2022, Vol. 57
表1(Table 1)
经口途径COVID-19疫苗产品与技术分析
引用本文
GE Hua, JIANG Li-yong, Liu Shu, Diao Tian-xi. Analysis of COVID-19 vaccine products and technologies by oral route[J]. Acta Pharmaceutica Sinica, 2022, 57(4): 845-853. 
葛华, 蒋丽勇, 刘术, 刁天喜. 经口途径COVID-19疫苗产品与技术分析[J]. 药学学报, 2022, 57(4): 845-853.
经口途径COVID-19疫苗产品与技术分析
军事科学院军事医学研究院卫生勤务与血液研究所, 北京 100850
摘要: 新型冠状病毒肺炎(coronavirus disease 2019, COVID-19) 全球持续流行且变异株不断出现, 疫苗应用仍是疫情防控的重要手段。黏膜免疫对机体防御新冠病毒即严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2) 入侵十分重要。目前上市的注射用COVID-19疫苗主要激活体液免疫, 难以诱导有效的黏膜免疫, 无法在病毒感染早期阻止病原体入侵。与注射接种相比, 经鼻或口等黏膜途径接种COVID-19疫苗与病毒的自然感染途径相近, 可诱导机体产生全面的免疫应答, 具有使用简单方便、易于实现接种者的自我管理、减少对专业医务人员的需求等优点, 是快速和广泛接种疫苗的理想选择。本文总结分析了经口途径接种的COVID-19疫苗产品及技术平台, 为相关研究工作提供参考。
关键词:
黏膜免疫 经口途径 COVID-19疫苗 技术分析
Analysis of COVID-19 vaccine products and technologies by oral route
Institute of Health Service and Transfusion Medicine, Academy of Military Medical Sciences, Academy of Military Sciences, Beijing 100850, China
Abstract: Coronavirus disease 2019 (COVID-19) continues to be prevalent all over the world and mutant strains are constantly appearing, the application of vaccine is still an important method of epidemic prevention and control. Mucosal immunity plays an important role in preventing severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) invasion. The currently marketed injectable COVID-19 vaccine mainly activates humoral immunity, but it is difficult to induce effective mucosal immunity, and it is unable to prevent pathogen invasion in the early stage of virus infection. Compared with injection vaccination, inoculation of the COVID-19 vaccine through mucosal routes such as nasal or oral can closely imitate the natural infection pathway of the virus and induce a comprehensive immune response. It is an ideal choice for rapid and extensive vaccination because it has the advantages of simple and convenient use, easy to achieve self-management of vaccinators, reduced demand for professional medical personnel and so on. In this paper, we summarized and analyzed the products and technical platforms of COVID-19 vaccine inoculated by oral route, in order to provide reference for related research work.
Key words:
mucosal immunity oral route COVID-19 vaccine technical analysis
许多传染病的病原体由呼吸道、肠道或生殖道的黏膜进入机体, 包括引发新型冠状病毒肺炎(coronavirus disease 2019, COVID-19) 大流行的新冠肺炎病毒即严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2)。SARS-CoV-2的主要感染路径为呼吸道[1]、口腔黏膜[2]和眼睛结膜表面[3]。黏膜免疫对机体防御病毒入侵十分重要。通过鼻腔、口服、吸入、舌下途径接种疫苗与SARS-CoV-2的自然感染途径相近, 可切断病毒进入机体的黏膜入口途径, 并且可诱导全面的免疫应答, 从而提高疫苗的免疫效果。目前, 国内外有多款经口或鼻内途径接种的COVID-19疫苗处于研发阶段, 已有文章综述了经鼻途径接种疫苗的研发概况[4]。本文对经口途径[口服、舌下、经口(肺) 吸入] COVID-19疫苗产品及技术平台的研发动态进行扼要分析, 为相关研究工作提供支持。
1 黏膜免疫概要人体大部分病原体感染发生在黏膜表面。黏膜表面成为抗原侵入位点, 易诱导免疫反应。黏膜免疫的基础是黏膜免疫系统(mucosal immune system, MIS)。MIS主要由广泛分布于机体的黏膜相关淋巴组织(mucosa-associated lymphoid tissue, MALT) 组成[5], 包括肠相关淋巴组织、鼻相关淋巴组织、支气管相关淋巴组织和泌尿生殖道相关淋巴组织等。虽然不同区域的MALT在解剖学上是分开的, 但其在功能上有联系, 被称为“共同黏膜免疫系统”。由于该系统的存在, 疫苗在一处接种可诱导多个远位黏膜部位产生免疫应答[6]。
黏膜表面的适应性免疫应答主要由分泌型IgA (sIgA) 抗体介导。当抗原接触到呼吸道、肠道、泌尿道等部位的黏膜时, 首先被黏膜表面专门的抗原识别细胞(M细胞) 识别, 然后M细胞内陷形成一个口袋形状, 将识别过的抗原内吞到“口袋”内, 再将其传递给抗原提呈细胞如巨噬细胞、树突状细胞等[7]。抗原提呈细胞将这些抗原提呈给MALT中的T淋巴细胞和B淋巴细胞, 产生特异性B淋巴母细胞, 发生中心繁殖后通过血流迁移到远处的黏膜和腺体组织, 并进一步分化成熟为浆细胞, 分泌sIgA。IgA可通过结合抗原、细菌毒素或病毒阻止其附着并入侵黏膜。此外, 抗原可在一定条件下诱导产生针对病原体的IgG和细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocyte, CTL) 反应[8]。
2 黏膜免疫疫苗的优势与挑战黏膜免疫已成为疫苗研究的重要方向。黏膜免疫最初以口服疫苗为主, 然后是鼻腔疫苗。现在研究人员正在探索更多黏膜疫苗接种途径[9], 如吸入、直肠、舌下和阴道。这些接种途径在动物模型上效果显著, 但迄今只有口服和鼻腔途径被获批用于人类疫苗接种。
黏膜屏障和免疫耐受是黏膜疫苗开发的主要挑战[10], 例如: 黏膜部位的物理和化学屏障会降低抗原的递送效率, 口服疫苗为了达到胃肠道的免疫部位必须穿过黏液层, 胃肠道的酸性环境及各种蛋白酶又使口服疫苗的抗原很容易变性或被降解。目前主要通过抗原及其剂型的优化、开发高效的递送系统与黏膜佐剂等途径解决[11]。理想的黏膜免疫疫苗应实现以下功能[12]: ①保护抗原不被酶降解; ②设计高效的递送系统, 把抗原递送到黏膜免疫的诱导位点; ③促进胃肠道和呼吸道黏膜中的M细胞摄取抗原, 以靶向抗原提呈细胞; ④促进抗原提呈细胞对抗原与佐剂的共摄取, 以刺激适当的特异性免疫, 如产生sIgA和/或CTL应答。
与传统注射疫苗相比, 黏膜疫苗具有天然优势: 同时诱导黏膜局部免疫和全身系统免疫反应; 通过简单的摄入或吸入接种疫苗, 避免因注射引起的感染或局部不良反应; 在不同年龄的人群中依从性高, 易于实现接种者的自我管理; 接种方便, 减少对专业医务人员的需求; 一般无需冷链保存及运输, 降低成本; 适用于疫苗的大规模接种或紧急情况接种等。
3 经口途径COVID-19疫苗产品与技术进展分析 3.1 经口途径疫苗产品研发概览根据Adis Insight药物研发信息数据库及WHO官网的疫苗研发信息[13], 本文汇总了经口途径COVID-19疫苗产品及其研发概况(表 1)。截至2021年12月7日, 在研经口途径疫苗的研发以口服疫苗为主(10个), 也有少数经口(肺) 吸入(4个) 和舌下(1个) 给药; 另有一款舌下/口服/皮下给药疫苗(将该疫苗暂时归入舌下接种疫苗)。产品类型包括病毒载体疫苗、蛋白亚单位疫苗、病毒样颗粒疫苗、DNA疫苗、减毒活疫苗以及基于训练免疫(trained immunity) 的疫苗。目前已有多款经口途径疫苗进入临床研究, 进展最快的口服疫苗处于临床Ⅱ期试验, 是美国Vaxart公司的腺病毒载体疫苗VXA-CoV2-1; 进展最快的经口(肺) 吸入与舌下产品已进入临床Ⅲ期, 分别是康希诺生物股份公司的Ad5-nCoV和西班牙Inmunotek公司的MV130。
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Table 1 Summary of coronavirus disease 2019 (COVID-19) vaccine products by oral route |
VXA-CoV2-1的设计与开发是基于Vaxart公司的VAASTTM技术平台。VAASTTM是一种由载体、抗原和佐剂组成的模块化通用疫苗研发技术平台, 以复制缺陷型腺病毒(Ad5) 作为载体, 将编码特异性抗原和编码Toll样受体3 (TLR-3) 激动剂(激活天然免疫系统的佐剂) 的基因递送至小肠黏膜上皮细胞, 诱导机体产生黏膜和全身性的免疫反应。VAASTTM技术使疫苗研发模块化, 加速疫苗研发的过程, 提高疫苗的生产效率。Vaxart公司利用该技术设计了针对诺如病毒、流感病毒、禽流感病毒等多种病原体的疫苗, 并开展了相关研究, 结果显示基于该技术的疫苗能够在人体内针对不同病原体产生可靠的中和抗体、黏膜免疫和T细胞免疫反应[14-17]。
VXA-CoV2-1是Vaxart公司采用VAASTTM技术开发的5型腺病毒载体(复制缺陷型) COVID-19口服片剂疫苗。与目前大多数疫苗以刺突蛋白(spike protein, S蛋白) 为抗原不同, VXA-CoV2-1的抗原同时包括S蛋白和核衣壳蛋白(nucleocapsid protein, N蛋白)。N蛋白是SARS-CoV-2的重要组成成分[18], 参与病毒基因组包装和病毒颗粒释放[19], 其结构在不同冠状病毒中具有很高的相似性, 由于N蛋白自身的保守特性, 在新冠病毒的变异中仍然处于保守状态[20], 为抗体药物和疫苗的研发提供了新思路。因此, 在设计原理上, 以S蛋白和N蛋白为抗原的VXA-CoV2-1应对病毒变异的能力会更强。在工艺方面, VXA-CoV2-1片剂外层有肠溶包衣, 可保护活性成分免受胃中酸性环境的影响, 将疫苗有效递送至小肠发挥作用。临床前研究显示: 在攻毒5天后, 与未接种的仓鼠相比, 通过口服或鼻腔途径接种了两剂VXA-CoV2-1疫苗的仓鼠体重未有明显下降, 肺部的炎症反应显著降低, 病毒载量减少了4~5个数量级, 在肺部未检测到传染性病毒[21], 提示口服疫苗可为仓鼠提供针对SARS-CoV-2的保护作用且减少SARS-CoV-2在仓鼠模型中的传播, 这与杜克大学的研究结果一致[22]。目前该疫苗已完成临床Ⅱ期试验, 其结果尚未披露。
3.2.2 Symvivo公司研制的bacTRL-SpikebacTRL-Spike的研发基于bacTRL技术平台。bacTRL是利用人体共生细菌进行基因递送的技术平台, 其产品通过口服和静脉注射两种方式给药。采用bacTRL技术平台可实现疫苗的快速研发, 且具有基因载量大、组织靶向性强、产品室温下稳定等优点[23]。
bacTRL-Spike是一款室温下稳定的口服DNA疫苗, 其原理与腺病毒载体疫苗相似, 都是利用载体将靶向S蛋白基因序列的质粒递送到体内进行免疫, 不同的是将载体换成了被称为长双歧杆菌的益生菌, 具有较高的安全性。目前该产品正在开展临床Ⅰ期试验研究。
3.2.3 Oravax Medical公司研制的PRAK-03202PRAK-03202的研发采用Oramed Pharmaceuticals公司的口服蛋白质给药技术(protein oral delivery, POD) 和Premas Biotech公司的蛋白质表达技术(D-Crypt)。POD技术将活性蛋白封装在具有保护涂层的胶囊中, 使其经过胃肠道酸性环境后依然完好。此前, Oramed Pharmaceuticals公司已将该技术用于口服胰岛素ORMD-0801的研发, 临床研究显示其安全有效[24], 证明了POD技术用于药物递送的可行性。D-Crypt是利用优化的酵母系统大量生产“难表达蛋白(difficult-to-express proteins, DTE-Ps)”的技术平台, Premas Biotech公司设计了蛋白酶缺陷型酿酒酵母表达宿主, 并将其与20多种经修饰的定制表达载体相结合, 可表达多种重组蛋白并确保其功能性, 已利用D-Crypt技术成功表达了包括3类膜蛋白在内的多种DTE-Ps[25]。该技术可实现蛋白的快速表达, 具有良好的可扩展性及成本效益。
PRAK-03202是由Oravax Medical公司(Oramed Pharmaceuticals公司和Premas Biotech公司的合资公司) 开发, 以S蛋白、包膜蛋白(envelope, E) 和膜(membrane, M) 蛋白为靶点的三抗原病毒样颗粒(VLP) 疫苗。临床前研究显示, PRAK-03202在BALB/c小鼠中诱导出SARS-CoV-2特异性中和抗体, 使用3种不同剂量的PRAK-03202进行免疫, 诱发了抗原特异性(S、E和M蛋白) 体液反应和中和潜力[26], 这些研究结果支持该疫苗进一步的临床研发。
3.2.4 Adaptive Phage Therapeutics公司研制的Phage-based vaccineAdaptive Phage Therapeutics公司开发的是基于噬菌体的口服疫苗, 其基本原理是将编码新冠病毒抗原蛋白的DNA片段插入噬菌体编码外膜蛋白的基因中, 使新冠病毒抗原蛋白以融合形式与噬菌体表面蛋白共同表达于噬菌体表面[27]。噬菌体作为新型的病毒载体, 其自身具有佐剂功能和良好的免疫原性[28]。该疫苗对噬菌体进行了工程化改造, 具备安全可靠、免疫效果好、高温下稳定、研发周期短、成本低等优势。
3.2.5 MigVax公司研制的MigVax-101MigVax-101是MigVax公司基于禽类冠状病毒IBV疫苗平台开发, 用于预防SARS-CoV-2感染的口服亚单位疫苗。MigVax-101由蛋白与一种黏膜免疫佐剂组成, 即新冠病毒S蛋白的受体结合域(receptor binding domain, RBD)、N蛋白的2个结构域和大肠杆菌不耐热肠毒素B亚单位(B subunit of E. coli heat-labile enterotoxin, LTB)。MigVax公司疫苗的技术优势在于其搭建的IBV疫苗平台具有通用性, 能快速应对突变株对疫苗的影响; 采用口服给药, 可诱导体液免疫、细胞免疫以及黏膜免疫; 安全性高; 易于实现大规模生产且成本较低[29]。临床前研究证实了口服接种MigVax-101可诱导机体产生体液免疫、细胞免疫与黏膜免疫[30]。2021年11月, MigVax公司获CEPI 430万美元的资助以开发新型口服亚单位疫苗, 旨在为“抗变异”疫苗的临床前验证提供支持[31]。
3.3 舌下接种COVID-19疫苗研发进展 3.3.1 Inmunotek公司研制的MV130MV130是基于训练免疫理念研发的黏膜免疫疗法。越来越多的研究显示, 天然免疫细胞如巨噬细胞、自然杀伤细胞、树突状细胞等在受到病原微生物及其产物刺激后, 当再次感染时, 可产生对原刺激或异源刺激的非特异性强化免疫的记忆特征, 这一现象被称为训练免疫, 其过程不依赖经典的T细胞或B细胞适应性免疫, 而是由表观遗传修饰和免疫代谢驱动。训练免疫激活的树突状细胞能够增强T细胞对特异性抗原的反应[32], 这种机制可作为适应性免疫和先天免疫结合性疫苗研发的桥梁。此外, 训练免疫可增强非特异性的先天免疫, 实现“一苗多防”的目标[33], 如队列研究显示, 卡介苗的接种与COVID-19发病率降低有一定相关性[34]。
MV130又称BACTEK-R, 是全细胞灭活的细菌混合物组成的舌下制剂, 包括金葡菌、表皮葡萄球菌、肺炎链球菌、肺炎克雷伯杆菌、卡他莫拉菌、流感嗜血杆菌。最新研究显示, MV130可诱导机体产生训练免疫反应, 有效预防不同类型的复发性呼吸道感染[35, 36]; 还可用于预防儿童气喘发作, 临床Ⅲ期研究结果显示其安全有效[37]。目前, Inmunotek公司正在评估MV130经舌下给药后对COVID-19的异源性防护作用, 处于临床Ⅲ期研究阶段。前期经鼻给药的研究结果初步显示其可预防SARS-CoV-2感染并提高COVID-19疫苗MVA-S (一种基于MVA的重组疫苗) 的免疫原性[38], 具有较好的应用前景。
3.3.2 ImmunityBio公司研制的hAd5 S+N该疫苗的研发基于ImmunityBio公司的第二代腺病毒载体(Ad5[E1-/E2B-/E3-]) 技术。与其他正在开发的腺病毒载体技术平台不同[39, 40], 第二代腺病毒载体技术删除了Ad5中的早期基因E1、E2B和E3, 以避免预存免疫的影响[41, 42]。基于该技术平台已开发了针对流感、HIV-1、拉沙热等病毒的疫苗, 可诱导产生体液和细胞免疫反应[43-45]。在制剂方面, ImmunityBio公司获英国iosBio公司授权使用其“即插即用”式口服疫苗专利技术平台OraproTM, 该技术通过改变编码抗原DNA的片段, 便可用于不同病毒载体疫苗的研发, 其将药物封装在带有肠溶衣的胶囊中, 使带有抗原基因的病毒载体穿过胃到达小肠发挥作用[46]。
hAd5 S+N是双抗原设计的腺病毒载体疫苗[47], 编码经修饰的SARS-CoV-2 S蛋白(S-fusion) 基因和带有增强型T细胞刺激域的N蛋白(nucleocapsid protein with an enhanced T-cell stimulation domain, N-ETSD) 基因[48], N-ETSD具有提高主要组织相容性复合体(MHC) Ⅰ/Ⅱ类分子反应的潜力。临床前研究显示, 该疫苗(皮下初免+ 口服增强) 在恒河猴体内诱导产生SARS-CoV-2中和抗体、S和N蛋白的特异性T细胞反应, 从而为恒河猴提供保护作用。值得注意的是, SARS-CoV-2攻毒试验后的第1天, 与安慰剂组对比, 疫苗组恒河猴模型肺部与鼻内的病毒复制受到抑制且7天内未检测到感染[49], 鼻内快速的病毒抑制结果提示其可能产生了更加广泛的免疫反应。该疫苗在小鼠模型中(皮下初免+ 鼻内增强) 也显示了相似的研究结果[50]。ImmunityBio公司报道的临床Ⅰb期初步试验数据显示了其具有对新冠病毒的变异株(B.1.351、B.1.1.7、B.1.492和P.1) 提供持续免疫保护的潜力[51]。目前正在开展临床Ⅰ/Ⅱ期试验, 评价该疫苗作为加强免疫的方法经皮下、舌下和口服(胶囊) 接种后的安全性、有效性、反应原性及免疫原性。
3.4 吸入式COVID-19疫苗研发进展 3.4.1 Flow Pharma公司研制的FLOVID-20FLOVID-20是以SARS-CoV-2 N蛋白为靶点的CTL表位肽疫苗。Flow Pharma公司将FlowVax技术平台用于FLOVID-20的设计与递送, 其技术核心主要包括两部分: 首先, 把传统生物细胞学和生物信息学相结合, 利用人工智能筛选出与HLA-I类分子具有高度体外亲和力的N蛋白表位肽, 大大提高了筛选效率; 其次, 疫苗的递送采用之前构建的递送系统[52], 将表位肽和佐剂TLR-9激动剂CpG寡核苷酸共包载于同一载体—聚乳酸-羟基乙酸共聚物[poly(L-lactide-co-glycolide), PLGA] 微球进行递送; 与之前递送系统不同的是, 在载体溶液中加入另一种佐剂TLR-4激动剂单磷酸脂质A (monophosphoryl lipid A, MPLA)。这种递送载体、两种佐剂的组装和设计可充分发挥各组分的功能, 引发并进一步强化T细胞免疫反应。FlowVax技术具有安全、有效、低成本和广泛应用的特点, Flow Pharma公司已利用该技术开发了基于T细胞免疫的埃博拉疫苗, 初步证实了技术的可行性[53], 为COVID-19 T细胞疫苗的研发奠定基础。
FLOVID-20的临床前研究结果显示[54], 采用鼻腔黏膜雾化和气管内滴注的方式对恒河猴模型进行疫苗接种后, 对感染SARS-CoV-2的恒河猴模型具有保护作用; 由于N蛋白较S蛋白具有较高的保守性, 该疫苗可作为重组蛋白疫苗、mRNA疫苗或腺病毒载体疫苗之后的加强疫苗。此外, FLOVID-20在室温下稳定, 还可通过雾化吸入到呼吸道黏膜进行免疫接种。
3.4.2 ISR公司研制的COVID-19 vaccine该疫苗是由SARS-CoV-2表面蛋白及佐剂组成的粉末状疫苗, 依托Iconovo公司的ICOone平台进行接种。ICOone是一款单剂量一次性干粉吸入器, 由于使用者的吸入驱动实现疫苗的接种。该单剂量装置虽然没有多剂量装置载药的优势, 但对药物保护效果好、结构简单、使用方便且成本低。目前已完成体内的毒理学研究, 研究结果显示其具有良好的安全性[55]。
3.4.3 康希诺生物研制的吸入式Ad5-nCoV吸入式Ad5-nCoV是已获批上市重组腺病毒载体疫苗Ad5-nCoV (商品名: 克威莎) 的吸入式产品, 其研发基于腺病毒载体疫苗技术, 由康希诺生物和军事医学研究院联合研发。腺病毒载体疫苗的原理是利用基因工程技术将保护性抗原基因插入安全的腺病毒载体中, 转染细胞后获得重组病毒, 主要诱导机体产生液体免疫和涉及CD4+、CD8+ T细胞的细胞免疫反应。Ad5-nCoV和吸入式Ad5-nCoV的技术原理、制剂工艺、制剂配方等均相同, 只是给药方式由肌肉注射改为雾化吸入。吸入式Ad5-nCoV采用Aerogen专有的振动网筛气雾剂给药技术实现吸入给药[56]。疫苗通过振动网雾化后进入小的气溶胶室, 经呼吸直接进入呼吸道, 70%以上的雾化颗粒粒径小于5.4 μm, 较小的雾化颗粒使其可沉积于下呼吸道、末梢支气管及肺泡。这种吸入给药技术成熟且简单可控, 但是同时也存在装置内部制剂残留、呼吸过程中出现制剂泄露等问题。
Ad5-nCoV是编码S蛋白的复制缺陷型腺病毒载体疫苗, 在临床Ⅰ/Ⅱ期试验中具有良好的安全性和免疫原性[57, 58]。Ad5-nCoV的全球多中心临床试验数据显示[59], 单剂量接种28天后, 该疫苗对有症状新冠感染的保护效力为57.5%, 对重症新冠的保护效力为91.7%, 没有发生与疫苗相关的严重不良反应。为评价吸入式Ad5-nCoV疫苗的安全性和免疫原性, 研究人员在肌肉注射Ad5-nCoV 28天后的健康人群(18岁及以上) 进行雾化吸入加强免疫。结果显示[60], 雾化接种1剂相当于肌肉注射1/5剂量的Ad5-nCoV, 雾化接种2剂即可诱导产生与肌肉注射1剂该疫苗相似的SARS-CoV-2中和抗体滴度, 且未引起任何与疫苗相关的严重不良反应事件。同时, 研究人员在已完成2剂灭活疫苗基础免疫的18岁及以上成年人中开展了随机、非盲、平行对照的临床研究, 以评价吸入式Ad5-nCoV异源加强的安全性和免疫原性。结果显示[61], 在已完成2剂灭活疫苗基础免疫的18岁及以上成年人中, 以1剂吸入式Ad5-nCoV进行异源加强, 可激发强烈的黏膜免疫反应, 比用灭活疫苗同源加强可诱导更高水平的中和抗体且不良反应率更低。上述结果表明, 对于已接种2剂COVID-19灭活疫苗的成人, 使用吸入式Ad5-nCoV进行异源加强免疫是安全有效的, 目前该吸入疫苗处于临床Ⅲ期阶段。
3.4.4 PhageNova Bio公司/美国新泽西Rutgers癌症研究所研制的PNB-V01PNB-V01是以噬菌体展示技术为基础开发的配体靶向肺接种疫苗。新泽西Rutgers癌症研究所通过噬菌体随机展示肽库筛选了一种多肽配体(CAKSMGDIVC), 该配体能特异性地与肺上皮细胞受体α3β1相结合, 展示该配体的噬菌体颗粒经该配体/受体介导进入体循环, 并在小鼠和非人灵长类动物中诱导持续的局部和全身免疫反应[62, 63]。基于结构导向的抗原设计原则, 研究人员把噬菌体的主要衣壳蛋白pVIII展示载体和次要衣壳蛋白pIII展示载体整合在一起, 构建了一种可在pVIII和pIII蛋白上同时展示外源多肽的双展示噬菌体载体。一方面, 将筛选的6个SARS-CoV-2 S蛋白表位展示于pVIII上; 另一方面, 将多肽配体(CAKSMGDIVC) 展示于pIII上, 这种双展示的设计使疫苗具有针对S蛋白的免疫反应和高效的肺靶向递送功能, 将其以气溶胶的形式经肺接种到小鼠体内后, 诱导了特异性和系统性的免疫反应[64]。
4 总结与展望不同的免疫途径诱导不同的保护机制, 即便同一疫苗也会因免疫途径的不同产生免疫效果的差异[65], 确定合适的免疫途径是疫苗研发中不可缺少的环节。目前疫苗的接种途径主要包括肌肉注射、皮下注射、皮内注射、口服接种和鼻内接种等[66]。肌肉注射、皮下注射、皮内注射是较为常见且使用广泛的疫苗接种方式, 在疾病的预防中发挥了重要作用, 但注射的接种方式需专业人员操作, 注射时使用的针头和注射器亦会引起疼痛不适以及感染的风险。更重要的是, 注射给药的疫苗不能诱导有效的黏膜免疫, 其所激活的体液免疫与全身免疫力密切相关, 无法在感染早期阶段阻止病原体入侵[67], 包括已上市的注射用mRNA疫苗BNT162b2。BNT162b2可诱导强大的全身免疫反应, 但不能诱导产生黏膜IgA反应[68]。而SARS-CoV-2是一种黏膜病毒, 很少在血液中检测到[69, 70], 主要通过上呼吸道感染机体, 与宿主免疫系统的第1次相互作用发生在鼻腔和口咽黏膜上, 黏膜免疫系统最先对病毒做出反应, 产生分泌型抗体应对感染[71]。理想的COVID-19疫苗需诱导产生黏膜免疫、细胞免疫和体液免疫三重防护, 以发挥全面的免疫效果。因此, 除了选择合适的抗原以产生高效的中和抗体, 疫苗的设计还需考虑其诱导机体产生黏膜免疫的能力。从本文总结的口服、吸入及舌下疫苗的研究进展可看出, 在研疫苗产品可在小鼠、恒河猴等多种动物模型中诱导产生中和抗体、T细胞免疫、黏膜免疫等较为广泛、全面的免疫反应, 具有进一步开发的潜力。
疫苗的接种显著降低了COVID-19的发病率与死亡率, 但新冠病毒的不断变异(如德尔塔、奥密克戎等) 与迅速传播引起了人们对于已上市单抗原疫苗有效性降低的关注。S蛋白已被证实是COVID-19疫苗或药物的有效靶点, 目前很多已上市疫苗(如mRNA-1273、BNT162b2等) 都只提供S蛋白抗原, 但S蛋白中和表位与非中和表位之间的竞争会降低宿主的免疫反应[72], 且S蛋白的RBD序列出现了多种突变[73, 74], 这些因素都会降低单抗原疫苗的保护效力。为了提供更广泛的免疫反应, hAd5 S+N、VXA-CoV2-1、PRAK-03202和MigVax-101等多款经口途径的候选疫苗在设计上增加了其他结构蛋白, 如N蛋白、E蛋白、M蛋白等, 以减少免疫逃逸, 对当前和未来变异病毒都具有潜在的预防效果。最新研究显示, N蛋白的添加可能诱导机体产生强烈的T细胞反应[75, 76], 而E蛋白和M蛋白亦具有作为SARS-CoV-2疫苗靶点的重要潜力[77, 78], 多抗原设计疫苗的临床前及部分临床试验数据也证实了这些研究结果, 显示了其对变异株的保护潜力。
目前开展经口途径COVID-19疫苗研发的企业或研究机构主要集中于美国(表 1)。在COVID-19疫情之前, 已有多家公司搭建了经黏膜途径给药的疫苗或药物开发平台, 如Vaxart公司的口服疫苗平台VAASTTM、iosBio公司口服疫苗技术OraProTM、Oravax Medical公司的口服蛋白质给药技术PODTM以及PhageNova Bio公司的气溶胶疫苗技术。这些技术集中于抗原的设计、佐剂技术以及递送载体优化等, 多用于传染病和肿瘤的疫苗或药物开发, 经口途径COVID-19疫苗的开发亦是基于上述技术平台, 运用基因工程手段进行改造后用于COVID-19疫苗研发, 平台技术的通用性、可扩展性较好, 适用于应急状态下疫苗的快速开发。希望通过优化的技术平台, 早日研发出起效快、保护时间长且更具广谱性的经口途径COVID-19疫苗。
经口途径COVID-19疫苗产品的技术类型较为丰富, 不仅包括病毒载体疫苗、蛋白亚单位疫苗、核酸疫苗等主流疫苗技术, 还包括目前应用较少的与训练免疫相关的疫苗和噬菌体疫苗。基于训练免疫的疗法缺少抗原依赖性, 不仅可用于SARS-CoV-2的防护, 亦可作为未来新型传染病疫情中的早期干预手段。噬菌体疫苗作为新型病毒载体疫苗, 兼具重组蛋白疫苗和DNA疫苗的优点[79]: 较其他病毒载体更安全方便; 较一般重组蛋白疫苗易于制备纯化; 较DNA疫苗更加安全可靠。目前两款基于噬菌体的疫苗都处于临床前阶段, 其研究数据是基于动物实验, 还需更多研究验证其可行性。
随着新冠病毒变异株的不断出现, 每天感染、住院和死亡的人数不断增加[80], 而治疗的选择仍然有限, 接种疫苗仍是应对COVID-19疫情有效的防护措施。截至2022年1月14日, 全球已有超过30种疫苗获准紧急使用或上市[81], 各国都在积极推进COVID-19疫苗的接种。加大疫苗的供给、加快疫苗的分配和接种对建立群体免疫屏障、控制COVID-19疫情的流行极其重要。
经口途径疫苗最明显的优势是无需冷链保存和运输。口服疫苗可制成片剂[82, 83], 吸入式疫苗可制成吸入干粉或液体制剂[84], 室温条件下的热稳定性好, 在储存、配送和使用过程中不需冷链, 再加上其易于实现接种者的自我管理, 大大增强了免疫过程中的安全性与便捷性, 快速提升疫苗的接种效率, 实现在大规模人群中的快速免疫。这正是目前已上市注射型COVID-19疫苗所欠缺的。此外, 吸入疫苗可用较少的抗原量引发与注射疫苗同等的免疫效果, 降低每剂的成本, 具备更好的经济性和安全性, 康希诺生物Ad5-nCoV疫苗的临床试验数据也证实了此观点。经口(肺) 吸入给药通常需借助特殊给药装置, 在制剂、吸入器械和临床研究等方面均面临比其他疫苗更多的挑战[85, 86]。
作者贡献: 刁天喜负责文章的选题与审阅; 葛华负责文献调研与文章撰写; 蒋丽勇和刘术参与文章架构讨论, 并对本文提出重要修改意见。
利益冲突: 本文作者和研究内容不涉及任何利益冲突。
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