武大科学家发现病毒进化规律

武大科学家发现病毒进化规律

“这款疫苗有别于传统的单序列疫苗，有着较大的概念性创新，从本质上提升了抗原的广谱性。我们还会持续追踪病毒在真实世界的变异，但采用这种方式做出的广谱疫苗，比过去我们追着病毒跑已经好了很多，走到了病毒的前面。未来或许五年或十年打一针广谱疫苗就够了。”

 

通过追踪新冠病毒的进化轨迹，武汉大学病毒学国家重点实验室蓝柯教授和徐可教授团队设计出一种新型新冠广谱疫苗，或可抵御未来新冠变异株对人群的侵害。1月4日，该研究论文在知名学术期刊《科学-转化医学》（Science Translational Medicine）上发表。

 

“新冠病毒和流感病毒有类似的流行规律，一旦人传人后在全球范围内传开，一定会发生抗原漂移，也就是不断累积突变。我们当初就认定，一定需要一款广谱新冠疫苗来对抗持续的疫情。”徐可对澎湃科技记者介绍，团队从2020年4月开始这项课题攻关，提出了“基于病毒进化共识序列，优化设计疫苗免疫原”的新策略，花了十个月左右时间就完成了广谱疫苗免疫原Span的序列设计。

 

后续的小鼠实验证明，它对其后出现的德尔塔（Delta）、奥密克戎（Omicron）及其亚系等毒株都能诱导产生广谱中和抗体，与原型株抗原疫苗相比更为高效，并且能保护实验小鼠抵抗包括奥密克戎在内多种新冠病毒变异株的致死性攻击。相关成果于2021年12月发表于预印本平台bioRxiv，并于2022年8月5日获中国发明专利授权。

 

近期，国外流行的优势株XBB.1.5和BQ.1.1在国内引发广泛关注。研究团队分析发现，Span抗原所包含的6个共性突变位点，在这些最新的奥密克戎变异株中仍有很大程度保留。针对最新变异株的疫苗中和抗体试验正在进行中。

 

“这款疫苗有别于传统的单序列疫苗，有着较大的概念性创新，从本质上提升了抗原的广谱性。我们还会持续追踪病毒在真实世界的变异，但采用这种方式做出的广谱疫苗，比过去我们追着病毒跑已经好了很多，走到了病毒的前面。未来或许五年或十年打一针广谱疫苗就够了。”徐可说，经过团队两年的努力，这款原型疫苗产品的小试工艺已较为成熟，期待能够顺利与企业对接，尽快进入产业化轨道。

 

首次报道新冠病毒进化路径

 

截至2022年7月，武大研究团队全面分析了超过110万条新冠病毒序列，以及54个新冠变异株假病毒的传染性和免疫逃逸能力，首次报道了三种新冠病毒刺突蛋白（S蛋白）的定向进化路径：强细胞感染性与弱免疫逃逸能力，如德尔塔（Delta）株和拉姆达（Lambda）株；弱细胞感染性与强免疫逃逸能力，如伽马（Gamma）株；还有细胞感染性和免疫逃逸能力同时增强的毒株，如贝塔（Beta）株，但这类变异株数量相对较少。

 

图3：新冠病毒S蛋白的进化规律（包含11,650,487条序列）。受访者供图

 

“根据现有序列数据的分析，新冠病毒更倾向于向某一个方向进化，感染性更强，或是免疫逃逸能力更强。S蛋白突变位点的功能需要协调，单个位点只能实现单功能，很难两者兼备。”徐可认为，未来新冠病毒仍然更有可能朝特定方向进化。

 

而以上突变路径的不同导致了抗原性的改变，意味着单一毒株的疫苗无法有效保护人群对抗不同进化路径上的其他变异株。现有研究也不断指出，随着奥密克戎毒株加速变异，目前市面上大部分以新冠病毒原型株为抗原的疫苗，对于奥密克戎及其亚系毒株的中和能力有不同程度下降，难以起到较好的预防感染效果。

 

武大团队研发的这款广谱疫苗免疫原Span采取了全新的设计策略，基于新冠病毒的进化史计算共识序列来优化设计。团队研究人员下载了截至2021年2月之前NCBI数据库中所有新冠病毒序列，去重后获得2675条序列，通过进化聚类算法，计算分析得出共性突变位点和进化规律。

 

最终设计出的Span抗原覆盖了5个发生频率最高的突变点位，分别是：D614G、del69-70、del144、N501Y和P681H。研究显示，D614G是新冠病毒B.1谱系的共性突变，也是第一个流行的优势株所获得的突变，它增强了S蛋白与受体ACE2的结合能力，使得病毒传染性大增；N501Y对于Beta株和Gamma株所具备的更强的免疫逃逸能力做出贡献；del69-70降低了病毒感染性，但显示出中度免疫逃逸能力，P681H也显示出中度免疫逃逸能力。研究人员还筛选出所有突变位点中免疫逃逸能力最强的E484K，加入到Span的序列设计中。

 

图4：武大团队发现的6个共性突变位点（横向标记）在后来爆发的Omicron流行株（纵向标记）中均有很大程度的保留（红色表示该位点保留）。受访者供图

 

“有些突变位点之间的作用是相互抵消的，功能不同的位点放在一起，可能效果就没有了。我们分析筛选的几个位点的组合，它们出现的频率最高，也说明它们之间协同性比较好，在功能上互相不冲突，是最能代表多种变异株的位点组合。”徐可介绍。

 

广谱疫苗仍可覆盖XBB变异株

 

2022年8月30日，上海泽润生物科技有限公司（云南沃森生物技术股份有限公司子公司）宣布，其自主研发的重组新冠变异株疫苗获得国家药品监督管理局签发的临床试验批件。这是一款以S蛋白三聚体作为抗原，采用CpG+氢氧化铝双佐剂设计开发的广谱新冠疫苗。

 

根据研究者2022年11月12日发表在《Npj Vaccines》上的论文，这款疫苗的抗原设计是从阿尔法（Alpha）、贝塔（Beta）、伽马（Gamma）株中选择了四个共有突变位点：K417N、E484K、N501Y和D614G。后三个突变位点与武大团队的Span抗原相同。文章称，该变异株疫苗对包括奥密克戎在内的主要重点关注变异株（VOCs）都能产生良好的交叉中和作用。

 

“在我们的预印本论文发表后，有很多团队模仿。抗原设计是一门科学，哪些位点是高频共性突变，是由进化计算的真实数据决定的。K417N突变频率相对较低，对免疫逃逸没有多少作用。”徐可介绍，其团队曾尝试构建过有9个共性突变的抗原序列，但它在小鼠实验中并没有显示出针对不同变异株更好的中和活性，“这也说明，疫苗抗原设计不是突变位点的简单加和，而是需要严格的生物信息学计算和实验证据的联合分析。突变位点不是越多越好，重点还是科学数据指引，共性越凸显，贯序免疫效果就越显著。”

 

徐可告诉澎湃科技记者，Span抗原的研究设计早于德尔塔（Delta）毒株流行，“当时E484K的出现频率还没有那么高，奥密克戎毒株出现后，它的频率越来越高，说明病毒在向加强免疫逃逸的方向进化。这也证明我们把它加进来是一个完全正确的选择。”

 

值得一提的是，Span抗原的6个共性突变位点在奥密克戎流行株中均有很大程度的保留，最近备受关注的新毒株BQ.1、BQ.1.1和XBB、XBB.1，包括在美国强势崛起的XBB.1.5，也都和Span抗原共享5个共性突变位点。

 

研究显示，Span抗原序列恰好位于新冠病毒S蛋白系统发育树的中心位置，而且和奥密克戎聚类到一起。“可以说，它是新冠病毒毒株中最有代表性、最普适的一条序列。就像一个家庭里有数个兄弟姐妹，我们找出他们的共同特征并集中到了一起。”徐可说。

 

研究人员还关注到一个增加病毒感染性的突变位点S982A，“在我们后期对奥密克戎毒株的观察中，这个位点的出现频率没那么高，分离株也比较少，但这个位点位于S蛋白茎部（HR1结构域，在病毒膜融合过程中发挥重要作用），在它附近出现的一些变异，我们还会继续关注。”徐可说，从目前研究看来，较为明确的是S蛋白头部的RBD结构域上的突变，会影响中和抗体的免疫逃逸，其他区域以影响感染性居多，这些突变位点的功能仍需逐个研究才能深入理解。

 

近年来，许多科学家也在研发流感广谱疫苗，徐可团队也是其中之一。“WHO有一套专门收集和预测流感病毒流行信息的系统，筛选判断出今年会流行的毒株，疫苗企业则可以根据这套流程针对当季流行株开发灭活疫苗，这套模式总体上比较有效，问题是每年都要重新接种。”在徐可看来，要将传统灭活疫苗生产工艺更换为广谱疫苗，流感疫苗厂商积极性可能不足，但新冠疫苗是全新的产品，加上新冠疫情的大爆发以及新冠病毒迅速突变，使得市场对于新冠广谱疫苗的需求十分迫切，理应快速推动广谱疫苗的普及。

 

1、现有疫苗效力如何？

 

首先需要明确的是，疫苗的研发无论有多少种技术路线，都要利用新冠病毒作为抗原。它们有的是利用灭活的新冠病毒作为抗原，有的是利用新冠病毒的某一部分作为抗原，如外壳、包膜的一部分，或刺突蛋白上的几十种受体结合域。

 

刺突蛋白是新冠病毒与人体（宿主）细胞结合的重要结构，它的基因突变不仅会改变病毒的传染性、致病性和毒性，也会导致机体的免疫应答产生变化，如中和抗体产生的多与少。

 

新冠病毒的变异主要是刺突蛋白上的受体结合域发生了多种变化。目前，引发全世界新冠疫情的主要病原体是奥密克戎变异株的分支BA.2，它有50多个氨基酸突变，其中29个存在于刺突蛋白上。

 

那么，如将“以新冠病毒原始株为抗原”研发的疫苗称为老疫苗，老疫苗针对新毒株还有无效果？

 

5月4日，世卫组织发声，“尽管出现新的变异新冠病毒，但已上市的新冠疫苗在预防重症和死亡方面有显著效果，世卫组织建议公众及时接种疫苗。”

 

4月13日，以色列研究人员在《新英格兰医学杂志》（NEJM）上发表了接种第四针疫苗的一项研究，显示在奥密克戎流行期，接种了第四针新冠疫苗（老疫苗）的人，抵抗病毒的能力显著强于只接种过三针疫苗的同龄人。

 

这项研究的数据来自2022年1月3日至2月18日的258994名接种者，研究人员对接种过四针与只接种了三针的两组人员进行了各项对比，两组参试人员的平均年龄均为72岁。

 

相较于只接种三针的人群，接种第四针疫苗的老年人在接种后的7天至30天周期内，新冠阳性比例降低了45%；有症状感染比例降低了55%；新冠相关的住院率下降了68%；重症率下降了62%；新冠相关的死亡率下降了74%。

 

在接种后的14天至30天周期内，新冠阳性比例降低了52%；有症状感染比例降低了61%；新冠相关住院概率下降了72%；重症率下降了64%；与新冠相关的死亡率下降了76%。

 

这表明，老疫苗对新毒株仍有一定效力。目前，包括美国、韩国、意大利、马耳他等在内，全球多个国家开始在60岁以上人群中推广第四剂疫苗，即第二针加强针。

 

数据显示，上海市60岁及以上人群共接种新冠病毒疫苗954万剂，覆盖372万人，覆盖率64%；完成全程接种360万人，接种率62%；加强免疫接种224.6万人，接种率38.6%。

 

日前，市卫生健康委副主任赵丹丹在发布会上表示，上海市人口老龄化程度高、老年人绝对数量大，是在新冠病毒面前最为脆弱的人群之一，而疫苗接种又是最有效的保护手段。为切实守护老年群体的生命安全和身体健康，筑牢个人防护屏障，必须抓紧推进老年人的疫苗接种。

 

5月12日，上海全市11个区已恢复开放139家接种门诊，为老年人提供整建制预约接种服务。“下一步，上海将根据疫情防控进展情况，继续推进接种门诊恢复接种服务；在确保疫情防控安全的基础上，按照‘广泛动员、方便接种、安全第一’要求，加快推进老年人新冠疫苗接种。” 赵丹丹表示。

 

2、新疫苗准备得怎么样了？

 

在推进老疫苗接种的同时，我们也需意识到，随着新冠病毒变异，病毒刺突蛋白进化，新冠疫苗产生的抗体识别并击败病毒的能力也会受到影响。

 

为针对奥密克戎等新变异毒株提供更多保护性，全球多家研发机构正在做针对性研发。世界卫生组织最新数据显示，目前全球共计44款新疫苗进入临床Ⅱ期、Ⅲ期试验阶段，2款在接受监管机构上市评估中。美国辉瑞公司、莫德纳公司等药企均在研发专门针对更多毒株的候选疫苗。

 

莫德纳公司预计，针对包括奥密克戎毒株在内的新冠疫苗今年秋季可以上市。据媒体报道，一款重新设计的莫德纳疫苗以贝塔毒株的9处变异为靶向，其中的4处变异与奥密克戎相同，而另一款候选疫苗能应对奥密克戎毒株的32处变异。

 

5月5日，欧洲药品管理局疫苗策略主管马尔科·卡瓦莱里表示，欧盟可能在今年9月前批准经过改造、可针对奥密克戎等多种新冠变异株的疫苗，以便为欧盟计划今秋推出的免疫接种活动做好准备。

 

4月26日，中国国家药品监督管理局正式批准国药集团中国生物北京生物制品研究所（以下简称“中国生物”）、北京科兴中维生物技术有限公司基于奥密克戎变异株研制的新冠病毒灭活疫苗进入临床研究，用以评价新冠病毒变异株疫苗在各类人群中的安全性和免疫原性。

 

“临床前研究显示疫苗对奥密克戎变异株有很好的中和活性，动物实验显示对奥密克戎变异株感染有一定保护作用。”中国生物首席科学家、副总裁张云涛介绍，疫苗的保护力还需在临床研究中进一步观察。

 

5月1日，中国生物研发的奥密克戎变异株新冠病毒灭活疫苗序贯免疫临床研究，在浙江杭州正式启动。志愿者们经过相关检测、知情同意、基础体检、血液采样等环节后，在树兰（杭州）医院接种了奥株新冠灭活疫苗。

 

这是全球首支进入临床试验的、针对奥密克戎变异株的新冠病毒灭活疫苗。此次奥株新冠疫苗临床研究将采用随机、双盲、队列研究的形式，在已完成2或3剂新冠疫苗接种的18岁及以上人群中进行序贯免疫临床研究，评价奥密克戎变异株新冠病毒灭活疫苗的安全性和免疫原性。

 

针对新冠病毒的不断变异，中科院微生物研究所与重庆智飞生物制品股份有限公司（以下简称“智飞生物”）也不断加大研发投入，目前第二代重组新型冠状病毒疫苗研发已实现关键技术突破。

 

近日，《细胞》报道了中科院微生物研究所高福院士团队及合作团队在新冠肺炎疫苗研究领域的重大突破，研究者们开发了快速适应新冠肺炎流行变异株的嵌合受体结合结构域（RBD）二聚体蛋白疫苗的设计方法，其为两个异源的RBD串联形成，与同源的RBD二聚体相比，嵌合RBD二聚体在动物体内可刺激产生更加广谱的抗体反应及提供更好的保护效果。

 

智飞生物研发人员表示，目前，二代重组新冠疫苗的开发已完成了细胞库的构建，主要针对目前流行的德尔塔和奥密克戎两种变异株进行分子设计，生产工艺是成熟的，预计在7月份进行临床的申报。

 

5月16日，安徽安科生物工程(集团)股份有限公司（以下简称“安科生物”）披露，公司与阿法纳于近日签署了正式《合作协议》，就合作开展“新冠奥密克戎等突变株mRNA疫苗”的研发与产业化达成共识。据悉，该项目正在临床前研发阶段，目前已经完成药学及药效研究等工作，正在进行安全性评价实验，已向国家药监局递交Pre-IND申请。

 

除了针对变异毒株的升级换代，一些候选疫苗从给药方式上也发生改变，鼻喷式、口服型等新冠疫苗研发提上日程。

 

目前，中国研发的腺病毒载体吸入性疫苗和减毒流感病毒载体鼻喷疫苗正在国外开展Ⅲ期临床试验，英国牛津大学与阿斯利康公司共同研发的鼻喷疫苗也在试验中。不过，鼻喷疫苗是一种此前并不为人熟悉的疫苗研发途径，对于这种新型疫苗的安全性和有效性都需要严格的验证。对此，牛津疫苗研究人员预计，新冠鼻喷疫苗今年很可能不会上市。

 

网友评论：

 

苏格拉的清油 ：澎湃心惊的东西看看图个乐得了。

 

徐记观察 ：希望真的能找到突变的规律

 

杨过爱上令狐冲 ：不错，希望成功