編者按：面對全世界多達78個已獲確認的新冠疫苗候選項目，長期從事抗冠狀病毒疫苗和藥物研究的復(fù)旦大學(xué)病原微生物研究所所長姜世勃感到“悲喜交加”。喜的是，以前絕對不敢想象有56個私人藥企能夠投資研究抗冠狀病毒疫苗；悲的是，怕17年前SARS疫情時的情景再現(xiàn)：病毒一來，一哄而上，病毒一走，一哄而散。

“我回國十年來，我們是很少幾個還在做抗SARS藥物和疫苗研究的團隊之一，工作非常困難，無論如何都申請不到研究基金，因為大家都認為SARS永遠不會再來，為什么要做一些沒有意義的研究?！?/p>

4月23日，姜世勃在科學(xué)公益組織未來論壇發(fā)起的“《理解未來》科學(xué)講座：病毒與人類健康-專題科普”上呼吁，盡快將那些重復(fù)的項目或者成功率很低的項目砍掉，將那些可能浪費的資金搶救過來用于長期戰(zhàn)略儲備的科研項目，比如廣譜抗冠狀病毒疫苗和藥物的研發(fā)。

他認為，本世紀近20年來3次冠狀病毒的疫情造成的經(jīng)濟損失多達數(shù)萬億美元，政府和各類組織如果能拿出1%損失的經(jīng)費來支持廣譜抗冠狀病毒疫苗和藥物的研發(fā)，今后就可以從容地應(yīng)對新發(fā)與再現(xiàn)的冠狀病毒疫情的爆發(fā)。

演講全文由中科院生物物理所博士生李敏、郭麗潔整理。澎湃新聞經(jīng)授權(quán)后二次整理、發(fā)布。

姜世勃：廣譜抗冠疫苗和藥物是戰(zhàn)勝新冠疫情的終極武器

今天的演講分三部分，第一部分介紹中國科學(xué)家在防控新冠肺炎疫情中所創(chuàng)造的幾項歷史記錄。第二部分介紹為何我們要研發(fā)安全、高效、廣譜的抗新冠病毒疫苗以及如何研發(fā)。第三部分討論為何要研發(fā)安全、高效、廣譜的抗新冠病毒藥物以及如何研發(fā)。

2020年春節(jié)是一個驚心動魄、令人難忘的春節(jié)，早在去年11月我就已經(jīng)買好了回紐約的機票，期望和家人過一個愉快的團圓年。為了給我那剛半歲的小外孫見面禮，我訂購了一箱子衣服和玩具。元月3日我在打包的時候忽然看到電視報道，“武漢市衛(wèi)健委通報，武漢發(fā)現(xiàn)不明原因的病毒性肺炎診斷患者44例，重癥11例。

元月8日國家衛(wèi)健委宣布武漢不明肺炎的病原體為一個新型冠狀病毒，憑著自己17年從事SARS和MERS研究的經(jīng)驗，立刻意識到一場類似于2003年SARS的瘟疫可能會暴發(fā)，所以我立即決定退票，并要求實驗室?guī)孜贿€未離校的同事和研究生也要退票，組織了一個攻關(guān)小分隊。

1月11日，新冠病毒的基因上線，我們立即分析了刺突（S）蛋白序列，設(shè)計了多肽和疫苗抗原，建立了假病毒感染和細胞融合系統(tǒng)，聯(lián)系了國內(nèi)外多家合作單位開展基礎(chǔ)合作研究，聯(lián)系國內(nèi)外生物制藥公司開展臨床前合作研究以及向國內(nèi)外多個基金組織申請科研基金。

目前我們已經(jīng)完成了6項新冠攻關(guān)課題研究，在Nature、Science、Lancet Cell、Research、CMI、EMI等英文和中文期刊發(fā)表了一系列研究、綜述和評論文章。我們于元月21日就在EMI發(fā)文呼吁“研發(fā)安全、高效、廣譜的抗新冠病毒疫苗和藥物”，同時宣傳我們國家一些科研人員在抗新冠肺炎疫情中所做出的重要貢獻。比如中國的三個科研團隊在10天內(nèi)獨立地完成了新冠病毒的分離、擴增和全基因序列分析。比如說武漢病毒所的石正麗老師等發(fā)表在Nature的文章，在短短兩個月內(nèi)，該文章已經(jīng)被725000人點擊觀看，已經(jīng)被引用了235次，這應(yīng)該是一個歷史記錄。

比較一下2003年在廣東地區(qū)爆發(fā)的非典疫情，當時中國大陸幾乎沒有人知道它的病原體。直到三個多月后才有香港、美國、德國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)其病原體和SARS冠狀病毒，文章先后發(fā)布在Lancet等醫(yī)學(xué)雜志。當時Science說“China missed chance”（中國失去了機會），實際上早在2月26號，軍科院的楊瑞馥和朱慶余兩位老師已經(jīng)在電子顯微鏡下看到冠狀病毒的圖形，但由于當時有權(quán)威認為是支原體，所以沒有發(fā)表。

還有武漢病毒所肖庚富研究員的團隊，在20天內(nèi)發(fā)現(xiàn)可用于治療新冠肺炎的藥物比如瑞德西韋、氯喹，他們文章發(fā)表在Cell Research，在短短的兩個月之內(nèi)已經(jīng)被98萬人次點擊，引用107次，現(xiàn)在這兩個藥已經(jīng)在臨床使用或在臨床觀察當中。這也是一個奇跡。

在3月19日，軍科院陳薇院士領(lǐng)先研發(fā)的新冠疫苗獲批臨床試驗，現(xiàn)在108名志愿者已經(jīng)完成了一期臨床試驗，同時第二期臨床試驗已經(jīng)于4月9日開始，該科研團隊在三個月內(nèi)完成了抗新冠疫苗的設(shè)計、實驗室制備、動物免疫及抗血清檢測、在新冠肺炎動物模型中的有效性評估、疫苗的cGMP制備、動物的GLP安全性評估、I期臨床試驗，這絕對也是一項世界紀錄。

國家衛(wèi)健委衛(wèi)生科技發(fā)展中心的鄭主任介紹，我們目前有5條研發(fā)技術(shù)路線，包括滅活疫苗、基因工程重組亞單位疫苗、病原體載體疫苗、減毒流感病毒載體疫苗、核酸疫苗等等，大概有十幾項疫苗項目正在進行中。

他特別提到研發(fā)單位不計成本將部分串聯(lián)的研發(fā)過程進行合理并聯(lián)，有效地推進了研發(fā)過程。什么叫“并聯(lián)”？我們按正常程序一個疫苗研究從最初抗原制備到動物免疫、中和活性鑒定、動物攻毒保護實驗、動物安全性評價到臨床試驗，一直到規(guī)?；a(chǎn)，這整個過程可能需要四至五年甚至十幾年才能完成。但是現(xiàn)在我們希望能在一年之內(nèi)完成這些工作，所以不能按照常規(guī)的方法進行。常規(guī)方法是循序漸進，一步完成以后再進行第二步、第三步，現(xiàn)在是多個團隊在同時進行，有人在檢測中和活性，另外有人做動物攻毒實驗、動物安全性評價以及臨床研究，多個團隊同時進行就是將串聯(lián)改成并聯(lián)。

為什么說“不計成本”？這是有一個風(fēng)險非常大的研發(fā)策略，比如一個團隊在動物攻毒實驗的時候發(fā)現(xiàn)這個疫苗沒有保護效果，而其它團隊已經(jīng)完成的工作，如規(guī)模化生產(chǎn)等這些部分都前功盡棄了，可能會損失很多經(jīng)費。所以，只有在特殊情況下才能采取這種策略。

美國在這方面的研究進展也很快，3月16日美國一個公司在新冠病毒基因序列公布8周后宣布首個新冠冠狀病毒疫苗I期臨床試驗在美國西雅圖開始，首批45名被試中的4名成年受試者接受了第一針試驗性疫苗注射。這是一種mRNA疫苗，由美國國立衛(wèi)生研究院和生物制藥公司Moderna共同研發(fā)，如果這批疫苗能夠成功地通過考驗上市，它將是世界上第一個被用于預(yù)防接種的mRNA疫苗。除了這兩種疫苗外還有第三種DNA疫苗進入臨床試驗。現(xiàn)在全世界在研發(fā)的候選疫苗有115個，這是在WHO疫苗開發(fā)計劃清單中的疫苗，有100多個，其中5個已經(jīng)進入了臨床試驗，18個進入了臨床前試驗階段。

現(xiàn)在確認的候選疫苗78個項目中有56個是由藥廠、私人企業(yè)開發(fā)，另外22個由學(xué)術(shù)研究單位、公共部門和非營利組織牽頭，未獲確認的候選疫苗項目有37個，未在WHO開發(fā)計劃清單中備案的疫苗研究項目還有100多個，所以看到這個消息我是悲喜交加。

喜的是終于看到有56個私人藥企能夠投資研究抗冠狀病毒疫苗，這是以前絕對不敢想象的。悲的是，17年前的SARS悲劇可能再次重演。病毒一來，一哄而上，病毒一走，一哄而散。當年SARS出現(xiàn)的時候也是幾十、上百個抗SARS疫苗和藥物項目匆忙，但SARS過后，95%以上的項目撤掉了，造成了人力、物力和財力極大的浪費，可是一些堅持從事抗SARS藥物和疫苗研究的科研人員卻申請不到經(jīng)費。我回國十年來，我們是很少幾個還在做抗SARS藥物和疫苗研究的團隊之一，工作非常困難，因為無論如何都申請不到研究基金，因為大家都認為SARS永遠不會再來，為什么要做一些沒有意義的研究。

這次新冠出來以后全世界有800多個，中國有500多個新冠病毒相關(guān)的臨床試驗注冊，其中包括疫苗、藥物和診斷試劑，很多是重復(fù)的項目。如果此次疫情在年內(nèi)緩解，絕大多數(shù)項目會立刻下馬，又要造成巨大的物力和財力得浪費。所以我建議應(yīng)該由世界衛(wèi)生組織和多國政府進行協(xié)調(diào)，盡快將那些重復(fù)的項目或者成功率很低的項目砍掉，將那些可能浪費的資金搶救過來用于長期戰(zhàn)略儲備的科研項目，比如廣譜抗冠狀病毒疫苗和藥物的研發(fā)。本世紀近20年來3次冠狀病毒的疫情造成的經(jīng)濟損失多達數(shù)萬億美元，政府和各類組織如果能拿出1%損失的經(jīng)費來支持廣譜抗冠狀病毒疫苗和藥物的研發(fā)，今后就可以從容地應(yīng)對新發(fā)與再現(xiàn)的冠狀病毒疫情的爆發(fā)。

在3月17日，我在Nature發(fā)文呼吁“不要匆忙部署沒有足夠安全保證的疫苗和藥物”。文章發(fā)表后，國內(nèi)外幾十家媒體要求采訪，大家都對這個事情非常感興趣，也對我的看法表示認同。大家認為安全性、有效性和廣譜性是疫苗研究中非常值得重視的。

（#圖，過去50年來發(fā)現(xiàn)44個新傳染病病原體）

過去50年來我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了44個病原體，只有6個疫苗成功開發(fā)上市，其中主要的難題是不能找到一個安全、有效的病毒疫苗。前不久，《Vaccine》（疫苗）雜志主編發(fā)表評論問到：新冠肺炎疫苗能否讓接種者產(chǎn)生足夠且持久的抗體？如何避免由疫苗導(dǎo)致的疾病增強作用？希望大家不要忘記60年前呼吸道合胞病毒RSV疫苗曾留下的慘痛記憶。

1966年，在美國給小孩注射RSV滅活疫苗以后，發(fā)現(xiàn)一些小孩得肺炎的程度比沒有接種疫苗的小孩還要嚴重，甚至?xí)劳?。此后美國和歐洲政府投資了很多錢做新型呼吸道合胞病毒疫苗，但至今仍然沒有一個安全有效的RSV疫苗上市。也就是說RSV疫苗進行了近60年還在路上，新冠肺炎疫苗是否能在數(shù)月之內(nèi)上市，這的確是令人非常關(guān)心的事情。

滅活RSV疫苗免疫引起的“增強RSV疾病”稱之為ERD。其發(fā)生的原因直到九十年代才搞清楚。發(fā)現(xiàn)注射戊二醛滅活的RSV疫苗在攻毒動物或感染人之后產(chǎn)生了Th2偏向的免疫學(xué)病理損傷，主要是產(chǎn)生一些Th2偏向的淋巴因子和炎癥因子，肺部出現(xiàn)過量的噬酸性粒細胞浸潤，中和抗體水平低，而非中和抗體水平高，不能有效地激活特異性的細胞毒性T細胞功能。

在2012年，我在美國德州UTMB的合作伙伴Tseng教授設(shè)計了三個疫苗，第一個疫苗是包含有S蛋白的疫苗，二是用化學(xué)滅活的SARS疫苗，三是用生物物理學(xué)方法滅活的SARS疫苗，然后免疫了小鼠，56天后用病毒進行攻擊，兩天后進行檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)注射S蛋白疫苗的小鼠在攻毒后，肺部出現(xiàn)嗜酸性細胞浸潤，肺泡中也有很多細胞的滲出，當然還不是很嚴重，可以看到很多肺泡存在。但在注射化學(xué)滅活的SARS疫苗之后攻毒可以造成嚴重的嗜酸性粒細胞浸潤，肺泡內(nèi)已被滲出細胞完全填滿，如在X光下或許可以看到“白肺”的現(xiàn)象。用生物物理學(xué)方法滅活的疫苗免疫所產(chǎn)生的病理損傷就介于兩者之間，也有細胞滲出，但是不像化學(xué)滅活疫苗引起的這么嚴重。主要問題是顯示了Th2型偏向的免疫學(xué)病理損傷。

一個日本團隊為了弄清楚到底哪個蛋白造成了肺部的Th2型免疫學(xué)病理變化，他們用病毒表面的三個蛋白質(zhì)，即S蛋白、M蛋白、E蛋白和核內(nèi)的N蛋白做成疫苗，免疫小鼠后再進行攻毒。結(jié)果發(fā)現(xiàn)N蛋白疫苗造成非常嚴重的嗜酸細胞的浸潤和滲出，其病理損傷明顯高于E蛋白、E蛋白和S蛋白疫苗組。所以他們認為冠狀病毒N蛋白是造成肺部Th2偏向的免疫學(xué)病理的主要因素。

最近報道在新冠肺炎病人的血漿中，Th2細胞因子有明顯上調(diào)，比如說白細胞介素4、6、10和13，這樣看新冠病毒感染也有可能造成Th2偏向的炎癥因子增加。

在2004年加拿大P4實驗室的CaoJingxin主任使用能表達全長S蛋白的改良痘苗病毒載體做的疫苗來免疫雪貂，免疫后發(fā)現(xiàn)可以產(chǎn)生很高效的綜合抗體。但是在用活病毒攻毒以后，雪貂肝臟的轉(zhuǎn)氨酶增加，肝臟造成了損傷。所以他們認為用S蛋白作的病毒載體疫苗免疫雪貂在攻毒之后也可以造成嚴重的肝損傷。所以，我們做疫苗的動物試驗時，不光是用小鼠或猴子感染模型，最好也用雪貂感染模型，因為它更加敏感。有時候我們看不到疫苗免疫造成的病理損傷，也可能是使用的動物模型不夠代表性。

香港大學(xué)艾滋病研究所陳志偉所長的團隊去年發(fā)了一篇文章，發(fā)現(xiàn)有些產(chǎn)生中和及非中和抗體特別快的SARS病人反而病情惡化更快。打了SARS病毒S蛋白疫苗的猴子用活的SARS病毒感染后，其肺部病理比沒有打疫苗的還要嚴重。如果將這些免疫猴子的抗體注射到健康的猴子，再用活的SARS病毒感染以后，打了這些抗體的猴子比沒有打抗體的猴子損傷更嚴重，所以他們懷疑可能是疫苗引起的一種抗體依賴性的感染增加效應(yīng)，即ADE效應(yīng)。單核巨噬細胞表面上沒有病毒受體ACE2，一般情況下不能被SARS病毒直接感染。但是它表面有抗體受體FcR，當病毒和非中和抗體結(jié)合之后，它不會中和病毒，反而把病毒通過巨噬細胞表面FcR侵染單核巨噬細胞，所以讓病毒能夠感染這些本來不應(yīng)該被感染的細胞，造成ADE。

清華大學(xué)劉剛教授的團隊發(fā)現(xiàn)S蛋白的S597-603區(qū)誘導(dǎo)的抗體可以在體外導(dǎo)致非常明顯的ADE效應(yīng)，然后用滅活病毒疫苗加上這個多肽以后來免疫猴子，然后再進行活病毒攻擊，結(jié)果發(fā)現(xiàn)會造成病變反應(yīng)，這是另外一個角度反映SARS病毒的S蛋白疫苗具有ADE效應(yīng)。

最近復(fù)旦大學(xué)金山公衛(wèi)中心、深圳第三人民醫(yī)院、武漢大學(xué)人民醫(yī)院的科研人員發(fā)表了三篇文章，結(jié)果表明：年齡越大，血漿中和抗體及S蛋白結(jié)合抗體水平越高；抗體水平越高，粒細胞/淋巴細胞比例越高，患者病情越嚴重；血漿中的抗體水平越高，病人的病情越嚴重。這三篇文章發(fā)表以后，引起了世界衛(wèi)生組織官員的高度重視，他們也懷疑這些病人的血液中可能含有ADE效應(yīng)的抗體，這對疫苗的研發(fā)以及用康復(fù)期血清治療都是一個嚴峻的挑戰(zhàn)，應(yīng)該引起高度重視。

當然，也可能我們是杞人憂天，也許新冠病毒和SARS-CoV或RSV完全不同。它可能具有超強的傳染性，但超低的疫苗抵抗性，可能任何一個抗新冠病毒疫苗免疫所誘生的抗體都能有效的抑制新冠病毒的感染。如果真是這樣的話，那將是不幸中萬幸。

最近也是捷報頻傳，中科院武漢病毒所和國藥集團武漢生物制品研究所宣布，全球首家新冠病毒滅活疫苗已經(jīng)獲得臨床試驗批準件，即將進入臨床試驗。幾乎在同一天，北京科興控股生物技術(shù)公司也宣布，北京首支新冠病毒滅活疫苗即將進入臨床試驗。而且實驗證明該滅活疫苗免疫后在動物體內(nèi)能夠產(chǎn)生良好的免疫反應(yīng)，對動物有明顯的保護作用，也沒有觀察到ADE效應(yīng)。

最近有一些文章發(fā)表，發(fā)現(xiàn)新冠病毒在S蛋白特別是受體結(jié)合域發(fā)生重大變化。例如，昨天剛剛發(fā)表的文章證明RBD的重要位點發(fā)生R408I突變，它和ACE2的親合力明顯降低。但目前不清楚這一突變是否會影響抗體的敏感性。所以，即使現(xiàn)在抗新冠病毒的疫苗能夠成功上市，但如果將來新冠病毒發(fā)生嚴重突變，這些“有效”的疫苗可能會變得無效。對未來出現(xiàn)的新的高致病的冠狀病毒，比如來自蝙蝠的冠狀病毒，可能同樣也沒有效果。所以研發(fā)安全、高效、廣譜的抗冠狀病毒疫苗成為當務(wù)之急。

冠狀病毒屬于套式病毒目，冠狀病毒科，分為四個屬：甲型、乙型、丙型、丁型。在乙型里面又分為四個亞型，包括A亞型、B亞型、C亞型和DC亞型。目前大家知道的甲型里有兩個病毒，229E和NL63，在B亞型里有OC43和HKU1，這四個人類冠狀病毒可以感染人，但引起的癥狀很輕，像感冒一樣，所以并沒有引起人們重視。直到2003年的SARS冠狀病毒，2012年的MERS冠狀病毒，和今年的新冠病毒出現(xiàn)以后，它們的高傳染性、高致死率才引起了人們的高度重視。

我說的廣譜是指：小廣譜、中廣譜、大廣譜。小廣譜是針對B亞型的β冠狀病毒，包括SARS冠狀病毒、新型冠狀病毒以及來自蝙蝠的SARS相關(guān)病毒，這三個病毒可引起現(xiàn)在和未來的新型冠狀病毒疫情，而且它們都使用ACE2作為受體。所以這種小廣譜抗冠狀病毒疫苗不是很難研發(fā)出來。第二種是中廣譜，包括所有B型冠狀病毒，包括SARS冠狀病毒、新冠病毒和SARS相關(guān)病毒以及MERS冠狀病毒，這個可能比較困難一點，因為MERS冠狀病毒使用不同受體。第三種是大廣譜，包括所有的人類冠狀病毒，這是非常困難的。剛才說到不同型的冠狀病毒可能使用不同的受體，因此，它們的受體結(jié)合域氨基酸序列可能是大不相同的。

剛才談到新冠疫苗有很多類型，比如滅活疫苗、載體疫苗、核酸疫苗、亞單位疫苗，根據(jù)疫苗抗原主要分為三類：一是病毒顆粒，包括滅活和減毒疫苗；二是S蛋白疫苗，包括全長S蛋白；三是受體結(jié)合域（RBD）疫苗。全長S蛋白在酶解之后分為兩個亞單位，S1亞單位含有NTD、RBD兩個重要功能區(qū)域。綜合看來，RBD是研發(fā)疫苗最佳的抗原選擇。

我們準備采取以下的步驟研發(fā)高效、廣譜的抗冠狀病毒的疫苗。第一步，對RBD進行優(yōu)化，增強它的中和免疫原性和廣譜性。我們將使用“中和免疫原性指數(shù)（NII）”和“廣譜中和免疫原性指數(shù)（BNII）”來評估RBD的中和免疫原性。采用“摘帽”和“帶帽”的策略優(yōu)化。因為RBD中有些和受體結(jié)合的關(guān)鍵部位可能被糖基化帽子掩蓋了，我們就把它的糖基化帽子去掉。而有些部位誘導(dǎo)的非中和抗體過強，我們就用糖基化帽子遮蓋住。通過測試我們發(fā)現(xiàn)，這樣做中和抗體效價明顯上升。這個方法我們還在優(yōu)化，不單提高RBD的中和免疫原性，也提高它的廣譜性。RBD中有些保守區(qū)域也可以誘導(dǎo)一些廣譜中和抗體，但是由于被非中和抗體顯性表位的免疫優(yōu)勢所壓制，它的中和抗體免疫原性無法顯現(xiàn)出來。如果將這些非中和抗體顯性表位帶帽遮住后，那些比較保守的中和抗體位點就占據(jù)了優(yōu)勢，就可能產(chǎn)生更多的廣譜中和抗體。第二步是將優(yōu)化后的RBD與含有T細胞抗原表位的蛋白片段連接形成疫苗抗原。雖然RBD也含有一些T細胞抗原表位，但更多的是在N蛋白或S蛋白的S2區(qū)，我們通過不同的方法把這些T細胞抗原表位找出來以后和將它們與RBD連接，形成一個既可以產(chǎn)生高效價中和抗體，也可以有T細胞免疫反應(yīng)的抗原。最后我們將使用適當?shù)拿庖咦魟┨岣咂涿庖咴浴?/p>

目前免疫佐劑在新冠疫苗中獲得非常高的重視，因為它可以增強疫苗抗原的免疫原性，降低其使用量，從而使更多人得到疫苗接種。比如以前小鼠接種需要10微克，用佐劑以后可以降到1微克，可以大大減少抗原的使用。現(xiàn)在十幾家公司宣布將他們擁有的佐劑貢獻出來，供其它單位研發(fā)抗新冠病毒的疫苗。

下面談一下如何研發(fā)安全、高效、廣譜的抗冠狀病毒藥物。

冠狀病毒和受體結(jié)合以后，通過表面膜融合或內(nèi)吞膜融合進入細胞內(nèi)，在冠狀病毒酶的作用之下產(chǎn)生新的病毒顆粒，并釋放出來。所以這里有兩個酶可能成為重要的廣譜抗冠狀病毒藥物的作用靶點。它們分別是Mpro（M蛋白酶）、RdRp（RNA 依賴RNA 聚合酶）。例如瑞德西韋和NHC都能作用在RdRp酶。最近饒子和院士團隊先后在Science、Nature發(fā)表了這兩個蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，為設(shè)計廣譜抗冠狀病毒藥物提供了藥物靶點的結(jié)構(gòu)學(xué)基礎(chǔ)。我們研究的多肽主要作用在病毒的融合和進入階段，從而使得病毒沒辦法進入細胞。

在2004年我們發(fā)現(xiàn)第一個高效抗SARS冠狀病毒的多肽。SARS起源于蝙蝠，中間宿主是果子貍，病毒傳到人以后，感染人含有ACE2的呼吸道上皮細胞。我們當時很快的分析了S2區(qū)域的序列，找到HR1和HR2的片斷，然后設(shè)計了4條HR1P多肽和2條HR2P多肽。我們發(fā)現(xiàn)HR2P多肽能夠和HR1P多肽結(jié)合形成六聚體，具有很好的抗SARS病毒的作用。它的機制和HIV非常相似。SARS冠狀病毒表面也有兩個蛋白S1和S2，S1和受體結(jié)合以后，S2的融合多肽扎入靶細胞膜內(nèi)，HR2區(qū)和HR1區(qū)相互作用形成六聚體，把病毒膜和細胞膜融合在一起。如果我們在HR2區(qū)設(shè)計多肽，它也可以和HR1結(jié)合形成六聚體，這樣就阻止了病毒HR2和HR1相互作用，也就不能形成六聚體進入病毒細胞。

我們也發(fā)現(xiàn)了抗MERS冠狀病毒多肽。2012年中東地區(qū)出現(xiàn)了MERS冠狀病毒，已經(jīng)傳到全世界27個國家，近2500個確診病例，病死率達到34%。這個病毒最初來源于蝙蝠，中間宿主是單峰駱駝。這個病毒是有限人傳人，大部分還是從動物到人。

我們找到HR1和HR2區(qū)域之后，表達了HR1和HR2蛋白，做了X光衍射，發(fā)現(xiàn)它們也可以形成六聚體。這個六聚體和SARS六聚體很相似，一個很長的HR1區(qū)，很短的HR2區(qū)。我們設(shè)計了兩個多肽，HR1P多肽和HR2P多肽，這兩個多肽相互作用形成一個六聚體，和SARS一樣。我們發(fā)現(xiàn)MERS冠狀病毒的HR2P多肽能夠非常有效地抑制MERS冠狀病毒與靶細胞融合，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感染的活性高幾十倍，表明了MERS冠狀病毒可能主要通過表面膜融合。

除此之外，我們又發(fā)現(xiàn)一個廣譜抗冠狀病毒多肽- EK1。

世界衛(wèi)生組織從2015年12月開始發(fā)布可導(dǎo)致大規(guī)模爆發(fā)的嚴重疾病的清單，用于確定公共衛(wèi)生緊急情況下應(yīng)優(yōu)先研究和解決的疾病和病原體。這個名單在2017年首次審視，2018年2月第二次審視并于同月底發(fā)布《預(yù)測流行病行動的研發(fā)藍圖》，包括“有大爆發(fā)危機、難以防范的八大疾病”，即埃博拉、寨卡、SARS、MERS、拉薩熱、克里米亞剛果出血熱、裂谷熱，以及第一次出現(xiàn)的“X疾病”，即由一個不明病原體所引發(fā)的全球性傳染病的大流行。

這個通告發(fā)出以后，我們馬上預(yù)測第一個“X疾病”很可能是由源于蝙蝠的冠狀病毒所引起。石正麗老師的團隊和其他幾個團隊發(fā)現(xiàn)很多來源于蝙蝠的SARS冠狀病毒，可以使用人的ACE2作為受體感染人的細胞。另外來源于蝙蝠的HKU2相關(guān)病毒也可以導(dǎo)致豬瘟流行。他們在云南、山東找到幾個源于蝙蝠的SARS冠狀病毒的直接后代毒株。因此我們當時決定要盡快研發(fā)廣譜的基于多肽的冠狀病毒融合/進入抑制劑。

我們把五個現(xiàn)有的冠狀病毒設(shè)計了5條HR1多肽和5條HR2多肽，檢測這10條多肽對5個不同病毒的細胞融合作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，衍生于不同冠狀病毒HR2P多肽都能有效地抑制同源冠狀病毒的感染，而衍生于OC43的HR2P多肽可以抑制所有的5種冠狀病毒的感染。表明了OC43的HR2P多肽可能是一個廣譜多肽。我們把OC43多肽進行了修飾，引入了帶有正電荷和負電荷的氨基酸，形成一個內(nèi)部鹽橋，使其更穩(wěn)定更有效，這就是EK1多肽。我們發(fā)現(xiàn)EK1比OC43多肽具有更高的抑制活性，而且對我們檢測的幾種冠狀病毒，包括人的冠狀病毒和3種來自蝙蝠的冠狀病毒都有效，對細胞融合、假病毒和活病毒感染都有很好的抑制效果。

我們做了動物實驗，發(fā)現(xiàn)EK1多肽能有效地治療和預(yù)防OC43和MERS冠狀病毒對小鼠的感染。

我們對這幾個病毒的序列進行分析，發(fā)現(xiàn)他們關(guān)鍵的作用位點非常保守，我們稱為a、d和e、g位點，這就是為什么我們設(shè)計一個多肽，能夠和所有的人冠狀病毒的S蛋白HR1區(qū)結(jié)合形成六聚體，發(fā)揮廣譜抗冠狀病毒的作用。

新冠病毒出現(xiàn)以后，我們立即檢測了EK1多肽的抗病毒作用。大家知道從1月首先在武漢地區(qū)報道的新冠病毒感染，至今不到4個多月，全世界超過200萬人感染，造成13萬人的死亡。這個傳播速度是以前沒有過的。

我們很快把新冠病毒S蛋白序列分析出來了，找到它的HR1和HR2區(qū)，設(shè)計了衍生于新冠病毒HR2區(qū)的多肽，實際上，這個多肽和SARS冠狀病毒S蛋白的HR2區(qū)的氨基酸序列是完全一樣的。

我們發(fā)現(xiàn)無論是新冠病毒的HR2多肽(HR2P)，還是EK1都能夠和新冠病毒HR1P多肽形成六聚體。我們建立了細胞融合實驗，發(fā)現(xiàn)EK1能夠有效地抑制S蛋白介導(dǎo)的細胞融合，也能抑制假病毒的感染。

同樣我們也解析了它的六聚體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)新冠病毒和其它冠狀病毒的結(jié)構(gòu)非常相似，也是由長的HR1和短的HR2形成一個核心的融膜結(jié)構(gòu)。

我們對EK1多肽進行了優(yōu)化，在其C端用不同長度的PEG連接膽固醇，后來發(fā)現(xiàn)其中一個叫做EK1C4的活性比EK1和新冠病毒HR2P多肽細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，可以說是最有潛力的廣譜抗冠狀病毒藥物的候選，它的半數(shù)有效抑制濃度（IC50）可以到1.3nmol，這是非常有效的。

我們發(fā)現(xiàn)EK1C4能夠抑制6種人的冠狀病毒的膜融合，3種蝙蝠的冠狀病毒的膜融合，而且活性比EK1多肽高出100到200倍。它還能抑制人的冠狀病毒（假病毒）和2種蝙蝠SARS相關(guān)病毒（假病毒）感染活性。除此之外，我們還研究了其對5種活的人冠狀病毒的作用，包括MERS冠狀病毒、新冠病毒、OC43、229E以及NL63，發(fā)現(xiàn)它同樣有非常好的抑制作用。

這些工作證明，EK1C4脂多肽是高效廣譜的抗冠狀病毒多肽，將來有望能以鼻腔噴霧或者吸入劑的形式預(yù)防和治療新冠病毒、SARS-CoV、MERS-CoV感染，也可以預(yù)防和治療將來新發(fā)與再現(xiàn)的SARS相關(guān)病毒(SARSr-CoV)的感染，這是非常廣譜的。

下面總結(jié)第二部分內(nèi)容，廣譜抗冠多肽是防控現(xiàn)在和未來新冠疫情的最佳武器之一。刺突蛋白HR1區(qū)是研發(fā)廣譜抗冠多肽藥物的最佳靶點之一。因為它是S蛋白中最為保守的區(qū)域，特別適合于研發(fā)多肽藥物。這個區(qū)域只能讓40kD以下的多肽或小分子蛋白進去，而抗體的分子量在150kD進不去，因此并不適合開發(fā)抗體。但小分子又太小，沒有力量阻止病毒HR1和HR2區(qū)的相互作用，所以最適合研發(fā)多肽。

這個多肽容易規(guī)?；a(chǎn)，生產(chǎn)成本遠低于抗體。我們現(xiàn)在國內(nèi)有很多大的多肽公司，把序列交給公司以后，大概一個月或兩個月可以生產(chǎn)一公斤的cGMP多肽用于臨床使用。其成本是遠遠低于生產(chǎn)抗體的成本。多肽粉可以在常溫下儲存和運輸，而抗體必須要低溫儲存和運輸。多肽可用于預(yù)防和治療冠狀病毒感染，可以用鼻腔噴霧和霧化吸入，這個使用方法既方便又安全。比如我們要參加一個聚會，吃飯的時候不能戴口罩，可以帶上這個小噴霧瓶，提前自己噴上，避免被別人感染。如果你得了新冠肺炎感染以后，可以買一個小的霧化吸入器放在家里面，多肽進入肺泡以后抑制病毒復(fù)制和感染，病毒載量大大降低，造成的肺損傷概率也明顯降低。同時因為降低肺部病毒載量，也減少了感染家人或其他人的機會，可以說一舉兩得。

姜世勃/復(fù)旦大學(xué)病原微生物研究所所長