左建宏， 黄佳璐， 谢卓熠

(南华大学衡阳医学院转化医学研究所，湖南省衡阳市 421001)

新型冠状病毒传染病(corona virus disease 2019，COVID-19)是感染新型冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2)，致肺部感染的一类传染病[1-2]。该病于2019年暴发，造成了许多人员死亡和社会经济损失。为了应对新型冠状病毒传染病疫情，人们迫切需要特效药物和疫苗接种来预防或者治疗新型冠状病毒传染病[3]。中国疫苗研发已经站在了全球研发的第一梯队。已经批准并生产的疫苗不但能够完全供应中国全部公民，还能供应国外。中国实施有效的疫情防控和全民免费接种疫苗的政策让疫情得以控制。但是，随着疫情在国外蔓延，以及许多国家出现新型冠状病毒新变种。新型冠状病毒传染病疫情又有卷土重来的趋势。

1 SARS-CoV-2

SARS-CoV-2与严重急性呼吸综合征冠状病毒、中东呼吸综合征冠状病毒同属于β冠状病毒属，是一组RNA病毒，可导致致命的呼吸道感染[4]。SARS-CoV-2传染性极强，不仅能够通过动物-人传播，还能通过许多传播媒介。SARS-CoV-2感染人后主要引起新型冠状肺炎，导致急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)。

1.1 新型冠状病毒结构

SARS-CoV-2的基因组全长29 903 bp。基因组由14个开放阅读框(open reading frames，ORF)组成，编码27个蛋白质。从5′端到3′端的第一个ORF区域包含ORF1a和ORF1b两个区域，这两个区域占整个基因组约70%，编码14个非结构蛋白。后面基因组共编码4种结构蛋白：编码刺突糖蛋白(spike protein，S)、编码包膜蛋白(envelope protein，E)、编码膜蛋白(membrane protein，M)和编码核衣壳蛋白(nucleocapsid protein，N)。在结构蛋白编码区中还存在着其他非结构蛋白甚至未知蛋白。

S是SARS-CoV-2最主要的结构蛋白之一，为同型三聚体Ⅰ类融合蛋白，以倒三角的形式凸起在SARS-CoV-2包膜表面，是SARS-CoV-2的最外端结构。许多S蛋白凸起在电镜下观察犹如花冠，所以根据SARS-CoV-2的形态特点起名为“冠状病毒”。S蛋白能够与宿主细胞的血管紧张素转换酶2受体结合并介导病毒融合与入侵，整个过程S蛋白经过了结构重排。S蛋白分成两个功能不同的部分即S1亚基和S2亚基。S1包含受体结合域(receptor binding domain，RBD)，特异性地与宿主细胞受体结合，从而决定病毒的细胞性和致病性[5]。S1亚单位是SARS-CoV-2疫苗研发的首选抗原选择区。由中国科学院微生物所与安徽智飞龙科马生物制药有限公司生产的重组亚单位疫苗就是利用转基因技术生产病毒S1上的RBD结构域作为抗原；由陈薇院士带领的团队与康希诺生物股份公司生产的腺病毒载体(adenovirus type-5 vectored，AD5)疫苗也是以S1上的RBD序列作为抗原[6-8]。S2是跨膜结构，包含七肽重复区和融合肽，介导病毒和细胞膜的广泛构象重排的融合[9]。S2亚基单独作为疫苗抗原比较少，可能与其位于S蛋白的近包膜端有关。

N是一种磷酸化蛋白，位于SARS-CoV-2病毒粒的核心部分，与RNA形成核衣壳结构[10]。N蛋白比较大，抗原表位多，是N蛋白作为疫苗抗原的优势。但是N蛋白藏于核心，并不暴露在包膜外。机体产生的抗N抗体并不能特异性结合完整的SARS-CoV-2病毒粒。所以N蛋白作为疫苗抗原的研发次于S蛋白。一项S蛋白与N蛋白共同作为抗原的疫苗正在开发，N蛋白上的抗原表位可能成为S蛋白的补充抗原表位用来提高疫苗效果[11]。

E和M相对分子质量小，通常很少作为疫苗抗原的选择。M是SARS-CoV-2病毒包膜的基质蛋白，通过与其他病毒蛋白的相互作用，在SARS-CoV-2的形态发生变化和组装中起核心作用。E蛋白保守性较高，作为应对SARS-CoV-2高突变的补充抗原或研发疫苗增强剂有着不错的前景。E蛋白能够整合到宿主细胞形成离子通道，这可能有利于免疫系统识别并清除已经被病毒入侵的细胞。Xia等[12]发现，E蛋白能够在体外和体内引起ARDS样损伤。所以，在考虑以E蛋白为抗原设计疫苗时应该注意如何提高E蛋白疫苗的安全性。

1.2 新型冠状病毒的变异

新型冠状病毒容易突变，以德尔塔、奥密克戎变异株为主[13]。其中德尔塔变异株S蛋白上显示有7个突变(E156G、D614G、P681R、T19R、T478K、L482R、D950N)和1个缺失(del157/158)，在N蛋白上4个突变(R203M、D377Y、D63G、G215C)；M蛋白有1个突变(I82T)；E蛋白没有。奥密克戎变异株在S蛋白上有27个突变(G142D、N211I、S371L、D614G、H655Y、N678K、P681H、N969K、Q954H、D796Y、T547K、L981F、N856K、A67V、G339D、T95I、Q493R、T478K、S477N、E484A、N501Y、Y505H、Q498R、S375F、S373P、N764K、G496S)和3个缺失(del67/70、del143/145、del212/212)；N蛋白上有3个突变(R203K、G204R、P13L)和1个缺失(del31/33)；M蛋白上有3个突变(A63T、Q19E、D3G)；E蛋白上有1个突变(T9I)。这些仅仅是传染性强的SARS-CoV-2突变株。综合其他SARS-CoV-2突变株，所有结构蛋白中S蛋白上的突变位点最多，这可能造成S蛋白抗原表位改变，导致疫苗无效。其他结构蛋白，如M蛋白和E蛋白具有高保守性，在应对SARS-CoV-2变异株产生时，可作为一个补充抗原进行疫苗加强针接种。

2 新型冠状病毒疫苗

目前，SARS-CoV-2疫苗已经开发了300多种，其中142种正在进行临床试验，195种也开展了临床前研究。这些疫苗开发时间短、采用技术先进，但是生产线的不足导致疫苗全球供应仍然不足(特别是贫困国家)。并且一些已经批准生产的疫苗虽然通过了临床试验，但是长期的潜在危险性尚未可知。SARS-CoV-2疫苗可以分为灭活疫苗、减毒活疫苗、病毒载体疫苗、重组亚单位疫苗、核酸疫苗和纳米疫苗。

灭活疫苗由于技术成熟，在SARS-CoV-2疫苗中是最先开发并且获得生产批准。该疫苗是用化学应激或热应激制备的，在热应激或化学应激过程中灭活疫苗可能会失去免疫原性，因此这些疫苗往往需要与佐剂混合。迄今为止，世界卫生组织共记录了32种SARS-CoV-2灭活疫苗，其中21种进入了临床试验。

减毒活疫苗是通过去除或减毒部分病毒而制成的疫苗。该疫苗具有适当的免疫原性，但需要较长时间才能构建出合适的减毒毒株，且构建的毒株随时可能发生毒力逆转。该疫苗技术也较为成熟，比较常见麻疹、甲型肝炎、冻干甲肝、冻干水痘、乙型脑炎、风疹、腮腺炎、口服脊髓灰质炎、口服狂犬病减毒活疫苗等。减毒活疫苗还是口服疫苗接种常用的疫苗类型。世界卫生组织记录在案的减毒活疫苗只有6种。在这6种疫苗中，有2种疫苗已进入临床试验。由于开发周期较长，减毒活疫苗并不是应对COVID-19疫情突发的首选疫苗。灭活疫苗和减毒活疫苗是SARS-CoV-2全结构疫苗，拥有多个表位，可能在宿主体内诱导多种免疫应答，同时也会产生非中和抗体。非中和抗体对SARS-CoV-2没有中和能力，甚至会干扰中和抗体中和SARS-CoV-2。

安全的病毒载体(腺病毒、HIV等)通过病毒载体进入宿主体内。病毒载体容易进入宿主体内，引起宿主较强的免疫反应和交叉反应。WHO记录了72种基于病毒载体的疫苗。28种基于病毒载体的疫苗已进入临床试验。但基于病毒载体的疫苗需要考虑载体免疫可能对疫苗的效力(主要基于所选的载体)产生不良影响[14]。

重组亚单位疫苗是挑选某个蛋白或者蛋白的部分序列表达出蛋白作为疫苗抗原，从而可以剔除部分免疫效果较差的SARS-CoV-2抗原表位，提高SARS-CoV-2的抗原表位利用效率，需要与佐剂一起使用[15-17]。世界卫生组织记录了123种重组亚单位疫苗。48种疫苗已进入临床试验。

核酸疫苗是通过将基因整合到接种者自身细胞中，通过接种者细胞来表达抗原。根据核酸种类不同分为DNA疫苗和RNA疫苗。DNA疫苗是利用DNA质粒作为载体，将其基因或片段编码的免疫抗原传递给宿主细胞。这种疫苗可以有效地刺激机体产生体液和细胞免疫应答[18]。世界卫生组织记录了32种DNA疫苗正在研发，其中16种已经纳入临床试验。RNA疫苗主要为mRNA疫苗，它刺激机体产生免疫应答的原理和DNA疫苗类似。只是mRNA无需整合进入宿主细胞，安全性更高；DNA疫苗整合进入宿主基因组，接种后宿主血清中的抗体存在更加长久。世界卫生组织记录了47种RNA疫苗正在研发，其中23种已经纳入临床试验。

纳米疫苗是近年来新兴的一类疫苗，特别是在肿瘤疫苗研发中非常常见。纳米疫苗是将抗原与纳米粒子组装或包被或包裹的一种纳米递送形式。根据疫苗需求，设计者通过不同功能的纳米载体来实现纳米递送。

3 纳米递送载体

纳米递送载体主要是各种纳米粒(nanoparticles，NPs)。根据抗原递送需求，NPs可以作为囊状包裹抗原达到抗原的保护，可以作为一个载体聚集抗原提高免疫原性。一些NPs还具有延缓释放、防止抗原降解的功能，甚至一些NPs是一种高效的纳米佐剂[19-20]。NPs有多糖NPs、多聚NPs、无机NPs、脂质体NPs、蛋白质NPs类型等[21]。不同功能NPs相互组合形成多功能复合体以达到疫苗接种的最大效率。一些纳米递送载体已经在SARS-CoV-2疫苗研发中使用，并且产生了很好的效果。美国国家过敏症和传染病研究所研发的一种以脂质纳米粒为载体的mRNA疫苗已经进入了临床试验(第四期，ID：NCT04878211)，还有其他许多SARS-CoV-2纳米疫苗正在研发[22-26]。

4 仿生纳米疫苗

仿生纳米疫苗是纳米疫苗发展的一种更具有优势、更加复杂的纳米疫苗类型，是通过模仿病原体的功能、形状或者行为研发的疫苗。仿生纳米疫苗与肿瘤治疗中的仿生给药系统不同。在肿瘤治疗中，仿生纳米递药系统是制作细胞膜涂层来降低或消除免疫系统对纳米疫苗的捕获，通过模拟宿主自身抗原介导免疫耐受，从而达到提高药物递送效率的目的[27]。而传染病中的仿生纳米药物递送系统或仿生纳米疫苗主要是模拟病原体增强宿主免疫系统功能。Zheng等[25]报告了一种针对新型冠状病毒的仿生纳米疫苗，拥有SARS-CoV-2的形状、大小和部分功能。这种疫苗由模拟SARS-CoV-2遗传物质的poly(I:C)作为佐剂、作为病毒衣壳结构的仿生肺表面活性剂脂质体和SARS-CoV-2的RBD组成，并且该疫苗比常规的纳米疫苗产生更强的免疫保护[25]。

5 总结与展望

COVID-19疫情持续暴发。科学家们通过不断努力，迅速解析了SARS-CoV-2的生物属性，并且开发不同的疫苗来应对疫情。然而，SARS-CoV-2不断突变，由其变体引发的二次暴发在许多国家发生。纳米疫苗具有多功能自由组合、可控性、安全性等特点，已经被开发甚至已经进入临床试验。在纳米疫苗中，仿生纳米疫苗根据SARS-CoV-2的生物属性，模拟SARS-CoV-2的大小形状、生物功能等特点似乎比常规的纳米疫苗更能保护宿主抵抗SARS-CoV-2。

综上所述，仿生纳米疫苗在SARS-CoV-2疫苗研发中拥有良好的应用前景。