2020 年年初至今，我们所有人都经历了太多关于疫情的未知、病痛和恐慌。赶在 2020 年的最后一个月，新冠疫苗以创造历史的研发速度，在全球多地进入大规模接种阶段。但是，被人类视作「疫情终结者」的新冠疫苗，真的能拯救世界吗？答案也许没有想象中那么乐观。这一年，我们就像是奔跑在一条漫长的隧道里，隧道的一头是疫苗、药物研发带来的曙光，而另一头则是疫情笼罩的黑暗。面对依然严峻复杂的疫情，中生药协多肽分会整理回顾了 2020 年 4 月 7 日协会举办的「新冠肺炎 肽在行动」专题讲座中复旦大学姜世勃教授分享的报告《广谱抗冠状病毒多肽的研发及应用前景》及姜教授于 2020 年 4 月 17 日在未来论坛的报告《广谱抗冠疫苗和药物是战胜新冠疫情的 Zhongji 武器》。从 SARS 到新冠为什么仍未研发出高效广谱的抗冠状病毒疫苗和药物？我们吸取了什么经验？如何做好新冠病毒疫苗和药物研发？姜世勃教授从专业的角度分享他的观点，给乐观或恐慌的你最权威解答！

人类与病原体战争与和平的斗争贯穿人类的进化历史，细菌和病毒是导致烈性或急性传染病大规模流行的主要病原体。由于不断地有广谱、高效的抗菌素（如青霉素、链霉素）和抗菌药（如磺胺）的发现，细菌性感染病（如炭疽、鼠疫等）对人类的威胁不像以前那样那么严重了。由于缺乏高效广谱的抗病毒药物的发现，病毒性感染病成为对人类最大的威胁。
21 世纪的前 20 年中发生了 3 次高致病性冠状病毒传染病，包括 2002/03 年的 SARS、2012 年的 MERS 以及 2019/20 年的 COVID-19。
 

图 1. 冠状病毒分类
（图片源自姜世勃教授直播 PPT）

冠状病毒属于套式病毒目，冠状病毒科，分为四个属：甲（α）型、乙（β）型、丙（γ）型、丁（δ）型。目前大家知道的两个α冠状病毒（229E 和 NL63）和两个β冠状病毒（OC43 和 HKU1）都可以感染人，但引起的症状很轻，像感冒一样，所以并没有引起人们重视。直到 2003 年的 SARS 冠状病毒（SARS-CoV），2012 年的 MERS 冠状病毒（MERS-CoV），和现在的新冠病毒（SARS-CoV-2）出现以后，它们的高传染性、高致死率才引起了人们的高度重视。我说的广谱是指：小广谱、中广谱、大广谱。小广谱是针对 B 亚型的β冠状病毒，包括 SARS 冠状病毒、新型冠状病毒以及来自蝙蝠的 SARS 相关病毒（SARSr-CoV），这三个病毒可引起现在和未来的新型冠状病毒疫情，而且它们主要使用 ACE2 作为受体。所以这种小广谱抗冠状病毒疫苗不是很难研发出来。第二种是中广谱，包括所有β冠状病毒，包括 SARS 冠状病毒、新冠病毒和 SARS 相关病毒以及 MERS 冠状病毒，这个可能比较困难一点，因为 MERS 冠状病毒使用不同受体。第三种是大广谱，包括所有的人类冠状病毒，这是非常困难的。因为不同属的冠状病毒可能使用不同的受体，因此，它们的受体结合域氨基酸序列可能是大不相同的。

如何研发安全、高效、广谱的抗冠状病毒药物？冠状病毒和受体结合以后，通过表面膜融合或内吞膜融合进入细胞内，在冠状病毒酶的作用之下产生新的病毒颗粒，并释放出来。所以这里有两个酶可能成为重要的广谱抗冠状病毒药物的作用靶点。它们分别是 Mpro（M 蛋白酶）、RdRp（RNA 依赖 RNA 聚合酶）。

姜世勃团队研究的多肽主要作用在病毒的融合和进入阶段，从而使得病毒没办法进入细胞。

病毒融合是怎样一个过程呢？冠状病毒表面 S 蛋白的受体结合域（RBD）和细胞上的受体 ACE2 结合，如果细胞表面有跨膜丝氨酸蛋白酶，它就可以把 S 蛋白切割成 S1 和 S2 两个亚单位，S2 亚单位可以介导膜融合，病毒的基因物质可以进入细胞内进行复制。如果细胞表面没有这个酶，病毒可以通过内吞的形式进入细胞内。在内吞泡中的酸性环境以及组织蛋白酶的作用下，病毒膜也可以和内吞膜泡融合，把病毒的基因物质释放到细胞内，这是表面膜融合和内吞膜融合。如果设计出的融合 / 进入抑制剂可以作用这两个阶段，就可以进而阻止病毒进入细胞。

在 90 年代早期，姜世勃团队发现了第一个高效抗 HIV 的 C 多肽 SJ-2176，它可以抑制 HIV 进入细胞内，比当时 Best 抗艾滋病药-AZT 的效果还好。它的作用机制是什么？这是一个病毒颗粒，表面有两个蛋白 gp120 和 gp41，gp120 和 CD4 及共受体结合之后，gp41 就像一个弹簧刀一样弹开，它的融合多肽扎入靶细胞膜内，它的 HR1 和 HR2 相互作用，形成一个发夹样结构，三个发夹样结构形成一个六聚体，把病毒膜和细胞膜拉在一起发生融合，病毒的基因物质进入靶细胞内进行复制。T20 衍生于病毒 gp41 的 HR2 区域，它也可以与病毒 gp41 的 HR1 区作用形成异源六聚体，这样导致病毒的 HR2 不能和它作用，这样就阻止了病毒和细胞的融合，我们称之为「以其人之道，还治其人之身」。
 

图 2. 抗 HIV 的 HR2 多肽的作用机制
（图片源自姜世勃教授直播 PPT）

抗 HIV 多肽的发现开辟了多肽类病毒融合 / 进入抑制剂的全新领域。除了 HIV 以外，还有呼吸道合胞病毒、尼帕病毒、埃博拉病毒、流感病毒和冠状病毒，都属于 I 型包膜病毒。许多这些病毒都可以引起高致病传染病，比如埃博拉、SARS、MERS、新冠肺炎等。所以我们可以使用同样的策略来研究抗这些病毒的融合多肽。

在 2004 年姜世勃团队发现第一个高效抗 SARS 冠状病毒的多肽。SARS 起源于蝙蝠，中间宿主是果子狸，病毒传到人以后，感染人含有 ACE2 的呼吸道上皮细胞。他们当时很快的分析了 S2 区域的序列，找到 HR1 和 HR2 的片断，然后设计了 4 条 HR1P 多肽和 2 条 HR2P 多肽。HR2P 多肽能够和 HR1P 多肽结合形成六聚体，具有很好的抗 SARS 病毒的作用。它的机制和 HIV 非常相似。SARS 冠状病毒表面也有两个蛋白 S1 和 S2，S1 和受体结合以后，S2 的融合多肽扎入靶细胞膜内，HR2 区和 HR1 区相互作用形成六聚体，把病毒膜和细胞膜融合在一起。如果在 HR2 区设计多肽，它也可以和 HR1 结合形成六聚体，这样就阻止了病毒 HR2 和 HR1 相互作用，也就不能形成六聚体进入病毒细胞。
 

图 3. 设计多肽类 SARS-CoV 融合 / 入侵抑制剂   
（图片源自姜世勃教授直播 PPT）
 

姜世勃团队也发现了抗 MERS 冠状病毒多肽。2012 年中东地区出现了 MERS 冠状病毒，已经传到全世界 27 个国家，近 2500 个确诊病例，病死率达到 34%。这个病毒最初来源于蝙蝠，中间宿主是单峰骆驼。这个病毒是有限人传人，大部分还是从动物到人。

图 4.MERS-CoV 的传播途径   
（图片源自姜世勃教授直播 PPT）
 

他们找到 HR1 和 HR2 区域之后，表达了 HR1 和 HR2 蛋白，做了 X 光衍射，发现它们也可以形成六聚体。这个六聚体和 SARS 六聚体很相似，一个很长的 HR1 区，很短的 HR2 区。他们设计了两个多肽，HR1P 多肽和 HR2P 多肽，这两个多肽相互作用形成一个六聚体，和 SARS 一样。他们发现 MERS 冠状病毒的 HR2P 多肽能够非常有效地抑制 MERS 冠状病毒与靶细胞融合，也可以抑制 MERS 活病毒感染，而且它的抑制活性比抗 SARS 多肽抑制 SARS-CoV 感染的活性高几十倍，表明了 MERS 冠状病毒可能主要通过表面膜融合。

       

图 5.  HR1 和 HR2 六聚体
（图片源自姜世勃教授直播 PPT）
 

除此之外，姜世勃团队发现了一个广谱抗冠状病毒多肽 - EK1。

世界卫生组织从 2015 年 12 月开始发布可导致大规模爆发的严重疾病的清单，用于确定公共卫生紧急情况下应优先研究和解决的疾病和病原体。这个名单在 2017 年首次审视，2018 年 2 月第二次审视并于同月底发布《预测流行病行动的研发蓝图》，包括「有大爆发危机、难以防范的八大疾病」，即埃博拉、寨卡、SARS、MERS、拉萨热、克里米亚刚果出血热、裂谷热，以及第一次出现的「X 疾病」，即由一个不明病原体所引发的全球性传染病的大流行。

这个通告发出以后，姜世勃团队马上预测第一个「X 疾病」很可能是由源于蝙蝠的冠状病毒所引起，因为中国的病毒学专家在云南、山东找到几个源于蝙蝠的 SARS 冠状病毒的直接后代毒株。因此，姜世勃博士决定要尽快研发基于多肽的通用冠状病毒融合 / 进入抑制剂。

姜世勃团队把当时已有的 5 种人冠状病毒设计了 5 条 HR1 多肽和 5 条 HR2 多肽，检测这 10 条多肽对这 5 个不同冠状病毒的感染。结果发现，衍生于不同冠状病毒 HR2P 多肽都能有效地抑制同源冠状病毒的感染，而衍生于 OC43 的 HR2P 多肽可以抑制所有的 5 种冠状病毒的感染。表明了 OC43 的 HR2P 多肽可能是一个广谱多肽。他们把 OC43 多肽进行了修饰，引入了带有正电荷和负电荷的氨基酸，形成一个内部盐桥，使其更稳定更有效，这就是 EK1 多肽。研究发现 EK1 比 OC43 多肽具有更高的抑制活性，而且对检测的 5 种人冠状病毒和 3 种来自蝙蝠的 SARSr-CoV 感染都有很好的抑制效果。同时他们做了动物实验，发现 EK1 多肽能有效地治疗和预防 OC43 和 MERS 冠状病毒对小鼠的感染。通过对这几个病毒的序列进行分析，发现这些关键的作用位点非常保守，这就是为什么设计一个多肽，能够和所有的人冠状病毒的 S 蛋白 HR1 区结合形成六聚体，发挥广谱抗冠状病毒的作用。

新冠病毒出现以后，姜世勃团队很快把新冠病毒 S 蛋白序列分析出来了，找到它的 HR1 和 HR2 区，设计了衍生于新冠病毒 HR2 区的多肽，实际上，这个多肽和 SARS 冠状病毒 S 蛋白的 HR2 区的氨基酸序列是完全一样的。

他们的研究发现无论是衍生于新冠病毒 HR2 区的多肽 (HR2P)，还是 EK1 多肽都能够和新冠病毒 HR1P 多肽形成六聚体。通过建立了细胞融合实验，他们发现 EK1 能够有效地抑制 S 蛋白介导的细胞融合，也能抑制假病毒的感染。通过解析病毒的六聚体结构，发现新冠病毒和其它冠状病毒的结构非常相似，也是由长的 HR1 和短的 HR2 形成一个核心的融膜结构。

他们对 EK1 多肽进行了优化，在其 C 端用不同长度的 PEG 连接胆固醇，后来发现其中一个叫做 EK1C4 的活性比 EK1 和新冠病毒 HR2P 多肽细胞融合抑制活性高出 240 倍，它抑制假病毒活性是 EK1 和 HR2P 的 150 倍，可以说是最有潜力的广谱抗冠状病毒药物的候选，它的半数有效抑制浓度（IC50）可以到 1.3 nmol，这是非常有效的。姜世勃团队发现 EK1C4 能够抑制 6 种人的冠状病毒和 3 种蝙蝠的 SARSr-CoV 冠状病毒的膜融合，而且其活性比 EK1 多肽高出 100 到 200 倍。它还能有效地抑制这些冠状病毒的假病毒感染。除此之外，他们还研究了其对 5 种活的人冠状病毒的作用，包括 MERS 冠状病毒、新冠病毒、OC43、229E 以及 NL63，发现它同样有非常好的抑制作用。
 

图 6.EK1C4 是一种高效、广谱的抗冠状病毒多肽
（图片源自姜世勃教授直播 PPT）
 

这些工作证明，高效、广谱抗冠状病毒多肽—EK1C4 有望能以鼻腔喷剂和吸入剂剂型用来预防和治疗新冠病毒、SARS-CoV、MERS-CoV 的感染，也可预防和治疗新发与再现的 SARS-CoV-1 和 SARSr-CoV 的感染。

    图 7. 广谱抗冠多肽是防控现在和未来新冠疫情的重要武器之一（图片源自姜世勃教授直播 PPT）
 

广谱抗冠多肽是防控现在和未来新冠疫情的重要武器之一。刺突（S）蛋白 HR1 区是研发广谱抗冠多肽药物的最有效靶点。因为它是 S 蛋白中最为保守的区域，特别适合于研发多肽药物。瞬时暴露，不易诱导药物耐受突变。适合研发多肽药物，但不适合抗体和小分子化合物药物。容易规模化生产，生产成本远低于抗体。

 

在这场新冠疫苗和药物研发的比赛中，世界各国的科研机构选择不同的路径切入，新旧技术同场竞技，在第一时间迅速响应。在国内，率先获批用于紧急使用的是 3 款新冠灭活疫苗，分别是国药集团中国生物北京所和武汉所研发的两款，以及科兴中维的一款。
 

2020 年 12 月 30 日，北京生物制品研究所在其官网公布了新冠病毒灭活疫苗 III 期临床试验中期分析数据结果显示，国药集团中国生物北京公司新冠病毒灭活疫苗的保护率为 79.34%。12 月 31 日，国务院联防联控机制发布，国药集团中国生物新冠灭活疫苗已获得国家药监局批准附条件上市。
 

科兴中维研制的灭活疫苗已在土耳其、印尼、巴西及智利等多个国家开展三期临床试验，土耳其的中期分析表明其保护率能达到 91.25％，印尼公布的保护率是 65.3％，而 2021 年 1 月 12 日巴西圣保罗的 Butantan Institute 向巴西卫生监管机构提交的临床试验数据显示该疫苗有效率为 50.38%。
 

2021 年 2 月 25 日，陈薇团队研发的新冠疫苗获批附条件上市。研究员介绍，该疫苗是目前国家批准上市的新冠疫苗中，仅有的可采用单针接种程序的疫苗；单针接种 14 天后即可获得良好保护效果，且可在 2~8℃的条件下运输保存。
 

 

除了这些冲在最前头、且积极备战产能的「排头兵」，还有更多在研候选疫苗蓄势待发。据世卫组织统计，疫情至今共有 200 多种疫苗处于研发中，截至目前，全世界已经有超过 80 个候选疫苗进入了临床试验阶段。但这些已获批上市或在研的疫苗基本上都是根据去年的主要流行毒株的病毒颗粒或刺突蛋白的氨基酸序列所设计的，对于已发生或将要发生重要突变的新冠病毒是否还同样有效值得关注。所以，姜世勃的团队已从去年年初开始研发高效、广谱的β冠状病毒 B 通用疫苗，据说目前已获得可喜的进展。期望该疫苗不但能有效地预防现在流行的新冠病毒及其突变株的感染，也可预防将来新发与再现的其它β冠状病毒 B 毒株的流行。

姜世勃，复旦大学教授，87-90 年在美国洛克菲勒大学做博士后，90-10 年在纽约血液中心任研究员和室主任。主要从事抗病毒药物及疫苗研究。90 年代初发现了第一个高效的抗 HIV 的 C 多肽，其发明专利转让给美国药物公司开发出国际上 First 抗 HIV 多肽药物 -- 恩夫韦肽，因此而开辟了基于病毒进入抑制剂多肽药物的新领域。已在 Nature 等杂志发表 439 篇 SCI 论文，获 24 项美国专利和 14 项中国专利，其中 11 项专利已成功转让。

图 8  姜世勃教授及其团队在国际新冠病毒研究领域的影响力排名
（图片源自中生药协 微信公众号）


图 9  2020 年 9 月姜教授在 CPS 大会上分享团队的研究成果。
（图片源自 2020CPS 大会现场）