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据世界卫生组织(WHO)统计,截至2021年4月3日,全球累计确诊感染严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)的病例已经超过1.29亿例,累计死亡超过283万例^[1]。为减轻新型冠状病毒(新冠病毒)对公共卫生、经济和社会的影响,迫切需要研制出安全、有效的疫苗。截至2021年4月2日,WHO公布全球正进行临床前研究的疫苗184种,正进行临床研究的疫苗85种^[2]。笔者根据公开报道的新冠病毒疫苗临床试验Ⅰ、Ⅱ 、Ⅲ期结果,综述8种全球在研热点疫苗的安全性与有效性。

该疫苗是将从武汉市金银潭医院1例患者中分离出来的SARS-CoV-2毒株在合格Vero细胞系中培养繁殖,经两次β-丙内酯灭活后制成。中国研究团队于2020年4月开展了随机、双盲、安慰药对照的Ⅰ/Ⅱ期临床试验(ChiCTR2000031809)^[3]。研究中期报告显示^[4],共320例18~59岁健康受试者进入试验,其中Ⅰ期临床试验纳入受试者96例,随机分为4组(n=24),3个试验组分别给予疫苗2.5,5和10 μg,对照组给予氢氧化铝,分别于第0,28和56天各接种一针,共3针。第3针接种结束7 d内,各组不良反应发生率分别为20.8%,16.7%,25.0%,12.5%。试验组疫苗给药剂量为5 μg者不良事件发生率最低,接近对照组。完成3针接种后14 d,3个试验组中和抗体几何平均滴度(geometric mean titres,GMTs)分别为316,206,297 U·mL ^-1。血清转化率(中和抗体水平达到阳性标准)分别为100.0%,95.8%,100.0%,其中疫苗 5 μg组中和抗体GMTs和血清转化率均较另2个疫苗组略低。Ⅱ期临床试验纳入受试者224例,随机分为两大组,每大组试验组84例,对照组28例。第1组试验组于第0天和第14天分别给予疫苗5 μg,第2组于第0天与第28天分别给予疫苗5 μg。对照组在对应时间分别给予氢氧化铝。两剂结束后7 d,第1组试验组与对照组不良事件发生率分别为6.0% 和14.3%,第2组试验组与对照组不良事件发生率分别为19.0%和17.9%。上述不良事件中,最常见的是注射部位疼痛,以及随之而来的发热,但均为轻度且自限性,试验过程中未发现严重不良事件。完成两剂接种后14 d,第1组与第2组中和抗体GMTs分别为121和247 U·mL ^-1。但两组血清转化率相同,均为97.6%。在Ⅰ、Ⅱ期临床试验的所有对照组中均未测得中和抗体GMTs。基于以上研究成果,自2020年7月起,中国研究团队开始在阿拉伯联合酋长国、巴林、秘鲁、摩洛哥、阿根廷和约旦招募参与者21 000例进一步开展随机、双盲、平行安慰药对照的 Ⅲ 期临床试验 (ChiCTR2000034780),以评估疫苗的安全性和保护效果^[5]。

Sinovac Biotech研制的灭活候选疫苗CoronaVac在包括猕猴在内的临床前模型中产生了针对新冠病毒的中和抗体,并且安全^[6]。接着Sinovac Biotech分别展开了针对18~59岁健康人群和60岁以上健康人群的Ⅰ、Ⅱ期临床试验^[7,8]。值得注意的是,Ⅰ、Ⅱ期临床试验所用疫苗分别采用了细胞工厂工艺和生物反应器工艺。在18~59岁健康人群,Ⅰ期临床试验(n=143)设置疫苗剂量为3,6 μg以及对照药物氢氧化铝,两剂间隔时间为14或28 d。研究结果显示,在间隔14 d组,不良事件发生率分别为29.0%,38.0%和8.0%,中和抗体血清转化率分别为46.0%,50.0%和0.0%;在间隔28 d组,不良事件发生率分别为13.0%,17.0%和13.0%,中和抗体血清转化率分别为83.0%,79.0%和4.0%。Ⅱ期临床试验( n=600)中,采用同样的分组和疫苗剂量,在间隔14 d组,不良事件发生率分别为33.0%,35.0%和22.0%,中和抗体血清转化率分别为92.0%,98.0%和3.0%;间隔28 d组不良事件发生率分别为19.0%,19.0%和11.0%,中和抗体血清转化率分别为97.0%,100.0%和0.0%。在60岁以上健康人群中实施的Ⅰ、Ⅱ期临床试验,均于第0和第28天分别给予一剂疫苗,Ⅰ期临床试验(n=72)的试验组分为两个亚组,分别给予疫苗3,6 μg,对照组给予氢氧化铝;Ⅱ期临床试验( n=350)的试验组分为3个亚组,分别给予疫苗1.5,3,6 μg,对照组给予氢氧化铝。试验组中血清转化率分别为100.0%,95.7%,90.7%,98.0%和99.0%,所有对照组均未检测到抗体。综合Ⅰ期和Ⅱ期临床试验,1.5,3,6 μg剂量试验组和对照组不良事件发生率分别为20.0%,20.0%,22.0%和21.0%。这些不良事件均为轻到中度,最常见为注射部位疼痛(9.0%)和发热(3.0%)。鉴于3 μg剂量组不良事件发生率低,有效性与大剂量组相当,该团队正采用3 μg疫苗间隔14 d给药方式进行13 060例参与者的Ⅲ期临床试验 ^[9]。

北京生物技术研究所和CanSino Biologics共同开发的基于人腺病毒Ad5的Ad5-nCoV疫苗。基于前期在小鼠和雪貂上经黏膜接种了Ad5-nCoV后,成功地使小鼠免受上呼吸道和下呼吸道感染,使雪貂免受上呼吸道感染^[10]。研究者继续开展剂量递增、开放、非随机的Ⅰ期临床试验^[11],纳入18~60岁健康受试者108例,依序分为3组(n=36),分别单次肌内注射5×10¹⁰,10×10¹⁰和 15×10¹⁰病毒颗粒,7 d内3组不良事件发生率分别为83.0%,83.0%和75.0%,局部不良事件主要表现为注射部位疼痛(54.0%),全身不良事件包括发热(46.0%)、疲惫(44.0%)、头痛(39.0%)、肌肉痛(17.0%),大多数不良事件为轻到中度,至28 d未见严重不良事件。肌内注射后14 d中和抗体开始显著升高,第28天达高峰,特异性T细胞免疫反应高峰出现在第14天。紧接着,我国研究团队实施了随机、双盲、安慰药对照的Ⅱ期临床试验^[12]。试验纳入18岁以上健康受试者508例,随机分为3组,即单次肌内注射10×10¹⁰,5×10¹⁰病毒颗粒组及对照组。第28天,试验组RBD(receptor binding domain,新冠病毒外壳表面spike蛋白上的一个区域)特异性的酶联免疫吸附测定抗体的峰值分别为656.5和571 U·mL^-1,血清转化率分别为96.0%和97.0%,中和抗体GMTs分别为19.5和18.3 U·mL^-1。试验组不良事件发生率分别为72.0%和74.0%,最常见全身不良事件为疲惫(两组发生率分别为34.0%和42.0%)、发热(两组分别为16.0%和32.0%)和头痛(两组分别为28.0%和29.0%);最常见局部不良事件为注射部位疼痛,两组发生率分别为57.0%和56.0%。严重不良事件发生率分别为9.0%(包括高热8.0%和重度头痛1.0%)和1.0%(高热)。以上研究结果提示,Ad5腺病毒载体疫苗5×10¹⁰病毒颗粒单次肌内注射有较好安全性并能诱导机体产生重要免疫反应。为进一步确认该剂量疫苗安全性与有效性,研究团队正进行纳入500例受试者的Ⅲ 期临床试验。

来自俄罗斯的研究团队在两家医院进行了两项开放,非随机的Ⅰ、Ⅱ期临床试验,旨在评估该疫苗的两种制剂(冷冻和冻干)的安全性和免疫原性^[13]。试验招募了18~60岁健康成人志愿者76例,接受冷冻制剂和冻干制剂的志愿者各38例。38例又被分为3组,第一组9例,仅接受单次肌内注射rAd26-S;第二组9例,仅接受单次肌内注射rAd5-S;第3组20例,第一剂肌内注射rAd26-S,21 d后肌内注射rAd5-S。前2组为Ⅰ期临床试验,第3组为Ⅱ期临床试验,开始于Ⅰ期临床试验注射疫苗后5 d。结果显示,两种疫苗制剂均安全且耐受性良好。最常见不良事件是注射部位疼痛(58.0%)、体温过高(50.0%)、头痛(42.0%)、虚弱(28.0%)以及肌肉和关节疼痛(24.0%)。大多数不良事件为轻度,未发现严重不良事件。所有参与者均产生了针对SARS-CoV-2糖蛋白的抗体。第42天,冷冻制剂受体结合域抗新冠病毒特异性免疫球蛋白G(IgG)滴度为14 703 AU·mL^-1,冻干制剂为11 143 AU·mL^-1;冷冻制剂中和抗体为49.25 U·mL^-1,冻干制剂为45.95 U·mL^-1,血清转化率均为100.0%。第28天,所有参与者中检测到细胞免疫反应,冷冻制剂中 CD 4 + 和 CD 8 + 细胞增殖中位数为2.5%和1.3%,冻干制剂为1.3%和1.1%。为进一步验证该疫苗(Gam-COVID-Vac,又称Sputnik V)安全性与有效性,俄罗斯研究团队在25家医院和综合诊所进行了一项随机、双盲、安慰药对照的Ⅲ期临床试验^[14]。将21 977例成人随机分为疫苗组(n=16 501)和安慰药组(n=5 476)。疫苗分两次肌内注射(每剂量0.5 mL):第1个剂量(rAd26)和第2个剂量(rAd5)间隔21 d。19 866例受试者接受两剂疫苗或安慰药,被纳入主要结局分析。从首次注射疫苗后的21 d(第2剂注射之日)起,疫苗组14 964例参与者中16例(0.1%)、安慰药组4 902例中62例(1.3%)确诊新型冠状病毒肺炎,疫苗效力91.6%。所报告的大多数不良事件为1级[总共7 966次事件中7 485(94.0%)]。疫苗组16 427例参与者中45例(0.3%),安慰药组5 435例参与者中23例(0.4%)发生严重不良事件。经独立数据监控委员会确认,上述严重不良事件与疫苗接种无关。这项Ⅲ期临床试验显示,在大样本量中Gam-COVID-Vac针对新冠病毒的保护效力为91.6%,且显示出良好耐受性。

基于前期动物实验研究结果^[15],AZD1222(又称ChAdOx1 nCOV-19)能诱导小鼠和猪产生体液免疫反应(IgG和中和抗体)和细胞免疫反应,研究团队进一步开展了Ⅰ/Ⅱ和Ⅲ期临床试验。在一项纳入1077例18~55岁健康受试者的Ⅰ/Ⅱ期单盲、随机对照试验中^[16],试验组(n=543)接受单剂ChAdOx1nCoV-19 5×10¹⁰病毒颗粒肌内注射,对照组(n=534)接受单剂同等剂量流行性脑脊髓膜炎疫苗接种。试验组有10例非盲非随机志愿者接受基础加强化的免疫程序(免疫强化组),即在第一剂给药后28 d再次给予相同剂量疫苗。试验组接种后7 d不良事件主要表现为局部和全身反应,包括注射部位疼痛、发热、发冷、肌肉酸痛和头痛,疼痛和发热等不良事件大多因提前预防性使用对乙酰氨基酚而减轻,未出现与疫苗相关严重不良事件。在免疫原性方面,试验组单剂受试者细胞免疫在14 d达到峰值,新冠病毒IgG在28 d达峰值,而免疫强化组受试者完成两剂接种后56 d 新冠病毒 IgG 显著上升。试验组血清中和抗体检测达到91%(采用MNA80试剂盒)或100%(采用PRNT50试剂盒),而免疫强化组完成两剂接种后均产生了中和抗体反应。在另一项纳入18~55岁(n=160)、56~69岁(n=160)和70岁以上(n=240)等多个年龄段单盲、随机对照Ⅱ/Ⅲ期临床试验中^[17],不良事件在试验组较为常见并仍为上述反应,但不良事件在年轻组(18~55岁)较年长组(56岁以上)更常见,提示该疫苗在老年人中可能更耐受。在间隔28 d给予两个标准剂量之后28 d,测得3组新冠病毒IgG接近,分别为20 713,16 170,17 561 AU·mL^-1;中和抗体也很接近,分别为193,144,161 U·mL^-1。此外,在巴西、南非和英国正在进行的、纳入受试者35 484例的4个多中心随机对照试验的期中分析结果显示^[18],接受了2剂标准剂量的受试者,疫苗保护效力为62.1%;而接受一剂低剂量和一剂标准剂量的受试者,疫苗保护效力为90.0%,疫苗总体保护效力70.4%。严重不良事件在试验组和对照组中发生率分别为0.7%和0.8%。主要为感染性疾病,如阑尾炎、肾盂肾炎。从上述研究结果来看,AZD1222是对新冠病毒有效、安全性可接受的候选疫苗。但近期有报道指出,自2021年2月中旬发现首例因注射该疫苗导致健康医护人员发生门静脉血栓形成和周围性肺栓塞并最终死亡后,2021年3月又相继报道11例患者出现血栓并发症,血栓事件包括脑静脉血栓形成(9例)、脾静脉血栓形成(3例)、肺栓塞(3例)和其他类型血栓(4例);其中5例患者发生1种以上血栓事件,另有1例患者出现致命性脑出血。最新研究发现^[19,20],这可能是因为接种ChAdOx1 nCov-19疫苗可导致针对血小板因子4的血小板活化抗体介导的罕见免疫性血栓性血小板减少症。

由美国Novavax公司研制的NVX-CoV2373纳米颗粒疫苗,由三聚体全长SARS-CoV-2刺突糖蛋白和Matrix-M1佐剂组成。前期动物实验显示^[21],猕猴给予NVX-CoV2373疫苗之后,经鼻内和气管内感染新冠病毒,猕猴未出现任何上、下呼吸道感染或肺部疾病症状。该研究团队随即启动一项随机、安慰药对照的Ⅰ/Ⅱ期临床试验^[22],以评估该疫苗5和25 μg剂量、含或不含Matrix-M1佐剂的安全性和免疫原性。试验纳入健康成人131例,随机分组后83例参与者接受佐剂疫苗,25例接受无佐剂疫苗,23例参与者接受安慰药。疫苗接种包括2次肌内注射,相隔21 d。第35天进行初步分析,未发现严重不良事件。大多数参与者未出现反应原性或反应原性轻微,反应原性在佐剂中更常见,且持续时间短(平均≤2 d)。1例参与者轻度发热,持续1 d。添加佐剂能增强免疫反应,表现为降低抗原剂量,并诱导T辅助1(Th1)反应。两剂5 μg含佐剂的方案诱导的IgG和中和反应均显著高于有症状的新冠肺炎患者恢复期血清中测得的免疫应答。正在进行的Ⅲ期临床试验,美国和墨西哥30 000例参与者中以相隔21 d两剂5 μg NVX-CoV2373和50 μg Matrix-M1佐剂测试疫苗功效。可测量的结果包括完成接种后28~750 d出现COVID-19的人数、首次出现PCR阳性检测结果的时间、免疫应答率、ACE-2受体结合抑制率和不良事件。

mRNA疫苗与传统灭活病毒疫苗不同,mRNA疫苗通过将体外进行过修饰的mRNA传递接种到人体细胞,进而通过细胞自身合成抗原蛋白引起抗体免疫应答。mRNA疫苗又可分为非复制性mRNA (nonreplicating mRNA)和自扩增mRNA(self-amplifying mRNA)两类^[23]。

由美国Pfizer(辉瑞)和德国BioNTech公司联合研发的mRNA疫苗BNT162b1/2是一种脂质类纳米颗粒核苷酸修饰疫苗。该疫苗于2020年5月在美国进行了为期1个月的Ⅰ期临床研究,该研究共纳入受试者195例,受试者分为13组,每组12例接受疫苗,3例接受安慰药,接受疫苗的受试者分别接受10,20,30 μg 3种剂量。结果发现,疫苗所致局部反应在年轻和老年受试者中比例基本一致,92%大龄受试者在第1次接受BNT162b1疫苗后注射部位出现轻到中度疼痛,第2次接种疫苗时发生率72%,BNT162b2结果与其一致,未发现患者接种BNT162b2后出现皮肤红肿和4级局部反应。在全身不良事件方面,18~55岁年龄段受试者接种后约75%出现体温升高(>38 ℃),大部分较大年龄受试者接种后出现疲劳和头痛,发生全身不良事件与疫苗接种剂量有关,且第2次接种不良事件大于第1次。在全身不良事件方面,BNT162b2发生率低于BNT162b1,且与安慰药组基本相同。在接种疫苗30 μg的试验组,18~55岁受试者约50%发生与疫苗有关不良事件(安慰药组8%)^[24],且65岁以上受试者接种BNT162b2后不良事件发生率(17%)低于65岁以下受试者(25%),试验期间未发生严重不良事件。在免疫原性方面,BNT162b1/2免疫学反应类似,抗原结合IgG和病毒中和反应在第2次接种疫苗后明显增强,接种大剂量疫苗可引起更强更明显的抗体反应。总之,BNT162b1/BNT162b2均未发生严重的可以停止临床试验的不良事件,且两种疫苗所致抗体反应接近,但BNT162b2所致全身反应发生率和严重程度均低于BNT162b1(尤其是55岁以上大龄人群)。因此,BNT162b2的Ⅲ期临床研究共43 448例16岁以上受试者参与试验,平均分为两组接受疫苗(每次30 μg,间隔21 d,共2次)和安慰药。在该随机单盲多中心试验中,大部分患者局部反应较轻微(1~2 d可恢复)且未报道有4级局部反应。最常见全身反应主要为疲劳和头痛(分别为59%和52%),其他全身反应主要有畏寒、呕吐、腹泻和肌肉关节痛等,严重全身反应发生率<0.9%。43 252例受试者中,BNT162b2组和安慰药组不良事件发生率分别为59%和52%,相关不良事件发生率21%和5%。有效性方面,疫苗组有8例发生新冠病毒感染(均为第2次接种7 d后发生),安慰药组162例,疫苗保护效力95%,Ⅲ期临床研究表明该疫苗保护效力高,且安全性和普通病毒型疫苗相同。

动物实验发现,mRNA-1273在可以显著引起恒河猴抗体反应时对呼吸道具有保护作用,且不会引起肺组织病理改变。2次注射疫苗后,恒河猴体内产生高水平中和抗体和Th1 CD₄ T淋巴细胞^[25]。Ⅰ期临床研究共纳入18~55岁受试者45例,分别接受mRNA-1273疫苗25,100或250 μg 3种剂量,每种剂量组15例(2次接种,每次间隔28 d)。试验结果显示,剂量越高抗体效应越强,第29天ELISA抗S-2P抗体GMT试验结果显示25 μg组平均滴度40 227 U·mL^-1,100 μg组109 209 U·mL ^-1,250 μg组213 526 U·mL ^-1。第2次接种后第57天GMT试验显示抗体滴度分别为299 75,782 719,1 192 154 U·mL^-1。但超过一半受试者发现由接种疫苗所致不良事件包括疲劳、畏寒、头痛、肌肉酸痛和注射部位疼痛等。全身不良事件在第2次接种后更普遍(特别是大剂量组),且250 μg组有3例(21%)出现≥1种严重不良事件 ^[26],结果表明mRNA-1273可在全体受试者中引起抗体反应且并未出现试验中不可预期的不良事件,该试验支持了mRNA-1273进一步临床研究。Ⅲ期临床研究在美国99个中心展开,将新冠肺炎高风险人群及相关人群按1:1比例分为2组,受试者分2次接受mRNA-1273疫苗100 μg和安慰药(间隔28 d),该试验主要终点为第2次接种14 d后对感染新冠病毒的防护作用。该试验共纳入志愿者30 240例,将其按1:1比例随机分为两组(每组15 210例)接受疫苗和安慰药,最终96%志愿者接受了两次疫苗,2.2%患者确诊(病毒学和血清学)感染新型冠状病毒,安慰药组185例受试者确诊新型冠状病毒肺炎(每千人中确诊56.5例),疫苗组11例确诊(每千人确诊3.3例),疫苗保护效力为94.1%。轻度至中度接种反应在疫苗组更常见,严重不良事件极为罕见且与其他组相同。疫苗所致接种部位不良事件较安慰药组高(84.2%比19.8%),除短暂局部和全身反应外,未发现其他安全性问题。同Ⅰ期临床研究比较,疫苗mRNA-1273在降低剂量至100 μg后有效性约94.1%,且不良事件明显减少^[27],证明合适剂量mRNA-1273疫苗具有良好有效性和安全性。

目前由国内生产的新冠病毒疫苗主要有:①国药集团灭活全病毒疫苗,该疫苗安全有效,不良事件较少,血清转化率达到 97.6%,已上市;②Sinovac Biotech研制的灭活疫苗CoronaVac,血清转化率最高达100.0%,且不良事件轻微;③Ad5-nCoV Ad5腺病毒载体疫苗,血清转化率最高97.0%,但试验组不良事件发生率达72.0%,严重不良事件发生率最高达9.0%,以上三款国产疫苗均未报道Ⅲ期临床试验结果;④俄罗斯研发的rAd26-S+rAd5-S腺病毒载体疫苗,血清转化率最高达100.0%,且不良事件轻微。Ⅲ期临床试验结果显示保护效力达91.6%,并显示出良好的耐受性;⑤牛津大学/阿斯特拉AZD1222黑猩猩腺病毒载体疫苗,保护效力达到70.4%,近期由于发现异常血栓事件伴血小板减少,限制了其应用;⑥由美国Novavax公司研制的NVX-CoV2373疫苗也可显著提高新型冠状病毒肺炎患者体内的免疫应答,且未发现严重不良事件,目前正在进行Ⅲ期临床试验;⑦mRNA疫苗主要为辉瑞公司研发的BNT162b2,目前Ⅲ期临床试验结果显示保护效力达到95.0%,且安全性与普通灭活病毒疫苗相同;⑧Moderna公司研发的mRNA-1273,保护效力达到94.1%,同样具有良好的有效性和安全性。

新冠病毒疫苗的开发给疫情笼罩下的世界带来一丝曙光,同样也伴随着挑战和困难。相比以往灭活疫苗,我国研发的新冠病毒灭活疫苗研发周期明显缩短,具有非常好的安全性和有效性。腺病毒疫苗研发周期更短,成本更低并可迅速大规模生产,疗效显著,前期显示安全性较好,近期报道有降低血小板风险。而在本次疫情中首次投入使用的mRNA疫苗无感染性,理论上无整合到宿主细胞DNA的风险^[28],体内活性可控,可正常降解,临床研究甚至显示出更优秀的免疫保护效果且生产周期短,成本低,具有更明显优势,但其RNA单链易降解,保存和运输条件更苛刻。疫苗各有优缺点,实际应用中需要综合考量。