全球推动COVID-19疫苗

在世界范围内，研究人员正在竞相开发对抗SARS-CoV-2的疫苗，这种病毒导致了COVID-19，使世界陷入了社会和经济停滞。目前有42种候选疫苗正在进行临床评估，¹随着更多的临床前测试，²包括基于灭活病毒、蛋白质亚基、mRNA、质粒DNA和非复制病毒载体的疫苗，这些疫苗使用各种不同的传递系统。^1、2科学界的许多不同方面正在努力开发疫苗——从致力于冠状病毒研究的科学家，到学术界和产业界的疫苗设计专家，再到重新调整努力方向以应对这一全球健康威胁的其他学科的专家。在本文中，我们将介绍一些处于这项工作前沿的团队。

抗原的工程师

在McLellan实验室在德克萨斯大学奥斯汀分校，研究人员从早期的严重急性呼吸系统综合症(“非典”）和中东呼吸综合征(即）2003年和2012年发生的流行病。现在，这项工作的成果正在为至少三种COVID-19候选疫苗的临床试验奠定基础。他们的基础工作使历史上最快的疫苗开发成为可能——距离病毒基因组首次发表仅66天。

该团队的研究重点是COVID-19用于进入人类细胞的糖蛋白峰值的结构，这是许多正在开发的疫苗的目标。峰值存在于融合前和融合后的构象中，成功的疫苗需要在融合前的形式内化到细胞之前靶向它。

“人们多年来一直在研究这些蛋白质，”麦克莱伦实验室的研究生丹尼尔·Wrapp解释说。“在高分辨率冷冻电子显微镜(cryo-EM)出现之前，你真的只能看到单个的结构域，并不能告诉我们这些蛋白质是如何在病毒表面的真实生物环境中作为机器发挥作用的。”

有了来自SARS- cov -1(导致SARS)和MERS- cov(导致MERS)的完整刺突蛋白的精确结构，实验室的博士后王年双博士在病毒的刺突上测试了他之前设计的突变(使用另一种名为HKU1的病毒作为模板)，并发现他可以成功地将SARS和MERS冠状病毒刺突“钉”成它们的预融合形式。

Wrapp说:“新冠病毒的序列于1月14日公布后，我就开始将这些稳定突变(称为S2P)转化为新的spike序列。”“因为我们过去研究过类似的刺突蛋白，所以我们能够在一天内从蛋白质纯化到冷冻电镜结构。”

研究结果发表在科学, ^3.稳定的抗原现在正在各种疫苗传递结构中进行试验:从信使rna和DNA疫苗，使身体自身制造稳定的刺突蛋白，到其他交付合成的现成抗原。现在，该团队已经开发出一种更有效的抗原。⁴Wrapp说:“我们很早就注意到的一件事是，尽管这两个关键突变能够稳定SARS-CoV-2的峰值，但我们并没有看到我们在SARS-CoV-1和MERS-CoV中看到的蛋白质表达大幅增加。”“因此，我们设计了一些额外的稳定突变，更特定于SARS-CoV-2刺突蛋白，以产生一种名为HexaPro的抗原。与S2P抗原相比，它的表达量提高了10倍，稳定性也增强了。”人们已经对使用这种新抗原作为候选疫苗产生了兴趣，该团队还在用它开发中和抗体，作为感染SARS-CoV-2的人的潜在疗法。“多年来，我们每天都在研究这些蛋白质，”Wrapp说，“但现在有一种真正高度的紧迫感。我们都认为，如果我们能够为疫苗或治疗做出贡献，那么现在就是采取行动并以任何方式提供帮助的时候了。”

推进冠状病毒疫苗和治疗方法的开发

Octet系统的利用使实时，无标签分析的亲和力，动力学和蛋白质浓度的测定。使用带有96孔或384孔微板的无微流体系统用于纯化或粗样品，使其比其他比较技术更简单和更快地设置。这使得数据易于获取，具有高特异性，并减少了研究人员的工作量。下载此应用说明可了解用于帮助开发SARS-CoV-2疫苗和治疗方法的分析技术，以及如何使用这些方法分析病毒生物学以观察不同毒株。

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猎人的目标

随着COVID-19病例开始螺旋式上升，世界各地的实验室不得不关闭。但许多研究小组看到了将研究重点转向击败病毒的机会。Mark Yarmarkovich博士就是其中之一。他的团队在费城儿童医院(CHOP)的研究重点是使用计算工具来发现癌细胞中的肿瘤特异性分子，这些分子通常是免疫系统看不见的。⁵

Yarmarkovich说:“我们已经建立了一套工具，在识别肿瘤特异性靶点方面非常有用，我们看到了重新部署这些工具来识别冠状病毒靶点的机会。”“目前大多数病毒都以刺突蛋白为目标，但我们想更广泛地研究病毒复制生命周期中高度保守的区域。这些基因真的不能容忍冠状病毒之间的任何突变，所以我们预计未来的冠状病毒爆发也会有这些基因完好无损。”

该团队还开发了具有其他两个关键参数的识别目标的工具:一个将刺激免疫系统的两个分支(激活抗体)而且t细胞反应)以及与人类健康组织交叉反应有限的细胞。

Yarmarkovich解释说:“每个人都有不同的六组人类白细胞抗原(HLA)基因，这些基因决定了免疫系统可以看到病毒(或肿瘤)的哪些部分，这使得制造一种疫苗的能力变得复杂，这种疫苗可以在广泛的人群中诱导t细胞反应。”我们的一种算法基本上包含了覆盖大多数人群的所有最常见的HLA等位基因，并询问病毒基因组的不同区域，以确定哪些对尽可能多的人的免疫系统最明显。”

最后一个计算工具评估了病毒基因与可能由HLA呈现的人类基因的相似性:“我们采用了我们为癌症研究开发的工具来识别病毒中与人类基因高度不同的区域，我们发现COVID-19基因组的某些区域与HLA呈现的人类基因高度相似。”Yarmarkovich说，这很重要，有两个原因。“首先，危险在于，如果你对这些区域诱导免疫反应，它可能会导致其他组织的自身免疫反应。其次，T细胞在胸腺中被“教育”为对自身无反应，因此更有可能诱导对与自身高度不同的病毒区域产生免疫反应。”

这些工具已被用于识别病毒的部分，以包括在疫苗结构中，这些结构优化为在整个人群中最大限度地免疫呈现并驱动记忆免疫反应。⁶Yarmarkowitz说:“使用由这33个氨基酸区域中的12-16个组成的疫苗，我们能够覆盖预计超过99%的人群，提供杀手T细胞，以及大约90%的人群提供辅助性T细胞。”“我们最近从小鼠免疫中获得了第一组数据，显示出T细胞和中和抗体的强烈诱导。现在我们计划将其扩展到具有其他HLA基因的菌株。最终，我们正在建立一个数据集，希望能够为人类临床试验开发一种研究性新药。”

第二代创新者

当其他人都在竞相开发第一种COVID-19疫苗的时候，杰伊·埃文斯博士和他的团队已经在研究下一代疫苗了。埃文斯的团队在疫苗开发方面有20多年的经验，2016年从葛兰素史克(GlaxoSmithKline)跳槽到美国，成立了中国疫苗研发中心转化医学中心蒙大拿大学。他们专注于改进现有的疫苗——专门研究佐剂和输送系统，从而导致更持久的反应和更好的人群覆盖率。

Evans解释说:“我们的假设是，像大多数病毒一样，可能是因为免疫力下降，或者需要佐剂提供的更广泛的保护。”“所以，我们正在使用SARS-CoV-2抗原——包括刺突和受体结合域——我们正在用不同的佐剂和疫苗输送系统对它们进行测试。”

该团队使用的是自20世纪80年代以来一直在使用的经过试验和测试的系统。埃文斯说:“我们有佐剂库和独特的传递系统，可以驱动预先设定的不同免疫反应，因此我们立即进入接种疫苗的小鼠模型，测量抗体和t细胞反应，以找到最佳组合。”

目前，纽约西奈山伊坎医学院Florian Kramer博士的实验室正在挑战模型中进一步评估这些主要组合，该实验室还提供了正在测试的SARS-CoV-2抗原。埃文斯解释说:“挑战模型将评估暴露于SARS-CoV-2后的动物模型的疫苗有效性和安全性。”

一旦挑战模型的数据到手，该团队将与资助他们研究的美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)分享这些数据，以决定将哪种疫苗进一步进行临床试验。埃文斯说:“到明年年初，我们将初步了解目前在第三阶段试验中的疫苗的有效性，我们将知道需要改进的地方。”“我们的一些佐剂正在与波士顿儿童医院的奥弗·列维博士合作进行测试，他主要研究针对‘生命边缘’的疫苗——非常年幼或非常年老的免疫功能低下的人。”埃文斯计划将他们的辅助方法调整到有需要的地方(非常年轻和老年人)。他说:“希望第一代疫苗效果非常好，能提供持久的终身免疫，但万一这种情况没有发生，我们也会做好准备。”

参考文献

1.COVID-19候选疫苗概况草案。世界卫生组织。https://www.who.int/publications/m/item/draft-landscape-of-covid-19-candidate-vaccines 2020年发布 ．2020年10月14日访问。

2. 李志强，李志强，李志强，等。COVID-19疫苗策略的免疫学考虑因素。Nat Rev Immunol。2020; 20:615 - 632。doi: 10.1038 / s41577 - 020 - 00434 - 6

3. 王永强，王永强，等。预融合构象中2019-nCoV峰值的冷冻电镜结构。科学2020; 367:1260 - 1263。doi: 10.1126 / science.abb2507pmid: 32075877

4. 谢晓玲，王志强，王志强，等。基于结构的SARS-CoV-2扩散稳定峰值设计。科学2020; 369:1501 - 1505。doi: 10.1126 / science.abd0826

5. 杨晓明，王晓明，王晓明，等。人类癌症的免疫原性和免疫沉默。Immunol前面。11:69 2020;doi: 10.3389 / fimmu.2020.00069

6. 杨晓东，王晓明，王晓明，等。SARS-CoV-2疫苗表位的鉴定预测可诱导长期人群规模免疫细胞报告医学2020; 1(3): 100036。doi: 10.1016 / j.xcrm.2020.100036