怎么看中国COVID-19疫苗抗体数值偏低？中国疫苗的一个隐忧

8月13日，中生集团武汉生物的灭活COVID-19疫苗Ⅰ/Ⅱ期人体临床试验结果在国际医学期刊《美国医学会杂志》发布，成为全球首个正式发表的灭活疫苗临床试验数据，其中关于免疫原性的数据引起了业界关注。

微博网友@子陵在听歌 是一位在美国从事生物医学研究的网友，他把目前发布过免疫原性数据的7款疫苗整理成一张表格，供参考比较。

表格中，代表免疫原性数据的中和抗体滴度部分采用了红色字体。不过，抗体滴度右边的细胞免疫也是免疫原性的重要组成部分，但因为只有【有或无】的定性数据，不如精确定量的抗体滴度来的显眼。

有两个抗体滴度数字明显偏低，特别显眼。最低的是陈薇院士与康希诺合作的腺病毒载体疫苗（不超过20）、次低的是科兴中维的灭活疫苗（不超过70）、武汉生物的灭活疫苗最高达到了316，后面几款国外疫苗的滴度则达到了数百，最高的是Novavax的三聚体重组蛋白疫苗，最高达到了3906。

光看抗体滴度，中国疫苗似乎处于劣势，然而由于检测方法和试剂等不统一，不同疫苗的抗体滴度之间其实很难直接横向比较。

但是，用同样的检测方法和试剂，去同时检测当地的疫苗接种者和感染康复者的血液，则可以基于抗体倍数的相对值来评价不同疫苗的免疫原性。

假定A国和B国的疫苗要进行比较，A国疫苗接种者的抗体水平是当地康复者抗体水平的10倍，B国疫苗这个抗体倍数为3倍，那么有理由认为A国疫苗的免疫原性优于B国。

表格中后四款外国疫苗里的三款提供了康复者抗体水平，疫苗接种者的抗体大多高于康复者抗体1倍至数倍。陶医生希望，我国的疫苗也提供抗体倍数，以便国际间比较。

我们用免疫原性来推测真实保护效果，但免疫原性不能和真实保护效果划等号，两者不是一回事。如果真实保护效果需要的抗体倍数只是2倍，那么两国的疫苗都可以胜出。如果两款疫苗的价格相同，可以认为B国疫苗的性价比更高些；如果B国疫苗价格贵很多，那很可能还是A国疫苗更有优势。

以上关于抗体比较、免疫原性、保护效果的讨论，逻辑上没问题，但都必须经过实践检验才行，这就是疫苗第Ⅲ期人体临床试验的关键意义所在。我们目前仍然不知道预防COVID-19感染怎样的抗体水平并持续多久，细胞免疫在保护效果中占多大比例，如何统一细胞免疫的评价。

抛开这张表里的吸引注意力的数值部分，真正重要的是：疫苗抗原的选择。这一点上，中国疫苗存在一个隐忧，值得详细分析和指出。

所谓抗原，就是疫苗的有效成分，应该选择最能代表病原体致病力的那个成分。

选对疫苗成分，人体就可以产生让病原体失去致病力的抗体或/和细胞免疫，那就是成功的疫苗。如果选错，大概率也会产生的抗体或/和细胞免疫，但这种免疫力很可能无法让病原体失去致病力，那就是失败的疫苗。

表格中的七款疫苗，有两款是全长病毒灭活疫苗，其他五款都是病毒组分，包括两大类：S蛋白（包括S-2p蛋白）或S蛋白关键部分（即RBD蛋白）。

全长病毒灭活疫苗意味着，疫苗成分就是整个病毒体，包含了S蛋白和S蛋白以外的所有成分。如果基于S蛋白的疫苗失败了，那么灭活疫苗或许还有成功的可能。陶医生认为，灭活疫苗领域我国一家独大，应该有基于成功率的考虑，不求最先进，但求最保险。

不过，全球还有更多基于S蛋白的疫苗应该不是偶然，S蛋白疫苗成功概率应该也很高。然而，S蛋白的情况远比我想像的复杂，还可能影响疫苗的有效期，魔鬼在于S蛋白的构象（蛋白构象，就是蛋白的立体结构）。

COVID-19病毒的S蛋白有两种构象：融合前蛋白和融合后蛋白。汉字都认识，但如何理解呢？

陶医生也拿捏不好，请教了在美国从事冠状病毒疫苗研发的微博网友@为格命思奔 ，总算把这个关键问题弄明白了。

大家都知道，COVID-19病毒必须靠S蛋白与人体细胞融合，如果阻断这个过程，病毒就无法感染我们了。问题在于：S蛋白会变形，与人体细胞融合前与融合后，在形态上存在明显差异。

S蛋白就像变形金刚里的威震天，有机器人态和武器态两种外观，猛一看区别很大。对于人体的免疫系统来说，融合前S蛋白和融合后S蛋白也长得不一样，针对后者的抗体未必能识别前者。

下图是最近剑桥大学在Nature上发表的S蛋白结构生物学研究结果。该研究应用冷冻电镜和断层扫描技术，首次描绘了S蛋白三聚体在完整病毒颗粒上的动态结构，直观展现了S蛋白与人体细胞融合前后的模样，让人印象深刻。

虽然本质上都是S蛋白，但构象大相径庭，这对疫苗非常关键。

如果用融合前S蛋白做疫苗，产生的抗体与融合前S蛋白特异性结合（特异性就像一把钥匙开一把锁），你可以理解为抗体把融合前S蛋白捆绑住了，病毒就不能用该蛋白与细胞融合并感染细胞了。

如果用融合后S蛋白做疫苗，产生的抗体只认识融合后S蛋白，很可能难以识别融合前S蛋白，也就不能阻断病毒与细胞的融合。这种疫苗抗体就是无效或低效抗体，抗体滴度再高也没有意义。

另外，科学家还发现，COVID-19病毒的S蛋白是所有冠状病毒（SARS和MERS也是冠状病毒）中最不稳定，即便不与人体细胞结合，也会自发出现【融合前→融合后】退变，这就不免让陶医生担心灭活疫苗和重组S蛋白疫苗的有效期。

对于灭活疫苗和重组S蛋白疫苗，刚生产出来时可能以融合前S蛋白为主，但装入疫苗瓶后随着时间的推移，可能会慢慢都退变成了融合后S蛋白，疫苗的效果会不会大打折扣呢？希望生产这两种疫苗的企业一定要重视这个问题，不要栽跟头了。

与体外生产的灭活疫苗和重组蛋白疫苗不同，采用体内生产技术的病毒载体疫苗或核酸疫苗，不太需要担心S蛋白构象。因为这两种疫苗装在疫苗瓶里的，不是会退变的S蛋白，而是稳定的S蛋白编码基因。

这两种疫苗将S蛋白编码基因导入人体细胞，在细胞内生产出融合前S蛋白，后者从细胞内转移到细胞外，模拟自然感染过程，能充分刺激人体的抗体免疫和细胞免疫。这些融合前S蛋白现产现用，来不及退变成融合后S蛋白，就被人体免疫系统识别，后者产生的免疫机制也都是针对融合前S蛋白。

灭活疫苗和重组蛋白疫苗，都是体外产生融合前S蛋白做成的疫苗。在疫苗接种到人体之前，两者都存在退变为融合后S蛋白的可能性，进而影响疫苗的效果。

那么，有没有办法让疫苗里的S蛋白稳定在融合前构象呢？

有，需要改造S蛋白。

前面提到的@为格命思奔 就是发明这项改造术的关键人，他在S蛋白的氨基酸序列某个位置里插入了2个脯氨酸（Proline），成功地稳定住了融合前S蛋白。这种改造后的S蛋白，又被称为S-2p抗原。

这项S蛋白改造术在美国申请了专利，美国国立卫生研究院（NIH）负责对外授权使用该专利。目前，BioNTech/辉瑞，强生，Novavax，CureVac都使用该专利改善自己的COVID-19疫苗抗原设计，Morderna公司因为与NIH一直有合作，对冠状病毒S蛋白的特性比较了解，所以一开始就用了S-2p蛋白。

理论上，体内生产的病毒载体疫苗或核酸疫苗，不需要担心S蛋白退变问题，但实际研究发现这些疫苗用S-2p蛋白替代S蛋白，免疫原性确实更好，陶医生推测这是由于S-2p蛋白比天然融合前S蛋白稳定，能够更持久地刺激人体免疫系统。

中国COVID-19疫苗的隐忧就在这里，我不知道中国公司是否了解S蛋白构象问题和这个专利，以及在当前的中美局势下是否有机会使用这个专利。

如果技术上无法得到稳定的融合前S蛋白，那么换个思路也是可行的——采用不受构象影响、但同时能让人体产生有效抗体的S蛋白关键部分，也就是RBD蛋白。

还是把S蛋白看作威震天，那么RBD蛋白就相当于威震天身上的关键性部件——那门显眼的大炮。不管威震天如何变形，大炮这个部件的变化很小，识别起来没什么难度。重组RBD蛋白疫苗，受蛋白构象变化的影响小，应该比重组S蛋白疫苗稳妥。但是，由于RBD蛋白不是完整的S蛋白，其本身的免疫原性可能会不如S蛋白。

知乎上还有一位高手在跟进全球疫苗进展。他的ID叫二手科学家，标识身份为中国科学院大学微生物学博士。

他最近写了一篇《新冠疫苗临床进展》（http://t.cn/A6U9GrJ4），整理了一个全球最新疫苗研发进度表（截止8月6日），一共有28款进入人体临床的疫苗，分别是：灭活疫苗4款，重组蛋白疫苗8款，病毒载体疫苗6款，核酸疫苗10款。

这28款疫苗大多标识出了疫苗抗原类型，比@子陵在听歌 的7款疫苗更能全面了解全球疫苗的技术趋势，从中我更加确认了中国COVID-19疫苗的隐忧。

可以看到，除了灭活疫苗，其他三种技术路线的疫苗，都有使用稳定化的S蛋白、S-2p蛋白，后者在表格中出现的次数不少。

另外，我国的灭活疫苗使用传统氢氧化铝佐剂，但国际上正在尝试各种新型佐剂技术，包括：佐剂AS/CpG1018、佐剂Advax、佐剂CpG1018、佐剂Matrix-M。体外生产的灭活疫苗和重组蛋白疫苗需要佐剂，体内生产的病毒载体疫苗和核酸疫苗似乎不需要佐剂。

Novavax公司的疫苗（代号NVX-CoV2373）是目前中和抗体最高值唯一超过1000（达到3906）的疫苗，很可能与该疫苗采用的两项先进技术有关：

首先是纳米颗粒抗原技术。利用基因工程，高效生产针对各种病毒的高免疫原性抗原，并通过纳米技术将其组成多聚体微粒，有可能比自然感染获得的免疫力或传统疫苗更有效。

其次是Matrix-M佐剂技术。该佐剂由40纳米颗粒组成，是从一种南美洲皂角树（Quillaja saponaria Molina）树皮中提取的皂苷以及胆固醇和磷脂。Matrix-M能诱导抗原呈递细胞，活化免疫细胞，产生有效，强大且持久的免疫应答，还能减少疫苗抗原的使用量。

6款病毒载体疫苗中的2款，10款核酸疫苗中的4款使用了S-2p蛋白。这两种体内生产技术的疫苗，直接用S蛋白作为抗原也问题不大，但仍然有多款采用了稳定的S-2p蛋白，这是在追求精益求精。从强生公司发布的几种抗原对比的动物试验数据来看，S-2p蛋白产生的中和抗体水平显著优于自然S蛋白，而明显高于康复患者。

中国的3款全病毒灭活疫苗，全部采用天然病毒株作为疫苗株，都存在疫苗生产出来后S蛋白退变问题。有没有可能先对疫苗病毒的S蛋白进行改造，再生产出稳定的S-2p蛋白灭活疫苗呢？很遗憾，行不通。因为改造后的病毒，会失去感染细胞的能力，也就无法在细胞中大量培养实现量产。

中国的2款重组蛋白疫苗，一款直接用两个RBD蛋白的二聚体做疫苗，这就避开了S蛋白构象问题；另一款用了稳定化的S蛋白（仅仅是三聚体技术，距离S-2p蛋白的稳定性应该有不小差距），同时使用了先进的佐剂，其免疫原性很可能优于前者。

中国参与的核酸疫苗有3款，分别用了S蛋白、RBD蛋白和S-2p蛋白。

结论：在选择COVID-19疫苗的抗原成分时，需要考虑S蛋白构象稳定性。

中国在开发COVID-19疫苗过程中，公开报导没有看到对S蛋白构象影响疫苗效果的讨论（陶医生也是这几天恶补后，才意识到这个问题的潜在严重性），可能是由于这个技术点太深奥吧。

然而外国公司的疫苗有不少采用了S-2p蛋白作为抗原，据@为格命思奔 和@二手科学家 的分析，这是因为他们前期对SARS病毒和MERS病毒进行了长期的基础性研究，深刻理解并对【用S蛋白做疫苗必须解决其稳定性】达成了共识，最终由@为格命思奔 做出S蛋白改造专利这一原创性科技创新。

见微知著。COVID-19疫苗S蛋白稳定性这个小小的细节，折射出中国改变科技发展模式的必要性。

近20年来，中国在科技领域获得了跨越式进步。但是，中国以往的科技发展策略主要是模仿型、追随型发展，紧盯全球科技前沿方向，认准方向后一顿操作猛如虎，很多时候确实可以发挥我们的优势实现追赶和反超。

如今，在很多科技领域我们已经打拼进入第一梯队，前方已无路可走，拔剑四顾心茫然。但是我们不能停下脚步，不能等别人闯出路来我们再做追赶者，我们要实现卓越的唯一方式，就是自己干，鼓励原创性科技创新。

2018 年国务院发布的《国务院关于全面加强基础科学研究的若干意见》中提到：突出原始创新， 促进融通发展。把提升原始创新能力摆在更加突出位置， 坚定创新自信， 勇于挑战最前沿的科学问题，提出更多原创理论，做出更多原创发现。

在疫苗领域，我国早已是疫苗大国，也正在成为疫苗强国。我毫不怀疑我国的COVID-19疫苗可以成功，但全球研发进展显示：细节决定成败，在疫苗抗原设计与改造和新型佐剂等原创性创新方面仍然需要加强，我国疫苗行业与国际先进水平的差距可能在10年左右。

（完）