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新冠疫苗你打了嗎?研發我來,接種靠你們了

2021年03月28日,“科普中國-我是科學家”第32期“復甦”演講現場,中國科學院微生物所研究員、創新疫苗與免疫課題組組長戴連攀帶來演講:《新冠疫苗,你打了嗎?》。

以下為戴連攀演講實錄:

2021.03.28 北京

大家好,我是戴連攀。在我的演講開始之前,我想先問一下大家,各位觀眾朋友有多少人已經打了新冠疫苗?請舉手。好,還是有不少人的。那有多少人已經至少接種了一劑疫苗?我們可以看到,仍然還有少數人未接種,但在我們北京地區疫苗接種率還是較高的。那麽我就來講一講,我們疫苗開發的故事。

《傳染病》電影海報

我們知道,傳染病是我們人類面臨的一個長期威脅。在我的演講開始前,我給大家介紹幾部電影。這部由馬特·達蒙、裘德·洛主演的好萊塢大片《傳染病》,講述的是一種呼吸道傳播的疾病,怎樣給我們社會帶來巨大的危害,最終靠科研人員研究出疫苗將疫情控制。

《戰疫》電影海報

同樣,這部韓國電影叫《戰疫》,也叫《流感》,講述的是一種豬流感病毒在韓國傳播,給韓國帶來了嚴重的社會負擔,最終通過在女主身上分離到有效的抗體,才得以將疫情控制。類似題材的電影還有很多,大家感興趣都可以去看一下。這些電影在新冠疫情發生之前就已經完成了拍攝,說明大家都預感到,這種新發突發傳染病,對我們人類來說是一種巨大的威脅。

2002年非典型性肺炎(SARS)疫情 | 戴連攀供圖

對我們中國人來說,相關記憶最深刻的,恐怕就是2002年的非典疫情。非典有10%的死亡率,非常之高。當時,非典疫情不僅給公共衛生帶來了巨大的挑戰,社會也為此付出了巨大的代價。從SARS以後,我們改變了國家公共衛生體系,從此重視對新發傳染病的防控。在10年以後,中東地區出現了第二種冠狀病毒,引起了嚴重的疾病,即中東呼吸綜合征MERS

2012年中東呼吸綜合征(MERS)疫情 | 戴連攀供圖

左邊是一張典型的MERS冠狀病毒的照片。大家可以看到,照片上,病毒顆粒表面有很多紅點,像皇冠一樣,故稱作冠狀病毒。這也是一種通過呼吸道傳播的病毒,死亡率有35%,比SARS還要高。

它主要在中東地區的駱駝上自然存在。雖然駱駝攜帶這種病毒,它卻並不發生疾病。但是,駱駝在中東地區特別常見,與人關係親密,所以通過與人的親密接觸,病毒傳播到人群中。所以,MERS在中東地區,從2012年暴發以後一直沒有間斷,直到最近仍然有病例。究其原因,它有一個穩定的中間宿主在傳播。

我2014年回國,我在國外時是從事疫苗方面的研究,那麽回國以後我就聚焦在MERS上面,因為我當時想要關注會對社會產生重大影響的新發突發傳染病,並對沒有解決的問題進行突破。我瞄準了MERS。

我在沙特的駱駝養殖場 | 戴連攀供圖

這是我前幾年,在沙特訪問阿卜杜拉國王研究中心的時候,當地人帶我去到的他們一個駱駝的養殖場。駱駝養殖基地對沙特人來說是一種娛樂場所,我們中國人周末一般會開車去郊外玩,對於沙特人來說,周末他們會趕著駱駝,一家老小去沙漠裡搭個帳篷,過上一兩天,周末回來。

駱駝在當地有著舉足輕重的作用。當地的飼養員,據說大部分都有MERS病毒抗體,說明他們可能感染過MERS病毒,所以MERS病毒在中東地區是一個長期的威脅,很有可能以後還會大規模暴發。所以我當時回國,第一個課題就是研究引起中東呼吸綜合征的MERS病毒。

MERS病毒受體結合區 | 戴連攀供圖

那麽如何研究病毒?我們知道打蛇要打七寸,那麽MERS冠狀病毒的七寸在哪裡呢?就在它的“皇冠”上,這個受體結合區RBD。該受體結合區如同鑰匙一般,通過它來開啟宿主細胞的大門。

RBD的二聚體與單體 | 戴連攀供圖

所以,我們最開始就是基於RBD結構,來進行疫苗設計。我們實驗室在表達RBD受體結合區的蛋白時,發現一個很有意思的現象。蛋白在被表達後,都會出現一種二聚體和一種單體這兩種形式。對於研究蛋白功能的人來說,可能覺得研究與受體結合的單聚體更有意義,而二聚體蛋白會被忽略。

但是我當時認為,這個二聚體蛋白可能是一個很有意義、很有趣的靶點,所以我們當時將二聚體和單體進行了比較,發現二聚體是一個非常好的免疫原,按照疫苗設計的思路,我們做了後續的研究。我們經過了反覆的設計,進行了體外、體內的實驗,對免疫原結構進行了改建設計,最後通過二聚體研製出了很好的疫苗。

MERS病毒RBD二聚體蛋白結構 |Cell, AUniversal Design of Betacoronavirus Vaccines against COVID-19, MERS, and SARS/ Dai et al., 2020

上邊這幅圖,就是典型的RBD二聚體的形式,特別巧合的是,它像我們人的雙肺結構。

基礎研究快速產業轉化 | Dai et al, 2020,Cell

我們也基於這個結構進行迅速的研究,發現這是一種通用的、可以開發冠狀病毒疫苗的結構,所以我們在第一時間對成果進行轉化,我們當時合作的企業將其用於MERS疫苗的開發,很快我們就有了流暢的研髮線,也進行了工藝的摸索,完成了臨床前的驗證。此時,2020年“新冠”暴發,當時高福院士告訴我們新冠疫情已經在武漢地區非常嚴重,所以我們急需要開發疫苗,疫苗是解決新冠疫情的終極武器之一,那麽怎麽開發?

當時我和高院士說,我們非常有底,因為我們有之前應對MERS的經驗,用它來開發新冠疫苗是有據可行的,前期工作也是為我們做了未雨綢繆的準備。

戴連攀團隊投入新冠疫苗研發工作 | 戴連攀供圖

春節期間,疫情急劇加重,我們放棄了春節的假期,回到了實驗室。當時召集團隊,大家很快在過年期間回來,趕在大年初四,學校因為疫情規定學生不得返校之前,我們已經組建好了突破的核心團隊,開始了新冠疫苗開發。

重組蛋白疫苗研發流程圖 | 戴連攀供圖

我們採用了重組蛋白這一技術路線。該路線曾經成功應用於B肝疫苗和宮頸癌疫苗的研發中。簡而言之,它是把受體結合區的抗原蛋白,放到工程細胞中去表達和生產,再進行純化。相對來說,它的工藝比較簡單,成分比較單一,不需要生物安全等級的實驗室去生產,產量也非常可觀。

全球首個重組蛋白新冠疫苗研發歷程 | 戴連攀供圖

這是我們的一個開發流程。我們從2020年春節期間開始啟動這個項目,在6月份我們的疫苗進入到臨床試驗,在10月份我們一期二期臨床數據揭盲,安全性和有效性均顯示良好。11月份,我們啟動了國際多中心的三期臨床,到了今年2月份,我們首先是在中亞的烏茲別克獲批緊急使用這個疫苗。到了今年3月份,在我們中國國內也納入了緊急使用的通道,我們的疫苗包裝如圖所示。

大家可能會問,這個疫苗開發這麽快,安全嗎?有效嗎?可靠性能得到充分的保障呢?這也涉及到新冠疫苗開發的一個特殊性,新冠疫苗是特殊時期的特殊產品。我們的新冠疫苗開發與傳統的疫苗開發還是不同的,流程上有了優化。

傳統疫苗開發流程 |Nature,SARS-CoV-2 vaccines in development /Krammer, 2020

可以看到,傳統的疫苗開發,如上圖所示,我們首先需要花很長時間進行實驗設計,然後我們需要經過概念的驗證,經過反覆的動物實驗以及臨床前的毒理學安全性評價、有效性的驗證,再加上一期二期三期臨床試驗,這樣一個過程往往需要10年以上的時間。

但考慮到新冠疫情的緊迫性,考慮到風險與收益的平衡,那麽全球的研究者在新冠疫苗的開發上,都進行了流程的優化。我們首先在概念設計上有了應對MERS、SARS的一些經驗,很快就找到了設計的出路。

新型冠狀病毒疫苗開發流程 | SARS-CoV-2 vaccines in development / Krammer, 2020

然後我們在臨床前與臨床試驗的流程中可以看到,疫苗研發由傳統的串聯進行的方式,變成並聯同時進行。過程中的每一個步驟都沒有少,沒有省略,所以在疫苗研發到上市這一年多的時間裡,我們完成了所有監管部門所要求的、保障疫苗安全有效的試驗,獲得了數據上的支持,保證了疫苗的安全可靠。

新冠疫苗開發的七條主要技術路線 |Nature Reviews Immunology,Viral targets for vaccines against COVID-19/ Dai and Gao, 2021

我們認為新冠疫情對於全球的疫苗來說都是一次大閱兵。可以看到,全球有幾百種候選疫苗正在開發,多種技術路線同時進行。我們耳熟能詳的國產疫苗主要有滅活疫苗、重組蛋白疫苗、腺病毒載體疫苗三種。而在國外,以mRNA為代表的核酸疫苗,第一次打到人身上,這也是新冠疫情對於科技發展的改變。

但這種首次應用於人身上的技術,長期會有怎樣的情況,會對人產生怎樣的影響,這需要我們持續的跟蹤和隨訪。

mRNA疫苗第一次打到人身上| AP, Ted S. Warren

上圖就是美國的mRNA疫苗第一次在人體上注射的照片,這對以後的科技發展是一個里程碑式的事件。有了這些安全有效的疫苗,那麽你可能會問,我們到底需要多少人來打疫苗,才能有效地控制疫情呢?

通過疫苗接種構建免疫屏障 |Nature Reviews Immunology, A guide to vaccinology: from basic principles to new developments /Pollard and Bijker, 2021

我給大家講一個免疫屏障的概念。上面這張圖,紅色表示感染者,藍色表示易感人群,如果大家都沒有打疫苗(圖左側部分),沒有免疫力的話,可以看到大部分易感人群都會變成新的感染者。很多人會因此健康受損甚至喪命,社會也會付出巨大的代價。

假如只有一部分人打了疫苗將會是什麽情況(圖中間部分)?可以看到,打了疫苗的(圖中橙色人群)有了保護力的這些人,他們可以有效抵禦疾病的感染。但是,仍然有很多沒打疫苗沒有抗體的人,他們仍會通過一些渠道被感染者所傳染,這樣依舊會造成一定社會成本並使人付出健康的代價。

一旦我們的免疫屏障建立起來以後(圖右側部分),絕大部分人都是有免疫力的,即便有少量的感染者,也會有一個免疫屏障將他隔離開來,疾病不會傳播給易感人群。如此,我們就能回到疫情之前的一種社會狀態。

現在普遍的一個共識,接種率需要達到70%以上,才能建立有效的免疫屏障。

截至3月25日我國新冠疫苗接種情況 | 國務院聯防聯控機制 國家衛健委 國是直通車

那麽來看看我們國內現在已經打了多少,從最新的3月25號的數據來看,全國接種的劑量是9000多萬,記住了,這是劑量,它不是人次,所以,這離我們所說的,建立全面的一個免疫屏障,仍然還是有一個很大的距離,所以我們的疫苗接種任務依舊任重道遠。

當然我們北京的接種率相對還是比較好的,剛剛我看了一下在場接種疫苗的人還是非常多的,但仍然有不少人還沒有接種,所以我在此,借這個機會呼籲大家,能接種就盡快接種,能預約就盡量預約上。我們國內現在有三款疫苗,一款滅活疫苗,一款腺病毒疫苗,還有一款是我們重組蛋白亞部門疫苗,都是已經獲批使用的。接種疫苗不僅僅是為了自己的健康,同時也是為我們國家的公共衛生做出自己的貢獻。

謝謝大家。

演講嘉賓戴連攀:《新冠疫苗,你打了嗎?》| 拍攝:Vphoto

戴連攀演講視頻:

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