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1 四川大学华西第二医院 运营管理部（成都 610065）, Operation Management Office, West China Second University Hospital, Chengdu 610065, P. R. China

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新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情在全球的肆虐，不仅对公众的健康造成了重大威胁，也对全球卫生医疗系统和社会经济发展带来了巨大冲击。因此，加快疫苗和抗体药物的研发，为人们提供有效的保护和治疗措施，成为广大科学研究人员和医疗机构的首要任务。目前全球已有多款新冠疫苗和抗体药物进入临床研究或获批上市，本文对多款利用基因工程技术研发的基于S蛋白的新冠疫苗和抗体（包括亚单位疫苗、病毒载体疫苗、DNA疫苗、mRNA疫苗以及一些中和抗体药物）进行了简要阐述，同时也对疫苗和抗体药物的未来发展进行了探讨。

The raging global epidemic of coronavirus disease 2019 (COVID-19) not only poses a major threat to public health, but also has a huge impact on the global health care system and social and economic development. Therefore, accelerating the development of vaccines and antibody drugs to provide people with effective protection and treatment measures has become the top priority of researchers and medical institutions in the field. At present, several vaccines and antibody drugs targeting SARS-Cov-2 have been in the stage of clinical research or approved for marketing around the world. In this manuscript, we summarized the vaccines and antibody drugs which apply genetic engineering technologies to target spike protein, including subunit vaccines, viral vector vaccines, DNA vaccines, mRNA vaccines, and several neutralizing antibody drugs, and discussed the trends of vaccines and antibody drugs in the future.

自2019年12月新型冠状病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）疫情暴发以来，已在全世界迅速传播[1]。根据约翰霍普金斯大学的最新数据，截至2022年7月全球累计感染人数已超过5.5亿，累计死亡人数超过630万（https://coronavirus.jhu.edu/map.html），给全球医疗体系带来了巨大挑战。因此，研发有效的预防及治疗手段刻不容缓。

SARS-CoV-2是一种有包膜结构的单股正链RNA病毒，刺突（Spike，S）蛋白是其重要的结构蛋白，在病毒的附着、融合及入胞中起着重要作用。基于此，S蛋白也成为中和抗体和疫苗设计的关键靶点[2]。目前已有多款基于S蛋白的疫苗及中和抗体面世[3-4]，本文将对基于S蛋白的疫苗、抗体研究现状作一综述。

随着2020年1月以来SARS-CoV-2病毒基因序列的公开，以及利用冷冻电镜技术对新型冠状病毒表面S蛋白[5-6]、人血管紧张素转化酶2（angiotensin-converting enzyme 2，ACE2）[7]、S蛋白和ACE2复合物[8]结构的解析，许多制药公司和学术研究机构已启动了多项针对S蛋白的疫苗研发计划，图1为目前已进入临床研究阶段的不同类型疫苗数（数据来源https://www.who.int/publications/m/item/draft-landscape-of-covid-19-candidate-vaccines）。到目前为止，以S蛋白为关键靶点，使用基因工程技术生产的新冠疫苗可分为三大类：亚单位疫苗、病毒载体疫苗以及核酸疫苗（见表1）。

Number of vaccines in clinical development

已进入临床研究阶段各类型疫苗数量统计

各疫苗类型优缺点比较

亚单位疫苗由能够诱发机体免疫反应的病毒或细菌的特定成分（蛋白质或多肽）所制成，具有安全、高效、可扩展生产等优势。目前已上市的亚单位疫苗有乙型肝炎疫苗、戊肝疫苗、带状疱疹疫苗和人乳头瘤病毒疫苗等[9]。亚单位疫苗基于已知的病毒基因序列，利用基因工程技术将抗原蛋白的基因片段整合到工具细胞中，在体外进行表达纯化，制备得到重组亚单位疫苗。如乙型肝炎疫苗，由在酵母中表达的乙肝病毒表面抗原（HBsAg）S蛋白而制成[10]。由于亚单位疫苗的免疫原性相对较弱[11]，因而常将其设计为病毒样颗粒（virus like particles，VLPs）和多聚体结构，或融合几种病毒蛋白、同时接种其他不同疫苗以及添加合适的疫苗佐剂来改善和增强免疫反应。

目前，在SARA-CoV-2疫苗的研发过程中，已有多款基于S蛋白或S蛋白受体结合区（receptor binding domain，RBD）的亚单位疫苗获批上市或进入临床研究。SARS-CoV-2 S蛋白在与宿主细胞融合前后会发生构象的改变，而该蛋白处于融合前的形态时，蛋白活性高，能够较好地刺激机体产生免疫反应[12]。由高端疫苗公司研发的MVC-COV1901亚单位疫苗含有重组S-2P抗原[13]，S-2P蛋白是一种三聚体结构，融合前稳定化的刺突蛋白抗原。S-2P抗原在哺乳动物细胞中表达，添加了CpG1018和氢氧化铝为疫苗佐剂。ZF2001[14]是中国科学院微生物研究所联合智飞龙科马公司研发的亚单位疫苗，该疫苗以SARS-CoV-2刺突蛋白受体结合结构域的二聚体形式为抗原，以铝为佐剂。根据最新的Ⅲ期临床数据，对有症状和重度至危重症的新冠感染者来说，完全接种ZF2001疫苗后至少6个月内是安全的[14]。

病毒载体疫苗以病毒为载体，利用基因工程技术将疫苗靶基因整合入载体基因组中进行制备。不同于重组亚单位疫苗需要添加佐剂才能诱发细胞免疫，病毒载体疫苗利用整合了抗原靶基因的细菌或病毒，将诱发免疫反应的抗原基因呈递到宿主细胞，在胞质内表达抗原靶基因。该技术不仅能诱发机体产生体液免疫，同时也能产生细胞免疫。目前已有多款病毒载体投入研究和应用，包括腺病毒载体、流感病毒载体、巨细胞病毒载体、痘苗病毒载体以及麻疹病毒载体等。其中，腺病毒可以感染多种细胞类型，且具有转基因表达性强、体外生长快、无基因组整合性风险等优点，是目前应用最广泛的疫苗载体[15]，而针对新冠病毒载体疫苗的研发主要使用人或黑猩猩的腺病毒载体。2020年3月，由北京生物技术研究所和康希诺生物公司研发的Ad5-nCoV腺病毒载体疫苗进入临床试验阶段，Ad5-nCoV载体疫苗把编码S蛋白的基因序列构建到删除了E1和E3基因的腺病毒基因组中，是一种复制缺陷型载体疫苗。Ad5-nCoV疫苗的Ⅲ期临床试验结果显示[16]，在接种疫苗28天后，疫苗对有症状的新冠感染者保护效力为57.5%，而对重症新冠患者的保护效力则高达91.7%。ChAdOx1 nCoV-19疫苗[17-18]由牛津大学研发，以黑猩猩腺病毒为载体，根据Ⅰ期和Ⅱ期临床试验结果的初步分析，ChAdOx1 nCoV-19疫苗对有症状新冠感染者的保护效力为72%。

核酸疫苗基于病毒遗传序列所设计，将含有编码抗原靶基因的质粒载体经肌肉注射等方式导入宿主体内，表达抗原蛋白，诱导免疫反应[19]。核酸疫苗包括DNA疫苗和mRNA疫苗两种类型。核酸疫苗作为新兴疫苗的代表类型，具有研发周期短、易于制造、安全以及免疫应答持久等优势。早期研发的DNA疫苗主要应用于各种动物疾病方面的治疗[19]，近年来针对疟疾、艾滋病、宫颈癌和乳腺癌等各种人类病原体的DNA疫苗的研发也已进入临床研究阶段[9]。2021年9月，全球首个人用DNA疫苗ZyCoV-D在印度获批使用，该疫苗的Ⅲ期临床研究结果显示，通过无针注射系统皮内给药的三剂ZyCoV-D疫苗对有症状新冠感染者的保护率为66.6%[20]。近几年mRNA疫苗发展迅速，mRNA疫苗需要经过特殊修饰或依赖于递送载体穿过细胞膜进入细胞质发挥作用，例如已知的两款非复制型（non-replication）新冠mRNA疫苗mRNA1273和BNT162b1就是利用脂质纳米颗粒（lipid nanoparticles，LNP）载体来递送药物[21]。不同的是，mRNA1273疫苗编码的是稳定的融合前全长S蛋白[22]，而BNT162b1则是根据S蛋白受体结合域的三聚体形式所设计[23]。相比非复制型mRNA疫苗，自扩增型（self-amplifying）mRNA疫苗进入人体后抗原靶基因可以在细胞内进行复制，表达更高的抗原蛋白，从而诱导更高滴度的中和抗体以及更强的T细胞免疫，例如英国帝国理工学院开发的LNP-nCoVsaRN疫苗就是一种自扩增型mRNA疫苗[24]。2022年4月，由Arcturus Therapeutics公司研发的ARCT-154新冠自扩增型mRNA疫苗[25]取得Ⅲ期临床成功（https://www.businesswire.com/news/home/20220420005466/en/），研究显示在以Delta和Omicron突变株为主的情况下，ARCT-154疫苗的有效率为55%。

中和抗体是B淋巴细胞产生的一种能够与病原体表面抗原结合，从而阻止病原体黏附宿主细胞受体或抑制其感染的免疫球蛋白分子[26]。凭借其特异性高、安全性好等特点，中和抗体受到了研究人员广泛关注，目前全球已有上百个新冠抗体研发项目正在进行，其中部分中和抗体已经获得美国食品药品监督管理局（US Food and Drug Administration，FDA）紧急使用授权（Emergency Use Authorizations，EUAs）[27]。中和抗体可在病毒入侵过程中的多个环节阻止病毒感染，如阻断病毒与膜表面受体结合、中断病毒融合以及激活抗体依赖的细胞功能效应等。根据作用机制，中和抗体主要可以分为三类：靶向RBD、靶向N端结构域（N terminal domain，NTD）及靶向S2的中和抗体。本文将对这三类中和抗体分别进行简要综述。

S蛋白RBD可与ACE2结合从而启动病毒感染[28]，是目前中和抗体的主要靶点。对SARS-CoV-2患者恢复期血浆的研究发现，90%的中和抗体靶向RBD[29]。本文将对国外公司研发的REGN-COV2、LY-CoV55以及国内自主创新研发的JS016及BRII-196/BRII-198进行简述。

REGN-COV2是由美国再生元公司开发的由两种抗体（REGN10933和REGN10987）组成的鸡尾酒抗体。该公司基于转基因小鼠和COVID-19康复者样本，根据结合特性、中和特性以及三维结构，筛选得到REGN10933和REGN10987[30]。这两种抗体可同时非竞争性结合S蛋白RBD，阻断其与ACE2的相互作用。针对REGEN-COV2的一项临床试验也表明该鸡尾酒抗体在保证安全性的同时可以降低非住院患者的病毒载量，且对免疫应答尚未启动或基线病毒载量高的患者效果更好[4]。2020年11月FDA向该新冠病毒中和抗体颁发了EUA，但是近来面对Omicron变异毒株其有效性明显下降（https://www.fda.gov/emergency-preparedness-and-response/mcm-legal-regulatory-and-policy-framework/emergency-use-authorization）。

LY-CoV555是由礼来公司开发的一种靶向RBD的中和抗体。前期一项纳入452名研究对象的临床试验显示对于轻度或中度COVID-19门诊患者其获益有限[31]。JS016（LY-CoV016，etesevimab或埃特司韦）是由君实生物和中国科学院微生物研究所研发的国内第1个、全球第2个进入临床试验的人源单克隆抗体[32]。研究人员通过对恢复期患者外周血进行筛选所得，在恒河猴感染模型中发现给药后可以立即降低病毒滴度[33]，目前正在进行Ⅰb/Ⅱ期临床试验（https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/{"type":"clinical-trial","attrs":{"text":"NCT04780321","term_id":"NCT04780321"}}NCT04780321）。值得注意的是，礼来公司将LY-CoV555与其联合使用，以期获得协同作用。一项将LY-CoV555和JS016联用的随机对照试验显示该疗法可以降低病毒载量以及住院死亡率等指标，同时效果优于LY-CoV555单药[34]。2021年2月FDA对该联合疗法颁发EUA，但目前面对Omicron同样存在有效率下降的情况（https://www.fda.gov/）。

BRII-196和BRII-198是由腾盛博药和清华大学、深圳市第三人民医院联合开发的靶向RBD的中和抗体[35]。目前该两种单抗的联合疗法已经在我国获批（http://cn.briibio.com/news-detail.php?id=1598#news）。值得注意的是，该联合疗法从最初的发现到获得审批不到20个月，彰显了我国科学家的抗疫速度与实力。

除此以外，国内外还有多种针对S蛋白RBD的中和抗体已经应用于临床或正在进行临床试验。相关研究汇总见表2[4,30-31,33,35-39]。

靶向SARS-CoV-2 RBD的中和抗体

针对S蛋白的NTD同样可以产生中和抗体，其发挥作用的主要机制可能为阻止蛋白构象变化[40]。4A8是由我国科学家研发的全球第一个针对SARS-CoV-2 NTD的中和抗体，其对真病毒的半抑制浓度（half-maximal inhibitory concentration，IC50）为0.61 μg/mL[41]。此外靶向NTD的中和抗体还有COV2-2676、COV2-2489[42]及DH1050.1[43]等。值得注意的是，由于靶向RBD和NTD的中和抗体靶点不同，二者或可联合使用以获得更佳的效果[27]。但目前面对突变毒株，靶向NTD抗体的中和能力显著下降。

SARS-CoV-2的S2对于病毒与细胞的膜融合至关重要，因此理论上同样可以作为中和抗体的靶点，但目前分离得到的靶向S2抗体的效果不够理想[43-44]。而且，关于靶向S2的中和抗体报道较少，有待进一步研究。

COVID-19作为一种新发传染病，自暴发以来对社会公共卫生医疗系统和社会经济发展都造成了巨大冲击。面对如此严峻的疫情，在最短时间内开发出针对新冠病毒的有效治疗药物和疫苗成为广大科研人员的首要任务。根据2022年7月5日世界卫生组织（World Health Organization，WHO）对新冠疫苗研发情况的统计结果（https://www.who.int/publications/m/item/draft-landscape-of-covid-19-candidate-vaccines），目前已有168款疫苗进入临床研究阶段，所涉及到的疫苗研发平台包括重组蛋白亚单位疫苗、病毒载体疫苗、DNA疫苗、mRNA疫苗等。重组亚单位疫苗根据病毒的特定抗原部分进行设计，通过一系列的纯化手段制备得到疫苗，可以有效减少病毒中其他成分带来的副反应；同时，亚单位疫苗通过在体外合成目标抗原蛋白，无法进入细胞内表达抗原激活T细胞发挥杀伤作用，其免疫原性通常较低，因而需要通过添加佐剂来提高疫苗的免疫原性以及延长其半衰期。相比于亚单位疫苗，病毒载体疫苗利用无致病性的或已去除毒力基因的流感病毒或腺病毒，将抗原基因呈递到细胞内表达，既可触发细胞免疫，也能产生体液免疫。作为新型疫苗代表的核酸疫苗，DNA疫苗和mRNA疫苗在应对新冠疫情时实现首次应用。DNA疫苗和mRNA疫苗的设计原理相同，但DNA疫苗存在整合入宿主基因组的风险；而mRNA疫苗虽然不会有整合到宿主DNA的风险，但mRNA疫苗稳定性差，且需要低温保存和运输，需要耗费较大的人力和物力。

抗体药物的应用在防控COVID-19疫情方面同样发挥着重要作用。与疫苗相比，抗体药物注射后能够快速且有效地为人体提供保护，对一些无法对疫苗产生有效免疫应答的老年人和免疫系统功能低下的人来说，通过抗体药物来抵御和治疗新冠肺炎同样有效。例如一款用于新冠暴露前防御的长效中和抗体药物Evusheld（AZD7442）[45]，由两种全人源单克隆抗体Tixagevimab（AZD8895）和Cilgavimab（AZD1061）组成，可将COVID-19感染风险降低77%，为人体提供长达6个月的保护作用[46]。但抗体疗法同样面临着诸多挑战，除了生产成本高之外，最主要的一个问题是病毒株的基因突变所导致的抗体药物中和活性的减弱。2021年12月，北京大学未来基因创新中心谢晓亮研究团队针对Omicron突变株做的中和实验结果显示，在247个中和抗体中，超过85%的中和抗体都对Omicron突变株的治疗出现了不同程度的减弱和失效[47]。

人类与COVID-19的对抗注定是一场持久战，利用疫苗防御手段抵抗新冠病毒的感染是控制疫情传播的重要措施，而研发出有效的抗体药物是治疗新冠肺炎的有效手段。在全世界携手抗疫的背景下，加快疫苗和抗体药物的研发不仅在应对当下新冠肺炎疫情中发挥着重要作用，也对未来人们能够及时应对突发疾病提供实践经验，同时也将促进世界卫生医疗体系的进一步发展。

重要声明

利益冲突声明：本文全体作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：徐偲瑜负责文献查询、归纳总结和论文撰写工作，唐丹负责论文的审校。

四川大学专职博士后研发基金（2022SCU12041）

Sichuan University full-time postdoctoral research and development fund