表達抗原蛋白，相對來說效率更高，并且停留在細胞質內的 mRNA 不會對細胞基因組產生影響，因此安全性更高。但 mRNA 穩(wěn)定性較差，裸露的 mRNA 在進入細胞前就會大量降解，近幾年隨著納米脂質體遞送等技術的發(fā)展，mRNA 疫苗的研發(fā)也在逐步提速。