RNA疫苗的實際產能與預期可能會有偏差。
撰文 | 汪汪
11月9日，美國輝瑞（Pfizer）公司發布消息，稱其與德國BioNTech公司合作研發的mRNA新冠疫苗BNT162b2對沒有感染新冠病毒的健康受試者有效，且有效性超過90%。緊隨其後，11月16日，Moderna公布了該公司研發的新冠疫苗mRNA-1273 的三期臨床試驗結果，表明該疫苗具有94.5%的保護效力。這兩則新聞都引起了巨大的轟動。目前全世界有超過200種COVID-19疫苗正處於研發中，其中48種已經進入臨床研究階段[1]。全球新冠感染人數還在不斷增加，所有人都將期盼的目光轉向疫苗，它或許是破局的唯一途徑。各大公司和科研機構都在快馬加鞭， RNA疫苗為何能夠拔得頭籌？
五類疫苗，各有優勢
早在1980年以前，人類就已經開發出疫苗，用於預防致病微生物，英語中疫苗一詞「vaccine」源自於愛德華·金納（Edward Jenner）所使用的牛痘，「vacca」即是拉丁文中的「牛」。牛痘疫苗成功消除了當時肆虐人間的天花，愛德華也因此被稱為疫苗之父。在此之後，人類繼續成功地用疫苗控制和根除了許多嚴重的動物傳染病（例如經典的豬瘟、牛瘟）和人類傳染病，如小兒麻痺症、麻疹、腮腺炎、流感等[2]。
疫苗的種類不同，但發揮作用的機制是相似的。它們通常採用注射形式，將低劑量的病原體注入人體——這些病原體可能是部分也可能是全部形態——以促使人體產生針對這種病原體的抗體。抗體具有免疫記憶特性，當再次出現相同的病原時，機體會迅速產生免疫響應，進而預防感染。
根據引發免疫應答的方式不同，我們可以將製備疫苗的技術分為五種（圖1）。一些技術比如說減毒活疫苗、滅活疫苗等已經投入大規模應用，而一些新技術比如RNA/DNA疫苗還從未出現於人用商業疫苗中。
圖1. 五種類型疫苗通過引發免疫應答的方式不同而有所區別[3]
1. 減毒活疫苗（Live attenuated vaccines）
減毒活疫苗是現有的最為成功的疫苗，在抗傳染病戰場上曾立下戰功無數，例如預防麻疹、脊髓灰質炎。減毒活疫苗是從自然界篩選或者由實驗室培育出的毒力降低或者無毒的病原體，這些病原體可以存活但不會引起疾病，接種後，疫苗中的病毒可以生長、複製，從而引起接種者的免疫反應。
優點：
模仿自然感染過程，因此具有強大的保護作用
具有成熟的監管批准體系，以及大規模製造的經驗
單次注射即可發揮免疫效應，無需其他佐劑
缺點：
活病毒仍然有微小的可能會在人體內恢復毒力
由於潛在的安全隱患，免疫系統較弱的人被限制使用
需冷藏儲存，給運輸帶來潛在壓力
2. 滅活疫苗( Inactivated vaccines)
滅活疫苗是通過加熱、化學手段或者輻射等方式使病毒失去活性，這些滅活後的病毒無法在體內複製，但仍可觸發免疫效應。滅活疫苗也被廣泛使用，早前在針對脊髓灰質炎病毒的疫苗和某些類型的流感疫苗中曾應用過這一技術。九月初，中國政府已經緊急批准了由Sinovac Biotech公司開發的滅活COVID-19疫苗，限量使用於高危人群[4]。
優點：
技術完備，安全性高
病毒經過滅活，可用於免疫力低下的人群
缺點:
免疫性低，需要多次接種加強免疫。
3. 蛋白亞單位疫苗（Protein subunit）
亞單位疫苗不包含病毒的活成分，而是由可觸發免疫反應的病毒純化片段（如蛋白質抗原）製成。這也是一種此前使用過的技術，如B型肝炎疫苗就是以B型肝炎病毒表面抗原為基礎製成的。
優點：
沒有病毒活成分，安全性較高
可用於免疫力低下的人群和其他弱勢人群
缺點:
需要對能引起免疫反應的蛋白質抗原進行研究，因此研發時間較長
免疫性低，需要多次接種加強免疫，或與免疫系統刺激劑同時使用
4. 載體病毒疫苗（Virus vectors）
此類疫苗通常採用被削弱且本身無法引起疾病的病毒作為載體，將真正的致病抗原傳遞到體內，在感染體內細胞後，載體病毒攜帶的大量抗原可以引發免疫反應，繼而產生免疫效果。本次疫情中一個引人注目的例子是澳大利亞政府寄予厚望的一顆疫苗：由牛津大學與阿斯利康聯合研發的疫苗AZD1222（以前稱為ChAdOx1），它就是基於改良的黑猩猩腺病毒作為載體的疫苗。
國際上目前已批准為兩種基於腺病毒載體的COVID-19疫苗開啟緊急使用，在醫務人員、防疫人員、邊檢人員以及保障城市基本運行人員等特殊人群中，先建立起免疫屏障，保障整個城市的運行。一個是由中國軍事醫學科學院與CanSino Biologics公司聯合研發的疫苗[5]，另一個是由隸屬俄羅斯衛生部的加馬列亞研究中心（Gamaleya Research Institute）研發的疫苗[6]。
優點：
免疫效果好，疫苗接種後可以實現抗體的高濃度表達
單劑量足以刺激長期保護
缺點:
載體病毒也可能激發免疫應答，從而降低疫苗的有效性
生產效率較低，成本較高
5. DNA/RNA 疫苗 （DNA/RNA-based）
DNA和RNA疫苗是在對病毒進行基因測序後，找到編碼一部分病毒遺傳物質的片段（例如刺突蛋白），通過在實驗室製造這些片段來生產疫苗。在注射疫苗後，人類的細胞會通過這些片段來產生該病毒的對應部分蛋白（或抗原），進而激發免疫反應。此類疫苗僅需要病毒的基因序列即可快速進行研發，所以它們能率先進入臨床試驗。例如Moderna公司和美國國家過敏和傳染病研究所（US National Institute of Allergy and Infectious Diseases）共同開發的RNA疫苗mRNA-1273，在新冠病毒測序後僅兩個月就進入了臨床試驗階段。
優點：
僅根據基因測序即可快速開展疫苗研發
製造技術簡單，可以大規模生產，成本相對低廉
僅含病毒的遺傳物質片段，不會使人感染病毒
缺點:
目前尚無批准用於人類的DNA / RNA疫苗，因此在批准使用之前，它們可能會面臨難度更大的法規審查
病毒片段帶來的免疫效果低，因此可能需要多次接種加強免疫
理論上仍存在這樣一種可能性：疫苗中所含的DNA/RNA片段可能被整合進入接種者基因組中
圖2. 各種疫苗及其潛在優點和缺點的總結
（原圖來源：https://www.nature.com/articles/s41392-020-00352-y）
RNA疫苗：美景尚未成真
11月9日，輝瑞（Pfizer）公司和BioNTech公司聯合宣布，雙方聯合開發的基於mRNA技術的候選新冠疫苗BNT162b2在三期臨床試驗的中期有效性分析中，顯示出高達90%的保護效力。據《金融時報》（Financial Times）報導，如一切順利，輝瑞計劃在11月的第三周申請緊急批准上市[7]。緊隨其後，11月16日，Moderna公布了該公司COVID-19疫苗mRNA-1273 的三期臨床試驗結果，數據表明該疫苗具有94.5%的保護效力，根據這一結果，Moderna將在未來幾周向FDA申請緊急授權（EUA）[8]。
RNA疫苗為何能在此次全球新冠疫苗研發競賽中遙遙領先？
mRNA（信使核糖核酸）是一種儲存著遺傳信息的RNA分子，在人體內，它由DNA轉錄而來，可以為細胞提供指令，指導細胞合成對應蛋白。一言以蔽之，mRNA疫苗的作用機制就是讓人體細胞表達病毒蛋白片段，從而激發免疫反應（圖3）。
製備mRNA疫苗，首先要在對病毒進行遺傳物質分析後，找到病毒編碼特異性抗原的mRNA序列。例如面對新冠病毒，我們需要找到編碼表面刺突蛋白的對應序列——因為這是病毒結構中最可能引起人類免疫反應的病毒部分。然後構建疫苗。
目前有兩種mRNA疫苗形式：非複製mRNA（NRM）疫苗和自擴增mRNA（SAM）疫苗。構建好的mRNA被配製進載體中——通常是脂質納米顆粒——以保護它們免受降解，並促進細胞攝取。載體顆粒被攝取進入細胞後，釋放出mRNA，被核糖體翻譯後產生目標蛋白質（可被識別的抗原）。目標蛋白被細胞分泌後，被免疫系統識別並激發免疫反應[9]。
在上文中我們提到，典型的疫苗是用滅活、減毒或者是微生物片段來生產的，是由外界遞入的蛋白片段或者由外界遞入的病毒產生的蛋白片段，來直接激發人體的免疫應答。而mRNA疫苗從第一步開始就截然不同，它必須被人體細胞吸收，然後誘導人體細胞產生部分病毒蛋白，這些病毒蛋白根據mRNA的序列而表達。傳統疫苗就像是給人體輸送了一臺可以表達病毒蛋白的計算機，而mRNA疫苗更像是賦予人體一套作業系統，由人體自行表達蛋白，這些蛋白分子是獨立的，並不會組裝成病毒，但是可以引發免疫應答[10]。
圖3. mRNA疫苗的作用機制
（圖片來源：https://www.nature.com/articles/s41541-020-0159-8#Fig1）
根據上述不同疫苗製備技術可以看出，傳統疫苗的研發周期長，生產相對費時費力。而mRNA疫苗的優勢正在於對病毒基因組進行測序之後，就可快速進入研發流程。理論上來說，在研發成功之後，它的生產流程所需要的就是組成RNA的鹼基（即A、U、C和G）和酶，因此可以快速線性放大生產。輝瑞與Moderna公司對疫苗的產量預期都十分高：輝瑞表示2021年能夠生產多達13億劑疫苗，而Moderna公司則表示2021年將能在全球生產5億至10億劑疫苗。
但是這一切僅僅是預期。由於之前沒有mRNA疫苗的上市案例，因此相關的法規、質控標準、以及運輸注意事項等方面都是在摸索中前行，還存在許多未知的問題，這些無法排除的意外情況可能會造成疫苗產能與預期值存在偏差。
除了預估產量有一定差別，這兩種跑在最前面的mRNA疫苗還存在如下差別：
使用劑量有差異。在官方報導的臨床實驗數據中，輝瑞公司的BNT162b2疫苗單次注射的劑量為30μg，而Moderna公司的mRNA-1273疫苗單次注射劑量為100μg，是前者的3倍[11]；
在儲存和運輸方面，Moderna公司稱mRNA-1273疫苗穩定性優於輝瑞的BNT162b2。後者必須在-80℃下存儲和運輸，而前者可在2℃-8℃的標準冷藏溫度下保持穩定一個月，並在-20℃的冷藏條件下保持六個月的穩定；這意味著Moderna的疫苗在儲存、運輸和使用方面更為便利；
在安全性方面，根據雙方披露的數據來看：輝瑞公司的BNT162b2無明顯的安全隱患，常見的不良反應只有易感疲勞(3.8%)和頭痛(2.0%)[12]；而Moderna公司也同樣表示臨床實驗結果表明無重大安全隱患，大多數不良反應為輕度或中度，第一次給藥後會出現注射部位疼痛(2.7％)，第二次給藥後會出現易感疲勞(9.7％)，肌肉疼痛(8.9％)，關節痛(5.2％) ，頭痛(4.5％)和注射部位的紅斑/發紅(2.0％)等[8]。
在保護效力方面，輝瑞與BioNTech公司11月18日公布的三期臨床數據表明，BNT162b2疫苗的有效率達到95%；Moderna公司的三期臨床試驗數據則表明RNA-1273 疫苗具有94.5%的保護效力。從數字上看，二者相差無幾，現在還無法選出優勝者，因為二者臨床試驗的構建方式存在一定差異，並且目前披露出的有限的臨床試驗和安全性數據無法為我們提供更多的信息。
我們需要不止一個冠軍
這場始於2020年初的疫情，沒人能想到它的影響力會如此之大。大家都在焦急等待著有效疫苗的上市，期待著它能將我們混亂的2020拉回正軌，最近的一些關於疫苗的新聞和數據也給了我們這樣的希望，各大公司和科研機構都在快馬加鞭加快研發進度，所有人都將期待的眼神聚焦在終點線上，期待著領先者大步邁過終點，為我們帶來好消息。但用「競賽」來形容可能並不合適，傳統疫苗和新技術到底哪種效果更好尚未可知，對疫苗安全性的考察我們仍需慎之又慎。更重要的是，我們希望不止一個勝利者衝過終點——希望有更多的疫苗可供選擇，成為人類健康堅強可靠的守護者。
參考文獻
[1]https://www.who.int/publications/m/item/draft-landscape-of-covid-19-candidate-vaccines
[2] Advances in mRNA Vaccines for Infectious Diseases，Front. Immunol., 27 March 2019， https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.00594
[3] https://theconversation.com/from-adenoviruses-to-rna-the-pros-and-cons-of-different-covid-vaccine-technologies-145454
[4] https://www.pharmaceutical-technology.com/news/sinovac-vaccine-emergency-use/
[5] https://www.nature.com/articles/d41586-020-02523-x
[6] https://sputnikvaccine.com
[7] https://www.ft.com/content/96614ecd-c854-4582-a1a6-76c050c5c847
[8] https://investors.modernatx.com/news-releases/news-release-details/modernas-covid-19-vaccine-candidate-meets-its-primary-efficacy
[9] Jackson, N.A.C., Kester, K.E., Casimiro, D. et al. The promise of mRNA vaccines: a biotech and industrial perspective. npj Vaccines 5, 11 (2020). https://doi.org/10.1038/s41541-020-0159-8
[10] https://www.acsh.org/news/2020/10/21/how-pfizers-rna-vaccine-works-15104
[11] https://www.cdc.gov/vaccines/acip/meetings/downloads/slides-2020-08/COVID-07-Oliver.pdf
[12] https://www.pfizer.com/news/press-release/press-release-detail/pfizer-and-biontech-conclude-phase-3-study-covid-19-vaccine