截至2022年12月，新冠病毒突變株出現(xiàn)的頻率。受訪者供圖

通過追蹤新冠病毒的進化軌跡，武漢大學病毒學國家重點實驗室藍柯教授和徐可教授團隊設(shè)計出一種新型新冠廣譜疫苗，或可抵御未來新冠變異株對人群的侵害。1月4日，該研究論文在知名學術(shù)期刊《科學-轉(zhuǎn)化醫(yī)學》（Science Translational Medicine）上發(fā)表。

“新冠病毒和流感病毒有類似的流行規(guī)律，一旦人傳人后在全球范圍內(nèi)傳開，一定會發(fā)生抗原漂移，也就是不斷累積突變。我們當初就認定，一定需要一款廣譜新冠疫苗來對抗持續(xù)的疫情?！毙炜蓪ε炫瓤萍加浾呓榻B，團隊從2020年4月開始這項課題攻關(guān)，提出了“基于病毒進化共識序列，優(yōu)化設(shè)計疫苗免疫原”的新策略，花了十個月左右時間就完成了廣譜疫苗免疫原Span的序列設(shè)計。

后續(xù)的小鼠實驗證明，它對其后出現(xiàn)的德爾塔（Delta）、奧密克戎（Omicron）及其亞系等毒株都能誘導產(chǎn)生廣譜中和抗體，與原型株抗原疫苗相比更為高效，并且能保護實驗小鼠抵抗包括奧密克戎在內(nèi)多種新冠病毒變異株的致死性攻擊。相關(guān)成果于2021年12月發(fā)表于預印本平臺bioRxiv，并于2022年8月5日獲中國發(fā)明專利授權(quán)。

近期，國外流行的優(yōu)勢株XBB.1.5和BQ.1.1在國內(nèi)引發(fā)廣泛關(guān)注。研究團隊分析發(fā)現(xiàn)，Span抗原所包含的6個共性突變位點，在這些最新的奧密克戎變異株中仍有很大程度保留。針對最新變異株的疫苗中和抗體試驗正在進行中。

“這款疫苗有別于傳統(tǒng)的單序列疫苗，有著較大的概念性創(chuàng)新，從本質(zhì)上提升了抗原的廣譜性。我們還會持續(xù)追蹤病毒在真實世界的變異，但采用這種方式做出的廣譜疫苗，比過去我們追著病毒跑已經(jīng)好了很多，走到了病毒的前面。未來或許五年或十年打一針廣譜疫苗就夠了?！毙炜烧f，經(jīng)過團隊兩年的努力，這款原型疫苗產(chǎn)品的小試工藝已較為成熟，期待能夠順利與企業(yè)對接，盡快進入產(chǎn)業(yè)化軌道。

Span疫苗免疫在小鼠體內(nèi)提供了廣譜性免疫保護作用。受訪者供圖

首次報道新冠病毒進化路徑

截至2022年7月，武大研究團隊全面分析了超過1100萬條新冠病毒序列，以及54個新冠變異株假病毒的傳染性和免疫逃逸能力，首次報道了三種新冠病毒刺突蛋白（S蛋白）的定向進化路徑：強細胞感染性與弱免疫逃逸能力，如德爾塔（Delta）株和拉姆達（Lambda）株；弱細胞感染性與強免疫逃逸能力，如伽馬（Gamma）株；還有細胞感染性和免疫逃逸能力同時增強的毒株，如貝塔（Beta）株，但這類變異株數(shù)量相對較少。

 新冠病毒S蛋白的進化規(guī)律（包含11,650,487條序列）。受訪者供圖

“根據(jù)現(xiàn)有序列數(shù)據(jù)的分析，新冠病毒更傾向于向某一個方向進化，感染性更強，或是免疫逃逸能力更強。S蛋白突變位點的功能需要協(xié)調(diào)，單個位點只能實現(xiàn)單功能，很難兩者兼?zhèn)??！毙炜烧J為，未來新冠病毒仍然更有可能朝特定方向進化。

而以上突變路徑的不同導致了抗原性的改變，意味著單一毒株的疫苗無法有效保護人群對抗不同進化路徑上的其他變異株?，F(xiàn)有研究也不斷指出，隨著奧密克戎毒株加速變異，目前市面上大部分以新冠病毒原型株為抗原的疫苗，對于奧密克戎及其亞系毒株的中和能力有不同程度下降，難以起到較好的預防感染效果。

武大團隊研發(fā)的這款廣譜疫苗免疫原Span采取了全新的設(shè)計策略，基于新冠病毒的進化史計算共識序列來優(yōu)化設(shè)計。團隊研究人員下載了截至2021年2月之前NCBI數(shù)據(jù)庫中所有新冠病毒序列，去重后獲得2675條序列，通過進化聚類算法，計算分析得出共性突變位點和進化規(guī)律。

最終設(shè)計出的Span抗原覆蓋了5個發(fā)生頻率最高的突變點位，分別是：D614G、del69-70、del144、N501Y和P681H。研究顯示，D614G是新冠病毒B.1譜系的共性突變，也是第一個流行的優(yōu)勢株所獲得的突變，它增強了S蛋白與受體ACE2的結(jié)合能力，使得病毒傳染性大增；N501Y對于Beta株和Gamma株所具備的更強的免疫逃逸能力做出貢獻；del69-70降低了病毒感染性，但顯示出中度免疫逃逸能力，P681H也顯示出中度免疫逃逸能力。研究人員還篩選出所有突變位點中免疫逃逸能力最強的E484K，加入到Span的序列設(shè)計中。

武大團隊發(fā)現(xiàn)的6個共性突變位點（橫向標記）在后來爆發(fā)的Omicron流行株（縱向標記）中均有很大程度的保留（紅色表示該位點保留）。受訪者供圖

“有些突變位點之間的作用是相互抵消的，功能不同的位點放在一起，可能效果就沒有了。我們分析篩選的幾個位點的組合，它們出現(xiàn)的頻率最高，也說明它們之間協(xié)同性比較好，在功能上互相不沖突，是最能代表多種變異株的位點組合?！毙炜山榻B。

廣譜疫苗仍可覆蓋XBB變異株

2022年8月30日，上海澤潤生物科技有限公司（云南沃森生物技術(shù)股份有限公司子公司）宣布，其自主研發(fā)的重組新冠變異株疫苗獲得國家藥品監(jiān)督管理局簽發(fā)的臨床試驗批件。這是一款以S蛋白三聚體作為抗原，采用CpG+氫氧化鋁雙佐劑設(shè)計開發(fā)的廣譜新冠疫苗。

根據(jù)研究者2022年11月12日發(fā)表在《Npj Vaccines》上的論文，這款疫苗的抗原設(shè)計是從阿爾法（Alpha）、貝塔（Beta）、伽馬（Gamma）株中選擇了四個共有突變位點：K417N、E484K、N501Y和D614G。后三個突變位點與武大團隊的Span抗原相同。文章稱，該變異株疫苗對包括奧密克戎在內(nèi)的主要重點關(guān)注變異株（VOCs）都能產(chǎn)生良好的交叉中和作用。

“在我們的預印本論文發(fā)表后，有很多團隊模仿?？乖O(shè)計是一門科學，哪些位點是高頻共性突變，是由進化計算的真實數(shù)據(jù)決定的。K417N突變頻率相對較低，對免疫逃逸沒有多少作用?！毙炜山榻B，其團隊曾嘗試構(gòu)建過有9個共性突變的抗原序列，但它在小鼠實驗中并沒有顯示出針對不同變異株更好的中和活性，“這也說明，疫苗抗原設(shè)計不是突變位點的簡單加和，而是需要嚴格的生物信息學計算和實驗證據(jù)的聯(lián)合分析。突變位點不是越多越好，重點還是科學數(shù)據(jù)指引，共性越凸顯，貫序免疫效果就越顯著?！?/p>

徐可告訴澎湃科技記者，Span抗原的研究設(shè)計早于德爾塔（Delta）毒株流行，“當時E484K的出現(xiàn)頻率還沒有那么高，奧密克戎毒株出現(xiàn)后，它的頻率越來越高，說明病毒在向加強免疫逃逸的方向進化。這也證明我們把它加進來是一個完全正確的選擇?！?/p>

值得一提的是，Span抗原的6個共性突變位點在奧密克戎流行株中均有很大程度的保留，最近備受關(guān)注的新毒株BQ.1、BQ.1.1和XBB、XBB.1，包括在美國強勢崛起的XBB.1.5，也都和Span抗原共享5個共性突變位點。

研究顯示，Span抗原序列恰好位于新冠病毒S蛋白系統(tǒng)發(fā)育樹的中心位置，而且和奧密克戎聚類到一起。“可以說，它是新冠病毒毒株中最有代表性、最普適的一條序列。就像一個家庭里有數(shù)個兄弟姐妹，我們找出他們的共同特征并集中到了一起。”徐可說。

Span位于系統(tǒng)發(fā)育樹中心位置。受訪者供圖。

研究人員還關(guān)注到一個增加病毒感染性的突變位點S982A，“在我們后期對奧密克戎毒株的觀察中，這個位點的出現(xiàn)頻率沒那么高，分離株也比較少，但這個位點位于S蛋白莖部（HR1結(jié)構(gòu)域，在病毒膜融合過程中發(fā)揮重要作用），在它附近出現(xiàn)的一些變異，我們還會繼續(xù)關(guān)注?！毙炜烧f，從目前研究看來，較為明確的是S蛋白頭部的RBD結(jié)構(gòu)域上的突變，會影響中和抗體的免疫逃逸，其他區(qū)域以影響感染性居多，這些突變位點的功能仍需逐個研究才能深入理解。

近年來，許多科學家也在研發(fā)流感廣譜疫苗，徐可團隊也是其中之一?！癢HO有一套專門收集和預測流感病毒流行信息的系統(tǒng)，篩選判斷出今年會流行的毒株，疫苗企業(yè)則可以根據(jù)這套流程針對當季流行株開發(fā)滅活疫苗，這套模式總體上比較有效，問題是每年都要重新接種。”在徐可看來，要將傳統(tǒng)滅活疫苗生產(chǎn)工藝更換為廣譜疫苗，流感疫苗廠商積極性可能不足，但新冠疫苗是全新的產(chǎn)品，加上新冠疫情的大爆發(fā)以及新冠病毒迅速突變，使得市場對于新冠廣譜疫苗的需求十分迫切，理應快速推動廣譜疫苗的普及。