金筆獎(jiǎng)|疫 苗背后的無名英雄：佐劑

       隨著新冠疫 苗的爆火，其背后的無名英雄--佐劑也從幕后走向臺前，被更多人所熟知。從名字上看，佐劑似乎有著"輔佐"的意思。事實(shí)上，佐劑并不是疫 苗中的配角，它起的作用非常關(guān)鍵。那么到底什么是佐劑？它在疫 苗中發(fā)揮了什么樣的作用？目前進(jìn)展如何？

       疫 苗脫穎而出的秘密——佐劑

       疫 苗一般包括兩種成分：抗原和佐劑?？乖ǔＳ稍醋圆≡w的蛋白質(zhì)或化合物組成，機(jī)體需要對其產(chǎn)生適應(yīng)性免疫反應(yīng)。佐劑是一種添加到疫 苗中以刺激和增強(qiáng)免疫反應(yīng)強(qiáng)度和持久性的物質(zhì)。

       圖注：佐劑對免疫應(yīng)答的影響（來源：參考資料1）

       "佐劑"一詞源自拉丁語"adjuvare"，有"幫助"或"協(xié)助"之意，是由法國獸醫(yī)加斯頓·雷蒙（Gaston Ramon）所創(chuàng)造。1925年，這位法國獸醫(yī)在馬身上試用一種新的白喉疫 苗時(shí)意外地發(fā)現(xiàn)：一些動(dòng)物的注射部位會(huì)出現(xiàn)膿腫，而這些動(dòng)物也往往會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的免疫反應(yīng)。這讓他開始思考：是不是可以在疫 苗中添加什么物質(zhì)來促使這種情況的發(fā)生？

       接下來，加斯頓·雷蒙分別在注入動(dòng)物的疫 苗里添加了各種奇奇怪怪的物質(zhì)：木薯、淀粉、瓊脂、卵磷脂、甚至面包屑。最終，實(shí)驗(yàn)是成功的。那些注射了含有前述物質(zhì)疫 苗的動(dòng)物，比那些只注射不含添加物的疫 苗的動(dòng)物，所產(chǎn)生的抗體要多得多。佐劑由此而生。

       佐劑發(fā)展史

       當(dāng)前，疫 苗的發(fā)展已經(jīng)歷了三代。一代疫 苗包括減毒疫 苗和滅活疫 苗，是使用完整的病原體作為疫 苗；二代疫 苗將抗原精簡為病原體的蛋白或多糖，通過基因重組技術(shù)來實(shí)現(xiàn)抗原設(shè)計(jì)，并在體外表達(dá)和提純；三代疫 苗則是將抗原簡化成頂層的核酸物質(zhì)，接種后借用人體細(xì)胞實(shí)現(xiàn)一步到位的胞內(nèi)抗原表達(dá)。當(dāng)前疫 苗技術(shù)升級正處于二代疫 苗向三代疫 苗邁進(jìn)的節(jié)點(diǎn)，但二代疫 苗仍是當(dāng)今疫 苗行業(yè)主體。

       一代疫 苗因其本身成分具有佐劑性質(zhì)，因此不需要佐劑；二代疫 苗雖然提高了安全性，但卻存在免疫原性不強(qiáng)的問題，需要佐劑來提高免疫原性。因此，佐劑的創(chuàng)新，能帶動(dòng)二代疫 苗有所突破。

       然而，佐劑的發(fā)展是極其緩慢的。自加斯頓·雷蒙提出佐劑概念后，1926年，Glenny等學(xué)者發(fā)現(xiàn)用鋁鹽沉淀的白喉類毒素懸液比單純的白喉類毒素具有更好的免疫效果，由此發(fā)明了鋁佐劑?自此之后鋁佐劑被廣泛用于疫 苗制造，70多年來，它一直是獲批疫 苗產(chǎn)品中唯一的佐劑。

       1997年，MF59作為佐劑的三價(jià)流感疫 苗Fluad在歐洲獲批，是繼鋁佐劑后第一個(gè)被列入人用新型疫 苗的佐劑，是疫 苗佐劑歷史上又一個(gè)重大里程碑。迄今為止，近百年時(shí)間里，F(xiàn)DA批準(zhǔn)上市的新型佐劑也僅有七款，除鋁佐劑外，其他分別是 MF59、AS04、AS03、AS01、CpG1018，以及新冠緊急使用的Matrix-M佐劑。

       圖注：FDA批準(zhǔn)上市的佐劑類型（Matrix-M未包括在內(nèi)，來源：參考資料3）

       佐劑的分類和作用機(jī)制

       從功能上來講，佐劑一共可分為三類：

       配合疫 苗遞送的佐劑，如鋁佐劑、MF59、AS03。

       目前鋁佐劑主要包括氫氧化鋁佐劑和磷酸鋁佐劑兩種，是應(yīng)用最廣的一種免疫佐劑。作為一種吸附劑，鋁佐劑能從溶液中強(qiáng)烈吸附蛋白質(zhì)抗原，形成沉淀。當(dāng)其接種到機(jī)體內(nèi)后可形成一個(gè)"抗原庫"，緩慢釋放出抗原，充分延長了抗原的作用時(shí)間，同時(shí)還能促進(jìn)局部巨噬細(xì)胞的應(yīng)答。

       MF59是一種使用動(dòng)物源角鯊烯的水包油（o/w）納米乳液，其成分包括4%~5％角鯊烯、0.5％Tween 80、0.5％三油酸聚山梨酯（Span 85）。作為疫 苗佐劑，MF59被廣泛的應(yīng)用于季節(jié)性流感病毒疫 苗中。它能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生比鋁佐劑更強(qiáng)的抗體免疫反應(yīng)。大量數(shù)據(jù)表明，使用MF59佐劑的流感疫 苗對老人和幼兒的保護(hù)性比不含佐劑的疫 苗要高出一倍。

       AS03是葛蘭素史克（GSK）研發(fā)的一種佐劑，其成分和作用機(jī)制與MF59類似，也能誘導(dǎo)比鋁佐劑更強(qiáng)的體液免疫反應(yīng)。

       刺激免疫應(yīng)答的佐劑，如CpG1018、Matrix-M。

       CpG 1018佐劑由Dynavax公司研發(fā)，是一種TLR9激動(dòng)劑，既能夠刺激B細(xì)，促進(jìn)體液免疫；同時(shí)也能刺激樹突狀細(xì)胞活化，進(jìn)而刺激特異性T細(xì)胞、產(chǎn)生記憶細(xì)胞，戰(zhàn)斗力顯著強(qiáng)于傳統(tǒng)鋁佐劑。

       Matrix-M佐劑由Quillaja皂苷制成，可增強(qiáng)Th1和Th2反應(yīng)，增強(qiáng)免疫細(xì)胞運(yùn)輸，節(jié)省抗原劑量。在新冠疫 苗研發(fā)中，Novavax公司的重組蛋白新冠疫 苗采用Matrix-M佐劑，在III期臨床的總體保護(hù)率為89.7%，效果可媲美輝瑞/BioNtech和Moderna的mRNA疫 苗。

       復(fù)合佐劑，如GSK的另外兩種佐劑：AS04和AS01。

       AS04由由單磷酰脂質(zhì)體A（MPL）和鋁佐劑兩種成分組成。其中MPL是一種來自沙門菌脂多糖的減毒衍生物，它可吸附至氫氧化鋁佐劑上，激活TLR4反應(yīng)。目前用AS04作為佐劑預(yù)防人乳頭瘤病毒（HPV）的疫 苗和乙肝疫 苗已經(jīng)上市。相比于鋁佐劑，AS04佐劑可誘導(dǎo)更高水平的體液免疫反應(yīng)和Th1型細(xì)胞免疫反應(yīng)。

       AS01由QS21和MPL兩個(gè)免疫激活劑和脂質(zhì)體組成。QS21是從南美皂樹提取出來的皂素分子，可促進(jìn)抗原特異性抗體反應(yīng)。相比于MPL，QS21刺激產(chǎn)生的信號傳遞途徑還未完全了解。QS21與MPL的協(xié)同作用使AS01佐劑獲得了更高的適應(yīng)性免疫反應(yīng)。

       GSK的重組蛋白帶狀皰疹疫 苗Shingrix使用AS01佐劑，有效率高達(dá)97.2%，且對于70歲以上老年人的有效率完全沒有下降。而默沙東采用傳統(tǒng)技術(shù)的減毒活疫 苗Zostavax對于50-59歲人群的有效率為69.8%，對于老年人的有效率顯著下降，對于80歲以上人群的有效率僅18%。

       由上可知，新型佐劑對提升疫 苗的有效性至關(guān)重要。然而，百年時(shí)間只有寥寥幾款佐劑獲批，其研發(fā)進(jìn)度為何如此之慢？

       百億市場待開發(fā)，國產(chǎn)企業(yè)入局搶灘

       根據(jù)QYResearch的統(tǒng)計(jì)，估計(jì)2020年全球佐劑市場規(guī)模為650.24百萬美元，并在 2027年將達(dá)到1427.58百萬美元，2020-2027年復(fù)合增長率CAGR為11.9%。但是由于新佐劑生產(chǎn)難度較高，制造工藝復(fù)雜且質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，具有很高的技術(shù)門檻，因此其發(fā)展一直十分緩慢。到目前為止，我國仍完全依賴國外有限的合格供應(yīng)商采購獲批的佐劑。因此從長遠(yuǎn)來看，需要加大國產(chǎn)企業(yè)在佐劑的研究以解決疫 苗行業(yè)卡脖子問題。國家《"十四五"醫(yī)藥工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》也把疫 苗新佐劑列入重點(diǎn)開發(fā)的生物藥技術(shù)。國內(nèi)疫 苗行業(yè)對于新佐劑的認(rèn)知程度越來越高，不少企業(yè)開始在佐劑方面進(jìn)行布局。

       圖注：2016-2027年佐劑市場規(guī)模（來源：QYResearch）

       瑞科生物

       瑞科生物是全球少數(shù)幾家能夠開發(fā)對標(biāo)FDA批準(zhǔn)的人用新型佐劑的公司之一。公司管線中有五款產(chǎn)品應(yīng)用新型佐劑，其中兩款二代HPV疫 苗REC604a及REC604b使用的是一款自主研發(fā)的對標(biāo)AS04的新型佐劑，可減少免疫次數(shù)（采用兩針給藥方案），頭對頭研究結(jié)果顯示，REC604a免疫兩針的中和抗體水平和Gardasil免疫三針相當(dāng)；帶狀皰疹疫 苗REC610采用了對標(biāo)AS01的新型佐劑BFA01；成人結(jié)核病候選疫 苗REC606采用了新型佐劑BFA01（對標(biāo)AS01）。

       針對新冠疫情，公司目前正在研制一款重組蛋白新冠疫 苗ReCOV，其采用一款對標(biāo)AS03的新型佐劑BFA03。2021年11月公司公布ReCOV疫 苗在新西蘭進(jìn)行的臨床I期試驗(yàn)階段性數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示，其總體安全性與耐受性良好，接受1劑ReCOV接種后血清陽轉(zhuǎn)率達(dá)100%。

       圖注：ReCOV作用機(jī)制（來源：瑞科生物招股說明書）

       邁科康生物

       邁科康生物的新佐劑平臺包括兩種技術(shù)：納米乳佐劑技術(shù)和復(fù)合佐劑技術(shù)。其重組帶狀皰疹疫 苗采用自主研發(fā)的MA105佐劑系統(tǒng)。臨床前研究顯示，能夠同時(shí)誘導(dǎo)產(chǎn)生高水平的結(jié)合抗體和CD4+T細(xì)胞反應(yīng)，并且 有足夠的安全性數(shù)據(jù)支持。相較于減毒技術(shù)路線，其產(chǎn)品能夠提供更強(qiáng)的細(xì)胞免疫和保護(hù)率。

       依生生物

       依生生物的皮卡佐劑（PIKA）是一種靶向TLR3、RIG-I、MDA5受體的佐劑。能夠通過激活先天免疫產(chǎn)生共刺激因子CD40、CD80、CD86，促進(jìn)抗原呈遞細(xì)胞的提呈、活化T淋巴細(xì)胞，最終同時(shí)促進(jìn)特異性的細(xì)胞免疫和體液免疫應(yīng)答，以獲得更強(qiáng)的免疫反應(yīng)。

       圖注：機(jī)體識別病毒感染過程中參與的模式識別受體及其配體

       （來源：http://dx.doi.org/10.12677/ojns.2015.33010）

       皮卡狂犬病疫 苗是由細(xì)胞培養(yǎng)衍生的狂犬病抗原與皮卡佐劑結(jié)合而成。臨床研究表明，與目前廣泛使用的狂犬疫 苗相比，皮卡狂犬病疫 苗可在接種后七日內(nèi)盡早產(chǎn)生保護(hù)水平中和抗體，并誘導(dǎo)更強(qiáng)大的免疫原性應(yīng)答。

       除此之外，國內(nèi)智飛生物、華普生物、上海澤潤、沃森生物、三葉草生物等，也相繼加入新型佐劑的研發(fā)。

       佐劑誕生百年以來，疫 苗的研發(fā)和應(yīng)用得到飛速發(fā)展，完全改變了人類對抗傳染病的歷史。為了解決佐劑和疫 苗研發(fā)速度不匹配的問題，下一步應(yīng)重視佐劑作用機(jī)制的基礎(chǔ)研究，全面了解其對免疫系統(tǒng)的影響。目前國內(nèi)疫 苗行業(yè)仍面臨著被佐劑"卡脖子"的挑戰(zhàn)，因此對于我國疫 苗行業(yè)來說，開發(fā)安全有效的新型疫 苗佐劑、拓寬佐劑在疫 苗中的應(yīng)用范圍任重而道遠(yuǎn)。

       主要參考資料：

       1. Alberta Di Pasquale，et al.Vaccine Adjuvants: from 1920 to 2015 and Beyond, Vaccines 2015, 3(2), 320-343.

       2. Pulendran B, et al. Emergingconcepts in the science of vaccine adjuvants，Nat RevDrug Discov. 2021.

       3. https://new.qq.com/rain/a/20210616a0139600.

       4. https://www.bbc.com/future/article/20201027-what-is-added-to-vaccines.

       5. HogenEsch H, O'Hagan DT, Fox CB. Optimizing the utilization ofaluminum adjuvants in vaccines: you might just get what you want. NPJ Vaccines.2018 Oct 10; 3: 51. doi: 10.1038/s41541-018-0089-x.

       6. https://www.nature.com/articles/s41573-021-00163-y.

       作者簡介：@小餅，藥學(xué)碩士，現(xiàn)為疾控工作人員，每天游走于紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)里，深感自己渺小的同時(shí)，又慶幸能夠見證中國生物醫(yī)藥發(fā)展的黃金時(shí)代。希望和各位共同學(xué)習(xí)、提高。