·“這款疫苗有別于傳統(tǒng)的單序列疫苗，有著較大的概念性創(chuàng)新，從本質(zhì)上提升了抗原的廣譜性。我們還會(huì)持續(xù)追蹤病毒在真實(shí)世界的變異，但采用這種方式做出的廣譜疫苗，比過(guò)去我們追著病毒跑已經(jīng)好了很多，走到了病毒的前面。未來(lái)或許五年或十年打一針廣譜疫苗就夠了。”

通過(guò)追蹤新冠病毒的進(jìn)化軌跡，武漢大學(xué)病毒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室藍(lán)柯教授和徐可教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種新型新冠廣譜疫苗，或可抵御未來(lái)新冠變異株對(duì)人群的侵害。1月4日，該研究論文在知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)-轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》(Science Translational Medicine)上發(fā)表。

“新冠病毒和流感病毒有類似的流行規(guī)律，一旦人傳人后在全球范圍內(nèi)傳開(kāi)，一定會(huì)發(fā)生抗原漂移，也就是不斷累積突變。我們當(dāng)初就認(rèn)定，一定需要一款廣譜新冠疫苗來(lái)對(duì)抗持續(xù)的疫情。”徐可對(duì)澎湃科技記者介紹，團(tuán)隊(duì)從2020年4月開(kāi)始這項(xiàng)課題攻關(guān)，提出了“基于病毒進(jìn)化共識(shí)序列，優(yōu)化設(shè)計(jì)疫苗免疫原”的新策略，花了十個(gè)月左右時(shí)間就完成了廣譜疫苗免疫原Span的序列設(shè)計(jì)。

后續(xù)的小鼠實(shí)驗(yàn)證明，它對(duì)其后出現(xiàn)的德?tīng)査?Delta)、奧密克戎(Omicron)及其亞系等毒株都能誘導(dǎo)產(chǎn)生廣譜中和抗體，與原型株抗原疫苗相比更為高效，并且能保護(hù)實(shí)驗(yàn)小鼠抵抗包括奧密克戎在內(nèi)多種新冠病毒變異株的致死性攻擊。相關(guān)成果于2021年12月發(fā)表于預(yù)印本平臺(tái)bioRxiv，并于2022年8月5日獲中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)。

近期，國(guó)外流行的優(yōu)勢(shì)株XBB.1.5和BQ.1.1在國(guó)內(nèi)引發(fā)廣泛關(guān)注。研究團(tuán)隊(duì)分析發(fā)現(xiàn)，Span抗原所包含的6個(gè)共性突變位點(diǎn)，在這些最新的奧密克戎變異株中仍有很大程度保留。針對(duì)最新變異株的疫苗中和抗體試驗(yàn)正在進(jìn)行中。

“這款疫苗有別于傳統(tǒng)的單序列疫苗，有著較大的概念性創(chuàng)新，從本質(zhì)上提升了抗原的廣譜性。我們還會(huì)持續(xù)追蹤病毒在真實(shí)世界的變異，但采用這種方式做出的廣譜疫苗，比過(guò)去我們追著病毒跑已經(jīng)好了很多，走到了病毒的前面。未來(lái)或許五年或十年打一針廣譜疫苗就夠了。”徐可說(shuō)，經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)兩年的努力，這款原型疫苗產(chǎn)品的小試工藝已較為成熟，期待能夠順利與企業(yè)對(duì)接，盡快進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化軌道。

首次報(bào)道新冠病毒進(jìn)化路徑

截至2022年7月，武大研究團(tuán)隊(duì)全面分析了超過(guò)110萬(wàn)條新冠病毒序列，以及54個(gè)新冠變異株假病毒的傳染性和免疫逃逸能力，首次報(bào)道了三種新冠病毒刺突蛋白(S蛋白)的定向進(jìn)化路徑：強(qiáng)細(xì)胞感染性與弱免疫逃逸能力，如德?tīng)査?Delta)株和拉姆達(dá)(Lambda)株;弱細(xì)胞感染性與強(qiáng)免疫逃逸能力，如伽馬(Gamma)株;還有細(xì)胞感染性和免疫逃逸能力同時(shí)增強(qiáng)的毒株，如貝塔(Beta)株，但這類變異株數(shù)量相對(duì)較少。

“根據(jù)現(xiàn)有序列數(shù)據(jù)的分析，新冠病毒更傾向于向某一個(gè)方向進(jìn)化，感染性更強(qiáng)，或是免疫逃逸能力更強(qiáng)。S蛋白突變位點(diǎn)的功能需要協(xié)調(diào)，單個(gè)位點(diǎn)只能實(shí)現(xiàn)單功能，很難兩者兼?zhèn)洹?rdquo;徐可認(rèn)為，未來(lái)新冠病毒仍然更有可能朝特定方向進(jìn)化。

而以上突變路徑的不同導(dǎo)致了抗原性的改變，意味著單一毒株的疫苗無(wú)法有效保護(hù)人群對(duì)抗不同進(jìn)化路徑上的其他變異株。現(xiàn)有研究也不斷指出，隨著奧密克戎毒株加速變異，目前市面上大部分以新冠病毒原型株為抗原的疫苗，對(duì)于奧密克戎及其亞系毒株的中和能力有不同程度下降，難以起到較好的預(yù)防感染效果。

武大團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這款廣譜疫苗免疫原Span采取了全新的設(shè)計(jì)策略，基于新冠病毒的進(jìn)化史計(jì)算共識(shí)序列來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)。團(tuán)隊(duì)研究人員下載了截至2021年2月之前NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中所有新冠病毒序列，去重后獲得2675條序列，通過(guò)進(jìn)化聚類算法，計(jì)算分析得出共性突變位點(diǎn)和進(jìn)化規(guī)律。

最終設(shè)計(jì)出的Span抗原覆蓋了5個(gè)發(fā)生頻率最高的突變點(diǎn)位，分別是：D614G、del69-70、del144、N501Y和P681H。研究顯示，D614G是新冠病毒B.1譜系的共性突變，也是第一個(gè)流行的優(yōu)勢(shì)株所獲得的突變，它增強(qiáng)了S蛋白與受體ACE2的結(jié)合能力，使得病毒傳染性大增;N501Y對(duì)于Beta株和Gamma株所具備的更強(qiáng)的免疫逃逸能力做出貢獻(xiàn);del69-70降低了病毒感染性，但顯示出中度免疫逃逸能力，P681H也顯示出中度免疫逃逸能力。研究人員還篩選出所有突變位點(diǎn)中免疫逃逸能力最強(qiáng)的E484K，加入到Span的序列設(shè)計(jì)中。

武大團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的6個(gè)共性突變位點(diǎn)(橫向標(biāo)記)在后來(lái)爆發(fā)的Omicron流行株(縱向標(biāo)記)中均有很大程度的保留(紅色表示該位點(diǎn)保留)。受訪者供圖

“有些突變位點(diǎn)之間的作用是相互抵消的，功能不同的位點(diǎn)放在一起，可能效果就沒(méi)有了。我們分析篩選的幾個(gè)位點(diǎn)的組合，它們出現(xiàn)的頻率最高，也說(shuō)明它們之間協(xié)同性比較好，在功能上互相不沖突，是最能代表多種變異株的位點(diǎn)組合。”徐可介紹。

廣譜疫苗仍可覆蓋XBB變異株

2022年8月30日，上海澤潤(rùn)生物科技有限公司(云南沃森生物技術(shù)股份有限公司子公司)宣布，其自主研發(fā)的重組新冠變異株疫苗獲得國(guó)家藥品監(jiān)督管理局簽發(fā)的臨床試驗(yàn)批件。這是一款以S蛋白三聚體作為抗原，采用CpG+氫氧化鋁雙佐劑設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的廣譜新冠疫苗。

根據(jù)研究者2022年11月12日發(fā)表在《Npj Vaccines》上的論文，這款疫苗的抗原設(shè)計(jì)是從阿爾法(Alpha)、貝塔(Beta)、伽馬(Gamma)株中選擇了四個(gè)共有突變位點(diǎn)：K417N、E484K、N501Y和D614G。后三個(gè)突變位點(diǎn)與武大團(tuán)隊(duì)的Span抗原相同。文章稱，該變異株疫苗對(duì)包括奧密克戎在內(nèi)的主要重點(diǎn)關(guān)注變異株(VOCs)都能產(chǎn)生良好的交叉中和作用。

“在我們的預(yù)印本論文發(fā)表后，有很多團(tuán)隊(duì)模仿。抗原設(shè)計(jì)是一門科學(xué)，哪些位點(diǎn)是高頻共性突變，是由進(jìn)化計(jì)算的真實(shí)數(shù)據(jù)決定的。K417N突變頻率相對(duì)較低，對(duì)免疫逃逸沒(méi)有多少作用。”徐可介紹，其團(tuán)隊(duì)曾嘗試構(gòu)建過(guò)有9個(gè)共性突變的抗原序列，但它在小鼠實(shí)驗(yàn)中并沒(méi)有顯示出針對(duì)不同變異株更好的中和活性，“這也說(shuō)明，疫苗抗原設(shè)計(jì)不是突變位點(diǎn)的簡(jiǎn)單加和，而是需要嚴(yán)格的生物信息學(xué)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證據(jù)的聯(lián)合分析。突變位點(diǎn)不是越多越好，重點(diǎn)還是科學(xué)數(shù)據(jù)指引，共性越凸顯，貫序免疫效果就越顯著。”

徐可告訴澎湃科技記者，Span抗原的研究設(shè)計(jì)早于德?tīng)査?Delta)毒株流行，“當(dāng)時(shí)E484K的出現(xiàn)頻率還沒(méi)有那么高，奧密克戎毒株出現(xiàn)后，它的頻率越來(lái)越高，說(shuō)明病毒在向加強(qiáng)免疫逃逸的方向進(jìn)化。這也證明我們把它加進(jìn)來(lái)是一個(gè)完全正確的選擇。”

值得一提的是，Span抗原的6個(gè)共性突變位點(diǎn)在奧密克戎流行株中均有很大程度的保留，最近備受關(guān)注的新毒株BQ.1、BQ.1.1和XBB、XBB.1，包括在美國(guó)強(qiáng)勢(shì)崛起的XBB.1.5，也都和Span抗原共享5個(gè)共性突變位點(diǎn)。

研究顯示，Span抗原序列恰好位于新冠病毒S蛋白系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的中心位置，而且和奧密克戎聚類到一起。“可以說(shuō)，它是新冠病毒毒株中最有代表性、最普適的一條序列。就像一個(gè)家庭里有數(shù)個(gè)兄弟姐妹，我們找出他們的共同特征并集中到了一起。”徐可說(shuō)。

研究人員還關(guān)注到一個(gè)增加病毒感染性的突變位點(diǎn)S982A，“在我們后期對(duì)奧密克戎毒株的觀察中，這個(gè)位點(diǎn)的出現(xiàn)頻率沒(méi)那么高，分離株也比較少，但這個(gè)位點(diǎn)位于S蛋白莖部(HR1結(jié)構(gòu)域，在病毒膜融合過(guò)程中發(fā)揮重要作用)，在它附近出現(xiàn)的一些變異，我們還會(huì)繼續(xù)關(guān)注。”徐可說(shuō)，從目前研究看來(lái)，較為明確的是S蛋白頭部的RBD結(jié)構(gòu)域上的突變，會(huì)影響中和抗體的免疫逃逸，其他區(qū)域以影響感染性居多，這些突變位點(diǎn)的功能仍需逐個(gè)研究才能深入理解。

近年來(lái)，許多科學(xué)家也在研發(fā)流感廣譜疫苗，徐可團(tuán)隊(duì)也是其中之一。“WHO有一套專門收集和預(yù)測(cè)流感病毒流行信息的系統(tǒng)，篩選判斷出今年會(huì)流行的毒株，疫苗企業(yè)則可以根據(jù)這套流程針對(duì)當(dāng)季流行株開(kāi)發(fā)滅活疫苗，這套模式總體上比較有效，問(wèn)題是每年都要重新接種。”在徐可看來(lái)，要將傳統(tǒng)滅活疫苗生產(chǎn)工藝更換為廣譜疫苗，流感疫苗廠商積極性可能不足，但新冠疫苗是全新的產(chǎn)品，加上新冠疫情的大爆發(fā)以及新冠病毒迅速突變，使得市場(chǎng)對(duì)于新冠廣譜疫苗的需求十分迫切，理應(yīng)快速推動(dòng)廣譜疫苗的普及。