新冠病毒疫苗：接种途径很重要

为扼制SARS-CoV-2（新冠病毒）的大流行，目前有315种治疗药物和210种候选疫苗正在开发中。这些开发中的疫苗大都是设计用来注射到肌肉内的。

 通过肌肉注射疫苗抗原通常会引起系统性(血清)免疫反应，其中包括IgM和IgG抗体（免疫球蛋白）的作用。首先出现的是IgM抗体，通常与抗原的结合力非常强，以至于它们经常与其他非特异性抗原发生交叉反应。IgG抗体出现较晚，比IgM特异性更强。对入侵的病原体基于抗体的免疫的大部分都是IgG提供的。肌肉内途径的免疫通常不会诱导起很高的血清IgA水平，IgA是一种更普遍存在于粘膜表面的抗体，是抵御吸入和摄入的病原体入侵的第一道防线。IgA在血清中的作用主要是协助IgG，IgA负责清除可能经粘膜表面入侵的病原体。

目前正在进行临床试验的候选新冠病毒疫苗包括几种复制缺陷型腺病毒，其中插入了编码新冠病毒抗原的基因。先前的一篇文章（参考文献１）讨论了腺病毒作为将外源基因导入细胞的载体的优势，该文章总结了初步的I/II期临床试验，评估编码全长新冠病毒刺突（spike）蛋白的黑猩猩腺病毒载体复制缺陷型新冠病毒候选疫苗(AZD1222)的安全性和有效性。

刺突蛋白是很多新冠病毒候选疫苗选择的主要抗原,因为它介导该病毒与宿主细胞受体ACE2通过其受体结合区段(receptor-binding domain ，RBD)的结合,并且还介导病毒粒子通过其融合区段（fusion domain）与宿主细胞膜的融合。

这两个刺突结构区段具有高度的免疫原性，并是中和抗体的靶点，中和抗体结合病毒抗原，灭活病毒，防止新细胞感染。然而，初步结果表明，AZD1222只能预防新冠病毒肺部感染和肺炎，但似乎不能预防上呼吸道感染和阻止病毒排出。

为了介导病毒粒子与宿主细胞膜的融合，新冠病毒刺突蛋白经历了融合前构象的结构重排。因为融合前的形式更具有免疫原性，编码刺突蛋白的疫苗通常包含一个突变，能确保翻译的刺突蛋白呈现融合前的结构。在最近发表的一篇文章（参考文献２）中，病毒学家Michael Diamond和他的同事分析了一种腺病毒载体的候选新冠病毒疫苗的疗效，并比较了肌肉注射和鼻内接种后的保护效果。该疫苗名为ChAd-SARS-CoV-2-S，与AZD1222相似，只是其刺突基因编码融合前稳定的刺突蛋白。为了评估肌肉注射ChAd-SARS-CoV-2-S引起的抗体反应，该文作者向小鼠注射了100亿个病毒颗粒，病毒或者是ChAd-SARS-CoV-2-S，或者是对照疫苗：含有相同腺病毒外壳但未插入刺突蛋白基因。他们发现，一剂量的ChAd-SARS-CoV-2-S可以诱导血清产生对整个刺突蛋白和RBD蛋白强烈的IgG反应，但血清或肺粘膜细胞中没有IgA反应。

虽然抗体是适应性免疫反应的重要组成部分，但细胞介导的免疫也同样重要，至少会激活白细胞，破坏摄入的微生物，并产生细胞毒性T细胞，直接杀死被感染的靶细胞。在第一次接触病原体时,T辅助细胞通常能感受到入侵病原体表面上的抗原的存在，释放出各种各样的信号,最终刺激B细胞分泌针对这些抗原的抗体，同时刺激细胞毒性T细胞去杀死被感染的靶细胞。在经肌肉接种过一或两剂ChAd-SARS-CoV-2-S的小鼠中这些T细胞的分析显示，接种两剂疫苗均能诱导针对整个刺突蛋白的T辅助和细胞毒性T细胞反应。总的来说，这些结果表明，尽管肌肉注射疫苗产生强烈的针对新冠病毒的系统适应性免疫反应，它只诱导很少（如果有的话）的粘膜免疫。

为了确定肌内注射ChAd-SARS-CoV-2-S是否能保护小鼠免受感染，作者故意用新冠病毒感染已免疫的小鼠。尽管单剂疫苗可以保护小鼠免受新冠病毒感染和肺部炎症，但感染后小鼠肺内仍有高水平的病毒RNA，这表明肌肉注射疫苗不能完全保护小鼠免受感染。

为了研究通过鼻内途径接种疫苗是否能提供更全面的保护，作者们通过鼻内途径给小鼠接种了单剂量的ChAd-SARS-CoV-2-S或对照疫苗。对血清样本和肺粘膜细胞在接种后4周后的分析显示，ChAd-SARS-CoV-2-S接种者的血清和肺粘膜细胞中针对刺突蛋白和RBD的特异中和性 IgG和IgA的水平都很高,生产IgA的B细胞数量是生产 IgG的B细胞数量的５倍。有趣的是，中和抗体也能够灭活在刺突蛋白中含有D614G突变的新冠病毒，这表明，ChAd-SARS-CoV-2-S可以有效地抵御正在流行的其他新冠病毒。鼻内接种还可诱导肺粘膜中新冠病毒特异性细胞毒性T细胞，特别是产生 γ干扰素的T细胞，干扰素是巨噬细胞的重要激活剂和病毒复制的抑制剂。

理想的免疫反应是消毒（sterilizing），意味着它能完全防止新的感染，完全制止病毒复制。为了评估单次鼻内剂量的ChAd-SARS-CoV-2-S诱导消毒性免疫的能力，作者分析了免疫和感染的小鼠血清中产生的针对病毒NP蛋白的抗体。由于疫苗不编码NP蛋白，所产生的任何针对NP蛋白的抗体都必然是来源于攻击病毒的NP基因的翻译产物的诱导和该病毒主动复制产物的诱导。与接种对照疫苗的小鼠相比，所有用单剂量ChAd-SARS-CoV-2-S 经鼻内免疫的小鼠的抗NP抗体水平非常低，表明ChAd-SARS-CoV-2-S能诱导强烈的粘膜免疫,能同时预防新冠病毒对上和下呼吸道的感染。这意味着，如果经鼻内免疫的小鼠暴露在新冠病毒病毒下，它们将无法复制病毒或将病毒传播给他人。

此项研究有一些明显的局限性。首先，众所周知，老鼠并不能很好地预测人类疾病的结果。其次，由于小鼠的ACE2受体不易与新冠病毒结合，小鼠被遗传学改造成能表达人类的ACE2受体，这在已经不完善的模型系统中又增加了一个人为变量。第三，目前尚不清楚观察到的免疫反应会持续多久。尽管如此，对流感病毒的研究已经表明，通过鼻内的粘膜免疫可以引起强烈的 IgA介导的具有局部保护作用的免疫反应。此外，经鼻内接种疫苗还有明显的优势:接种简单、无痛，不需要训练有素的专业人员。只需单剂量接种也会导致更广泛的依从性。最后，一种能防止病毒传播的疫苗将是理想的，因为它除了在暴露个体中预防疾病外，还可以防止传染给他人。

目前正在进行临床试验的新冠病毒候选疫苗没有一种是经鼻内途径接种的。如果在这些小鼠实验中观察到的结果可以在人类身上复制，那么ChAd-SARS-CoV-2-S显然将优于其他新冠病毒候选疫苗。

参考文献：

1.　Safety and immunogenicity of the ChAdOx1 nCoV-19 vaccine against SARS-CoV-2: a preliminary report of a phase 1/2, single-blind, randomised controlled trial，THE LANCET  396（10249）：467-478, Published:July 20, 2020. DOI:https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)31604-4

２.　A single-dose intranasal ChAd vaccine protects upper and lower respiratory tracts against SARS-CoV-2，Cell，Available online 19 August 2020，https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.08.026

3.　https://www.virology.ws/2020/09/03/the-route-matters/