防疫新科普|新冠病毒在“进化”,研发中的疫苗追不上怎么办?

原以为熬到疫苗研发成功就行,可眼看着病毒这“十八般变化”,那正在研究中的疫苗,究竟追得上吗?会不会疫苗出来了,病毒已经“魔高一丈”了?

近日,科学家们对于新冠病毒的新发现,让许多人产生了新的担忧。

原来,全球多地的研究人员不约而同发现,新冠病毒,正在进化——

3月3日,中国科学院主办的《国家科学评论》发表《关于SARS-CoV-2的起源和持续进化》一文,通过对迄今为止最大规模的103个新冠病毒全基因组分子进化分析发现,新冠病毒已于近期产生了149个突变点,并演化出了L和S两个亚型;《美国科学院院报》近日刊发的一篇论文提出的观点是,当前新冠病毒根据不同人群的免疫能力,已经发展出新毒株;钟南山院士也表示,新冠病毒通过变异适应了人体环境,才表现出越来越强的传染性。

原以为熬到疫苗研发成功就行,可眼看着病毒这“十八般变化”,那正在研究中的疫苗,究竟追得上吗?会不会疫苗出来了,病毒已经“魔高一丈”了?

为此,解放日报·上观新闻记者请来临床和理论研究专家,解疑释惑。

病毒为什么会“七十二变”

回应对疫苗保护力的担忧,要从病毒为什么会“七十二变”说起。

“新冠病毒会变异,这是他的本性决定的,”上海大学生命科学院感染免疫学专业研究员魏滨介绍。新冠病毒COVID-19,属于单链RNA病毒,既是单链,又是大分子,这类RNA病毒从遗传学性状来说,就是非常容易变异的。

除了新冠,RNA病毒还包括: 流感病毒、 SARS 病毒、MERS病毒……这类RNA 病毒与我们所熟知的天花病毒,腺病毒,疱疹病毒的性质是完全不同的,后者是DNA病毒,能够产生比较稳定的抗体,它开发的疫苗是稳定的、有效的。但是,RNA病毒抗原变异性快,这决定了新冠病毒疫苗并不是件容易的事。魏滨说,从这个角度上讲,担忧不算空穴来风。

“我们看到放大后的病毒外形,是一个团状物,布满了突起,实际上,这只是它的外壳,其内核是核酸,后者如同一张图纸,决定了氨基酸‘珠子’的大小排布及功能,许多‘珠子’串联折叠,形成了蛋白质外壳,”他说,一旦基因信息发生变化,氨基酸也随着发生变化,这其中,就包含着对人体免疫系统形成刺激攻击的不同的抗原表位,有些在病毒攻击过程中很重要,有些则不那么重要。

而找到关键的抗原表位,则是研制疫苗的核心要素之一。

目前在进行中的疫苗研制,主要路径有二。一是传统疫苗路线,主要在动物细胞、鸡蛋等基础培养出病毒,并通过灭活、减毒等步骤,做出一个“无害病毒”,植入人体后,激发免疫力生成抗体。目前,相当一部分关于针对新冠病毒的疫苗研究,就是这一方向。

二是mRNA疫苗。mRNA,还有个好听的名字,信使RNA。它是由DNA的一条链作为模板转录而来的、携带遗传信息的能指导蛋白质合成的一类单链核糖核酸。mRNA疫苗的原理是将体外制备的mRNA包裹成药物递送到体内组织被细胞内吞,外源mRNA到达细胞后细胞根据其编码的病毒遗传信息合成相应的抗原,这些病毒抗原激活免疫系统后,产生能阻断病毒进入细胞的中和抗体。

如果说传统疫苗核心是“无害病毒”,那么mRNA疫苗的关键在于递送一段含病毒抗原信息的核酸“图纸”给我们的细胞。

无论哪种开发策略,找到种子毒株,并研究清楚主要病毒抗原信息这一步,都对成功开发出有效疫苗是至关重要的。

病毒究竟“跑”得有多快?

想知道疫苗能不能追上病毒,先来听听上海公共卫生临床中心感染科副主任凌云讲讲新冠病毒和其他病毒之间的速度大比拼吧。

人类和病毒的斗争,是一个斗智斗勇的过程。“要知道,病毒也是有“生存冲动”的,”凌云说。

例如,埃博拉病毒,致死率很高,但一般疫情不会很大,因为作为病毒宿主的患者很快就死亡了,病毒“来不及”扩散。HIV病毒则是另一个极端,可以让感染者存活时间较长,甚至很长一段时间仅感染不发病。

而流感就很狡猾。以甲流为例。H和N是构成甲型流感病毒的两种成分糖蛋百白(蛋白质)的代码,分别代表血凝素(H)和神经氨酸酶(N)。 由于这两种成分糖蛋白度容易发知生变异,因此根据其变异的情况,H分为H1-H16十六个不同道的型别,N分为N1-N9九个不同的型别,这就像同胞兄弟姐妹长相一样,既相似又不同。不同的H和不同的N会组成一个个具有不同抗原和致病性的流感病毒毒株。“这个H和N的各种配对组合,形成新毒株,就跟打牌一样,眼花缭乱,”凌云说,因此,我们往往需要每年都打流感疫苗。世界卫生组织根据南半球的流感发生情况,每年11月左右发布对北半球病毒类型的推测,研发机构和疫苗厂家则有针对性地进行生产。

“从目前情况来说,新冠病毒是有点变化,但是不大的,”他说。如果用人来打比方,病毒变异就类似人群中身高、肤色、五官大小比例等有不同,但是人种还是一样的,只不过有的人脸大了点,有的人胖了点,有的人眼睛小了点……这些都是可以接受的。不过,万一嘴巴长到了眼睛上面,那才是“大事情”了。

十七年间,尽管有不同的冠状病毒亚型出现,但是它们的同源性还是很高,有80%的相似。

“万能疫苗”有可能吗?

SARS、MERS和如今的新冠病毒COVID-19都是冠状病毒,也有一定相似性。科学家们有没有可能找到最核心的那个地方,研发一种万能冠状病毒疫苗,以不变来应万变?

虽然“万能”很难,但是交叉保护并非没有可能。值得一提的是,在英国卫生部启动的研究2019-nCov Rapid Response Call申请中明确提到了一个概念——“交叉保护力”(Cross-reactivity),是疫苗效价评价中使用不同亚型病毒进行攻毒保护试验,检测疫苗的保护率。

早在一月底,同济大学曹志伟教授团队与上海市公共卫生临床中心合作,计算得出,新型冠状病毒与 SARS 存在交叉保护表位,这一发现有望推动中和阻断抗体研发,加速疫苗研究。1 月 30 日,相关论文在 《遗传学报》在线发表。

曹教授介绍,研究表明,S 蛋白是冠状病毒与宿主细胞表面 ACE2 受体结合、进而介导病毒入宿主细胞的关键表面蛋白,是疫苗抗体研发的重要靶点。基于具有自主知识产权的免疫原性计算工具 CE-Blast,研究小组对所有冠状病毒的 S 蛋白进行了系统性的结构模拟和免疫原性扫描,计算了新病毒与已知 17 种冠状病毒亚型之间的免疫原性距离,发现新病毒 S 蛋白的免疫原性总体上与 SARS 更为接近。进一步计算揭示,新冠病毒与 SARS 冠状病毒的 S 抗原在受体接合区域(RBD)上存在潜在交叉反应表位。

更为重要的是,其中一处与人 ACE2 受体结合位点紧密毗邻。因此,针对该表位区域研发抗体,空间位阻效应可能阻断病毒与 ACE2 受体的结合,有望起到病毒感染保护作用。同时,针对该表位区域的 SARS 抗体,可能对新冠病毒具有潜在临床治疗价值。

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