2022年，猴痘病毒的新变异株突破了此前长期在非洲局部流行的限制，在全球广泛传播,导致了新的全球疫情。2022年7月23日，世界卫生组织（WHO）针对猴痘疫情发出最高级别警报——国际关注的突发公共卫生事件（PHEIC）。随着全球猴痘疫情逐渐平息，WHO在2023年5月11日宣布猴痘不再构成PHEIC。然而，从2024年开始，新的猴痘变异株在非洲出现，引起了更高的病死率和新的传播特征。2024年8月14日，WHO不得不再次拉响警报，第二次宣布猴痘疫情构成PHEIC。近期，新变异株已经陆续输入到我国周边的泰国、印度等多个国家，我国正在面临严峻的猴痘疫情挑战，迫切需要猴痘疫苗进行预防。痘苗病毒、天花病毒和猴痘病毒是近亲，在病毒分类学中都属于正痘病毒属，具有比较相似的基因序列。生物的基因序列决定了蛋白质的特征，而蛋白质作为抗原，是刺激人体产生抗体和T细胞的关键分子。痘苗病毒的抗原特征与天花病毒、猴痘病毒类似，但对人危害小。利用这种相似性，长期以来国内外通过痘苗病毒研究天花病毒，也利用痘苗病毒进行减毒，开发用于预防天花、猴痘的减毒活疫苗。我国在80年代以前普遍接种、用于预防天花的天坛株减毒活疫苗就属于此列。目前，国外有3款天花减毒活疫苗“跨界”成为了猴痘疫苗，虽然能解疫情的燃眉之急，但在安全性和可及性方面依然存在一些局限性。（1）安全性：天花减毒活疫苗已经发展到第三代，可以避免减毒后的痘苗病毒在接种者体内复制，相比早期可复制型的减毒活疫苗更安全，但痘苗病毒仍然能在体内产生很多抑制人体免疫反应的蛋白质，可能导致潜在的副作用。根据WHO对猴痘疫苗的接种建议，对于艾滋病进展到免疫功能已不健全的HIV感染者（每毫升血液CD4+辅助T细胞低于200个），第三代减毒活疫苗仍然不够安全。然而，猴痘病毒感染人群与HIV携带者却有大比例重合。根据WHO统计数据，猴痘病毒感染者中约有52.1%携带HIV病毒。免疫功能不健全的HIV感染者是猴痘的高危人群，更加需要保护。（2）可及性：疫苗要真正给人接种才能起到控制传染病的作用。减毒活疫苗的生产涉及病毒培养，生产工艺复杂，安全风险高，在传染病暴发的时候很难快速提升产能让更多人接种疫苗。据2024年10月的Nature杂志报道，非洲疾病预防控制中心预计非洲需要接种猴痘疫苗的人群可能高达1500万人，但仅掌握约27.5万剂猴痘疫苗。事实上，自2022年猴痘疫情暴发以来，全球就持续面临猴痘疫苗产能不足的难题。生产第三代减毒活疫苗的主要医药公司在2024年前8个月仅对全球供应了约200万剂猴痘疫苗。因此，新一代猴痘疫苗要“去芜存菁”，去除“坏”的蛋白质，仅保留“好”的蛋白质作为疫苗的抗原，使疫苗更安全；还要充分利用近年来的疫苗新技术，使疫苗更高效，生产更方便。新一代猴痘疫苗要对传统减毒活疫苗进行“去芜存菁”，面临许多挑战。痘病毒是一类复杂的病毒，包含200多种蛋白质，但其中仅有部分能激发人体免疫反应的关键蛋白质适合作为抗原进入疫苗。近年来，国内外病毒学家、免疫学家等对痘苗病毒和猴痘病毒的抗原进行了深入的研究，已经基本确定了几种蛋白质是正痘病毒的关键抗原，为新一代猴痘疫苗设计提供了参考。（2）猴痘疫苗需要组合多种抗原才能达到最佳的保护效果。怎样才能在一个疫苗里包含多种猴痘抗原？最简单的办法是“鸡尾酒”方案。对于mRNA疫苗，就是用一条mRNA编码一种抗原，再把多种mRNA像鸡尾酒一样混合成疫苗。对于重组蛋白疫苗，就是把多种抗原蛋白直接混合，搭配其它必要成分制成疫苗。但是，“鸡尾酒”疫苗并不是最优的路线，因为这需要生产多种不一样的mRNA或蛋白质，提高了生产工艺的复杂性，使质量控制更具挑战性，最终提高疫苗的成本。同时，“鸡尾酒”中多种不同的抗原还可能产生不均衡的免疫效果。不同的疫苗技术路线有不同的优势。其中，mRNA疫苗以mRNA分子为载体，进入体内后在细胞里产生抗原蛋白，刺激免疫反应。因此，可以像编写计算机程序一样，仅改变mRNA的序列就生产出各种各样的疫苗，具有开发速度快，生产线标准化程度高的优势。同时，mRNA疫苗还能同时激发出抗体和T细胞，具有很好的免疫效果。在新冠疫情中，经过在人群中的大规模接种，mRNA疫苗的安全性得到了认可，更加凸显了mRNA疫苗的优势。重组蛋白疫苗以蛋白质激发人体免疫反应，同样具有很好的免疫效果和安全性。2022年以来，新一代猴痘疫苗有mRNA疫苗和重组蛋白疫苗，其中大部分是“鸡尾酒”mRNA疫苗。在国外，已经有两款猴痘mRNA疫苗进入了临床试验。蛋白质有复杂的三维结构，但同一个蛋白质的三维结构是相对固定的，可以预测，也可以通过实验手段进行解析。通过合理的方案，能够设计包含多种抗原、稳定存在的蛋白质，既能均衡激发各种抗原的抗体，又能用一条mRNA进行编码，降低生产成本，提高疫苗的可及性。这种方案就像“搭积木”一样，根据蛋白质的三维结构，把多个蛋白质分子组合拼接成一个更大的蛋白质，既像孔明锁积木一样相互嵌合、锁定成一个稳定的结构，又像乐高积木一样在不同蛋白质的结合面上利用各种化学键进行加固。这种基于蛋白质结构的疫苗设计策略被称为结构疫苗学。（图片来源：左图来自360百科，右图来自参考文献1）那么，还有没有其它疫苗是利用结构疫苗学设计的？有。2020年，面对新冠疫情，中国科学院微生物研究所高福院士团队就利用结构疫苗学设计了新冠重组蛋白疫苗，并和智飞生物联合开发成ZF2001®疫苗，在全球共接种3.5亿剂次。其中，ZF2001®疫苗在乌兹别克斯坦实现了技术输出，成为该国抗击新冠疫情的主力疫苗。习近平总书记2022年9月13日访问乌兹别克斯坦时发表的《携手开创中乌关系更加美好的明天》署名文章中提到：“中国疫苗成为乌兹别克斯坦抗疫主力军并实现联合生产，抗新冠药物获批在乌兹别克斯坦临床使用，有效守护了两国人民生命安全。”猴痘疫情暴发后，高福院士团队针对猴痘病毒设计了嵌合两种猴痘病毒抗原的重组蛋白疫苗DAM，能够激发高于天坛株减毒活疫苗28倍的猴痘病毒中和抗体，实现了对致死剂量痘苗病毒感染的完全保护，还能够快速清除脏器内的病毒。作为单一蛋白质，DAM疫苗表现出了良好的安全性和工业化开发潜力。猴痘多抗原嵌合mRNA疫苗——从“三箭三雕”到“一箭三雕”利用结构疫苗学平台，微生物所高福院士和王奇慧研究员团队开发了三种猴痘多抗原嵌合mRNA疫苗，用一条mRNA编码了包含三种猴痘病毒抗原的嵌合蛋白质。在给小鼠接种后，这些疫苗能够激发高效的体液免疫（抗体）与细胞免疫（T细胞），并且维持抗体水平在免疫近6个月后基本不下降。接种了这些疫苗的小鼠在致死剂量的痘苗病毒感染后全部存活。同样剂量的痘苗病毒感染后，接种天坛株减毒活疫苗的小鼠全部死亡。面对猴痘病毒，这些疫苗也表现出了良好的保护效果，猴痘病毒感染后小鼠多个器官内的病毒载量显著低于对照组小鼠。三种猴痘多抗原嵌合mRNA疫苗编码蛋白质的三维结构如果说用三条mRNA编码三种抗原的“鸡尾酒”疫苗是“三箭三雕”的话，那这些猴痘多抗原嵌合mRNA疫苗则实现了“一箭三雕”的效果。与“鸡尾酒”mRNA疫苗相比，单链mRNA编码的嵌合疫苗具备更低的生产难度，有望获得更大的成本优势、更简单的生产工艺以及更广的疫苗可及性。目前，中国科学院微生物研究所已经与制药公司签订技术许可协议，授权其进行疫苗的进一步开发、临床申报和上市销售。期待新型猴痘多抗原嵌合mRNA疫苗为预防猴痘做出贡献！- Rational design of a ‘two-in-one’ immunogen DAM drives potent immune response against mpox virus
- Single-chain A35R-M1R-B6R trivalent mRNA vaccines protect mice against both mpox virus and vaccinia virus
出品：科普中国
作者：杜沛（中国科学院微生物研究所）
审核：王奇慧（中国科学院微生物研究所）
监制：中国科普博览
策划组织：微生物研究所综合处
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