各国展开新冠疫苗研发竞赛，我国五条技术路线正在同步推进。这五大路线如何理解？应用了哪些转基因技术？最快何时应用？
文/陶黎纳（复旦大学公共卫生硕士，从事预防接种管理工作15年）
3月11日，世界卫生组织宣布，冠状病毒已经构成全球性大流行。
3月18日，著名游戏《瘟疫公司》里最难被感染、只要被感染玩家就基本获胜的格陵兰岛，也沦陷了。
▲游戏《瘟疫公司》截屏，白色的是未感染的格陵兰岛
3月27日，美国累计确诊病例8.5万，超过中国的8.2万，成为世界第一。
截止3月底，全球共有超过多个国家/地区出现疫情，有人的地方就有病毒。
毫无疑问，人类已经面临百年来最大的一场瘟疫。
就像很多瘟疫灾难片，最后的希望是某种神奇的解药。现实世界里，这种神奇的解药只可能是疫苗，但疫苗通常没那么快研发出来。
和平年代，一种疫苗从开始研发到最终上市，至少需要5～10年时间。现在不是和平年代，现在是全人类与病毒短兵相接的大战时刻，对疫苗的需求比以往任何时候都迫切。好在当前的疫苗技术也是今非昔比，完全有可能在保证安全和有效的前提下，用最快的速度研发出可供大规模人群使用的疫苗。
最快的疫苗研发速度有多快？
2月11日，世界卫生组织总干事谭德赛说疫苗需要18个月，3月27日他再次表态说疫苗需要12～18个月。远水解不了近渴，等疫苗研发出来，全人类都可能已经感染过病毒，灾难已然发生，疫苗恐怕只能保护新生儿了。
2月21日，在国务院疫情联防联控机举行的发布会上，国家卫健委宣布：
我国目前有5条疫苗研发技术路线在同步开展，分别是灭活疫苗，重组基因工程疫苗，腺病毒载体疫苗，流感病毒载体疫苗，核酸疫苗。估计最快在今年4月份可以有部分的疫苗进入临床试验。
本来，疫苗在4月份进入人体临床试验已经是非常快的速度了。实际速度更快，我们的腺病毒载体疫苗于3月16日就开始人体临床试验，与美国的mRNA疫苗人体临床试验几乎同时进行。
然而疫苗还需要再快，笔者认为：我国的冠病疫苗最快可能在6月底前大规模人群使用，但这不算常规意义上的上市。
为何有这样的判断？让我们来了解一下冠病疫苗研发的若干种技术。
下面把我国现役疫苗使用的技术和此次冠病疫苗研发使用的技术整合在一起介绍，读者即可了解疫苗研发技术的全貌，又可以把握冠病疫苗研发的技术水平与成功可能性。我把疫苗的三个关键参数进行量化评估，分别是安全性、有效性和量产性，满分为五颗★。
1
活疫苗
安全性：★★★
有效性：★★★★★
量产性：★★★
发明于年的预防天花的牛痘疫苗，是第一种人类公认的疫苗，这是一种活疫苗，含有活的牛痘病毒。人类通过接种牛痘疫苗以及改良后的天花疫苗，于年消灭了天花。现在，人类已经不需要接种牛痘/天花疫苗了，不过活疫苗技术还在广泛使用。
现役疫苗中活疫苗有：卡介苗（预防结核病）、脊灰活疫苗、麻腮风疫苗（包括麻疹、腮腺炎和风疹疫苗的排列组合）、乙脑活疫苗、甲肝活疫苗、水痘疫苗、轮状病毒疫苗、黄热病疫苗、炭疽疫苗、鼠疫疫苗、布病疫苗。
上面这些疫苗名称中，有些没有用，是因为该疫苗目前只有活疫苗，无需特别说明。疫苗名称里提到的，表示该疫苗还有未使用活疫苗技术生产者。
活疫苗里含有活病原体，通常可以引起人体轻微/隐性感染。这种感染模拟了自然感染，所以活疫苗的预防效果通常优于非活疫苗。但是，活疫苗的缺点也比较明显。
首先，要得到不引起人体严重感染的病原体并不容易，通常要经过长期培养和不断试验才能偶得，这次冠病疫苗研发路线里没有活疫苗技术，关键就是时间上不允许。
其次，不同活疫苗里病原体的致病能力各不相同，总体来说安全性不如非活疫苗。有些活疫苗的安全性很好，比如乙脑活疫苗和甲肝活疫苗，没有引发有症状感染的报告。有些则会引起明显的感染，比如90%的卡介苗接种者会有局部溃疡，还有1‰的卡介苗淋巴结炎；脊灰活疫苗有几十万分之一的概率会导致肢体永久性瘫痪。麻腮风疫苗和水痘疫苗则可以引起轻症感染，但并不严重。
活疫苗需要培养病原体，还需要提纯，再加入稳定剂等，产量一般，并不适合紧急情况下的大量供应。
2
灭活疫苗
安全性：★★★★
有效性：★★★★
量产性：★★★
活疫苗之后的技术就是灭活疫苗，相对于活疫苗来说安全性更好，肯定不会导致人体感染。由于不能模拟自然感染，其效果略逊于活疫苗，但可以通过增加剂量和接种剂次的策略弥补。
现役疫苗中灭活疫苗有：脊灰灭活疫苗、乙脑灭活疫苗、甲肝灭活疫苗、狂犬病疫苗、手足口疫苗、霍乱疫苗、钩体疫苗、出血热疫苗、森脑疫苗。
上面这些疫苗名称中，有些没有用，也是因为该目前疫苗只有灭活疫苗，无需特别说明。
灭活疫苗虽然不像活疫苗那样需要担心感染导致严重不良反应，但灭活疫苗工艺过于简单粗暴，是把病原体整个杀灭后直接做成疫苗，疫苗关键成分就是整个灭活的病原体。然而灭活的病原体太大了，成分过于复杂，真正能让身体产生免疫力的，其实只是其中一小部分，其余部分非但没用，还会增加不良反应。
以流感疫苗为例，最初的流感疫苗叫做全病毒疫苗，就是含有整个灭活的流感病毒，然而因为不良反应太大而被淘汰了。目前最常用的流感疫苗叫做裂解疫苗，可以理解为把流感病毒大卸八块后的碎片做成疫苗，效果还不错，不良反应也小多了。还有一种流感疫苗叫做亚单位疫苗，可以理解为病毒碎片的碎片，不良反应更小了，但效果似乎也差了一点，所以并不主流。
总体而言，灭活疫苗不需要找到病原体上那个关键的、可以产生免疫力的组分，所以容易实现。如果不良反应不是太大，这不失为一种简单而低成本的疫苗技术。另外，如果病原体引发人体免疫的关键成分难以确定，也只能采用灭活疫苗技术了。
这次冠病疫苗技术路线之一就是灭活疫苗，这其实是5条技术路线中最落伍的一条。在疫苗不良反应不明确的情况下采取这种技术，只是为了提高成功的保险系数。因为其他4条技术路线都针对冠状病毒的S蛋白，万一失败呢？这种情况下，灭活疫苗或许还有成功的机会。
灭活疫苗也需要培养病原体，还需要提纯，再加入稳定剂等，产量一般，而且由于效果略逊，所以需要的剂量通常要大于同种活疫苗。比如，脊灰灭活疫苗需要的病毒量大约是活疫苗的倍。如果冠病疫苗的灭活疫苗和基于S蛋白的疫苗都成功了，那么灭活疫苗在产能和安全性上也很可能处于明显劣势，当超级替补的可能性很大。
3
组分疫苗
除了活疫苗和灭活疫苗，其他疫苗都是组分疫苗，只是技术实现方式不同，可以再细分为常规组分疫苗和转基因组分疫苗，后者还可以再细分为体外表达和体内表达。冠病疫苗的其他4条技术路线，都属于转基因组分疫苗，但技术各不相同。
组分疫苗不是活疫苗，因为没有活病原体；组分疫苗也不算灭活疫苗，因为不含完整的病原体全尸。组分疫苗只是把病原体上那个关键的、可以产生免疫力的组分做成疫苗。从逻辑上来说，灭活疫苗和组分疫苗可以称为非活疫苗，与活疫苗对应。
上图涵盖了目前所有的疫苗研发技术，可以看到转基因技术已在疫苗领域被广泛应用。在食品领域，很多人谈转基因色变，然而在医药领域转基因已经是一种不可或缺的技术。目前，所有合法上市的转基因食品或药品都非常安全，建议大家不要相信网上各种转基因谣言。
前面已经介绍了活疫苗和灭活疫苗，下面介绍最重要的组分疫苗技术。
▍常规组分疫苗
安全性：★★★★★
有效性：★★★★
量产性：★★★
现役疫苗中常规组分疫苗有：白百破疫苗（包括白喉、百日咳和破伤风疫苗的排列组合）、流感嗜血杆菌疫苗、流脑疫苗、肺炎球菌疫苗、伤寒疫苗。
白百破疫苗里的白喉和破伤风成分都是类毒素蛋白；百日咳成分是百日咳毒素、丝状血凝素等；流感嗜血杆菌疫苗就是荚膜多糖与蛋白的结合物；流脑疫苗和肺炎球菌疫苗有多糖疫苗和多糖与蛋白结合的结合疫苗；伤寒疫苗目前只有多糖疫苗。
不同的组分疫苗选择的病原体关键成分各不相同，但其作用机制主要有两类，一类是中和毒素（白喉和破伤风），另一类是阻止病原体与人体细胞结合。
除了灭活疫苗，全球所有冠病疫苗都是针对病毒表面的突触蛋白（S蛋白）。S蛋白被认为是冠状病毒表面与人体细胞上ACE2受体结合的关键成分，所以组分S蛋白疫苗的机制就是让抗体与S蛋白结合，使其丧失与人体细胞结合的能力，病毒无法进入细胞就不能感染人体了。
常规组分疫苗也需要培养病原体，还需要提取出病原体上的疫苗关键成分。有时候，这种关键成分还需要加入佐剂或进行加工处理，才能取得较好的预防效果。常规组分疫苗产量不高，但好在成分比较精确，安全性明显优于灭活疫苗。
冠病疫苗技术路线中没有常规组分疫苗，也并不意外。常规组分S蛋白疫苗需要培养病毒后，再从病毒颗粒上提取S蛋白，这个提取工艺并非现成，还需要研究，提取过程还会有损耗导致S蛋白产量不高，这样折腾还不如直接把病毒灭活做成疫苗。
转基因组分S蛋白疫苗则是另一番景象。
▍体外表达疫苗-重组疫苗
安全性：★★★★★
有效性：★★★★
量产性：★★★★
现役疫苗中重组疫苗有：乙肝疫苗、戊肝疫苗、宫颈癌疫苗。
转基因技术分为体外表达和体内表达两种。体外表达技术指在人体外合成疫苗关键成分，体内表达就是在人体内合成疫苗关键成分。
体外表达技术在乙肝疫苗、宫颈癌疫苗和戊肝疫苗上使用的历史有30年、14年和8年。乙肝疫苗的关键成分是乙肝表面抗原。历史上，最早的乙肝疫苗需要从乙肝携带者血液中提取乙肝表面抗原，产量不高且有潜在的安全风险，现在已经全都是转基因疫苗，产量高，质量好，竞争激烈，已然白菜价，我国政府采购给婴幼儿免费接种的乙肝疫苗价格只有3.1元/支。
体外表达技术在疫苗领域已经非常成熟，所以冠病疫苗技术路线第2条就是，这很容易理解。这种技术是把编码疫苗成分的基因转到特定微生物，后者很容易大量培养，顺便就把疫苗成分批量生产出来了，提纯一下就是疫苗了。
乙肝疫苗的转基因技术用到了3种微生物，分别是酿酒酵母、汉逊酵母和CHO细胞。酿酒酵母有时也称啤酒酵母，对！就是生产啤酒发酵用的酵母。
戊肝疫苗的转基因技术用大肠杆菌，宫颈癌疫苗则用了酿酒酵母、大肠杆菌和昆虫粉纹夜蛾的细胞。
目前，天津大学生命科学学院黄金海团队已经用酿酒酵母生产出组分S蛋白疫苗，还有重庆智飞旗下的龙科马公司用CHO细胞生产出了组分S蛋白疫苗，预计4月份开展人体临床试验。
酿酒酵母和CHO细胞的组分S蛋白疫苗获得初步成功，这意味着，我国其他具备这些技术的疫苗企业（深圳康泰、华兰生物、北京天坛、大连汉信、华北金坦），都有可能略作调整就能大批量生产组分S蛋白疫苗，成为我国冠病疫苗供应的最大保障。
▍体外表达疫苗-病毒载体疫苗
安全性：★★★★★
有效性：★★★★★
量产性：★★★★
现役疫苗中尚未应用这种技术。
然而，卫健委提到的5条技术路线有1条就是流感病毒载体疫苗，并解释其机制是：
用减毒的流感病毒疫苗作为载体，我们已经有批准上市的减毒的流感病毒疫苗，在这个流感病毒上面，增加一个新冠病毒的蛋白。
减毒的流感疫苗就是流感活疫苗，采用喷鼻方式接种，其中含有适应低温的流感活病毒。这种活病毒在低于37度的上呼吸道内能有限复制但不致病，在37度的肺内则无法复制。从理论上说，这种流感活疫苗可以模拟自然感染，产生较为全面的免疫力，效果略优于流感裂解疫苗或亚单位疫苗，但还需实践检验。
我国内地目前有一种批准上市的喷鼻剂型流感活疫苗，香港大学也有一款同类疫苗。根据笔者了解，卫健委提及作载体的流感活疫苗，应该是指香港大学的疫苗。
冠病疫苗的流感病毒载体技术，应该是把S蛋白基因转入载体流感病毒的基因内，让载体流感病毒表面长出S蛋白，人体对这种流感病毒产生免疫力的同时，也能对冠状病毒免疫，可谓一箭双雕。
由于通过流感活病毒模拟感染来预防冠状病毒，每剂疫苗需要的流感活病毒量不会太大，相当于提高了疫苗的产能。
不过这种技术还未有人用疫苗上市经验，研发和生产过程中会遇到怎样的问题上无法估计，时间上存在很大的不确定性。
▍体内表达疫苗-病毒载体疫苗
安全性：★★★★★
有效性：★★★★★
量产性：★★★★
现役疫苗中，非常规使用的埃博拉疫苗已经使用该技术，目前已知的有天津康希诺、美国默沙东、美国强生的埃博拉疫苗均使用了腺病毒载体技术。默沙东的埃博拉疫苗已经于年底通过了世界卫生组织的预认证。
这也是卫健委提到的5条技术路线，而且是我国最早（3月17日）上人体临床试验的冠病疫苗。据志愿者们透露，陈薇院士团队的11人，早在2月29日就已经接种该疫苗。
腺病毒载体技术也把S蛋白基因转入载体腺病毒的基因内，但与流感病毒载体疫苗不同的是，腺病毒表面不会长出S蛋白。接种该疫苗后，腺病毒载体会进入细胞，由于基因缺陷，腺病毒本身无法复制，但其基因内的S蛋白基因会启动产生S蛋白，这种S蛋白会从细胞内转移到细胞外，这个过程也类似感染过程，所以也能产生良好的免疫效果。
腺病毒载体技术相当于把人体细胞当作了疫苗工厂，大大简化了疫苗生产过程。无法自我复制的腺病毒会被人体免疫机制清理掉，安全性非常好，人体内S蛋白的生产过程可以维持1～2周，持续刺激人体产生免疫力。
腺病毒载体冠病疫苗的人体试验只安排了1剂，美国同时开展的mRNA疫苗，则需要间隔1个月接种2剂。就笔者目前掌握的信息，其他技术路线的冠病疫苗估计都至少需要2剂。所以，腺病毒载体疫苗在节约疫苗、节约医疗资源、减少受种者就医成本方面具有明显优势。
腺病毒载体疫苗可以利用人体工厂产生S蛋白，所以每剂疫苗需要的病毒量不太大，目前试验用剂量是亿～1亿个腺病毒颗粒，重约50～微克。假定10微克S蛋白疫苗可以与0亿个腺病毒的疫苗效果相当，那么这些S蛋白对应的冠状病毒量估计是腺病毒量的倍，可以认为腺病毒载体疫苗的产能优势也很明显。
▍体内表达疫苗-mRNA疫苗
安全性：？
有效性：？
量产性：★★★★★
DNA和mRNA都是核酸，基于这两种技术的疫苗都是核酸疫苗。
核酸是生命的遗传物质，核酸里带有编码生命各种成分信息的那部分又被叫做基因，基因可以理解为生命的图纸。DNA是原始图纸，mRNA是从复制版图纸，图纸可以生产出各种蛋白质，实现生命的各种功能。
mRNA前的m是message的意思，通常被称为信使RNA。mRNA的功能是将DNA的编码信息从细胞核中复制出来，然后与另外两种RNA一起合成蛋白质。
腺病毒载体疫苗需要把疫苗图纸通过载体带入人体细胞，mRNA疫苗则简单粗暴，直接把疫苗图纸注入人体，让人体细胞用这段外来图纸合成疫苗成分。
核酸疫苗相比非核酸疫苗，有一个突出优势，就是可复制，产量惊人。非核酸疫苗，无论是活疫苗还是灭活疫苗还是组分疫苗，其成分是多糖或蛋白质或者病原体，都无法直接复制，必须有一个培养和提取的过程。
核酸疫苗的生产过程也可能是颠覆性的，很可能只需要一个房间就够了。非核酸疫苗则通常需要一个车间、一条流水线去培养微生物、收获蛋白质/多糖、提纯等。
如果mRNA疫苗真的成功了，还有一个碾压传统疫苗的优势。mRNA就是一根链条，可以把预防A病、B病、C病……的链条串在一起，做成一条长链条，这就相当于多联疫苗。接种这种多联mRNA疫苗就可以预防N种疾病，预防接种将变得非常简单高效，那可以说是疫苗革命。
美国最先开展人体试验的冠病疫苗，来自mRNA疫苗巨头Modena公司。该公司在过去的四年中开展了9项mRNA疫苗的第1期人体临床试验，有超过0人接受了该技术的疫苗。
Modena公司的mRNA技术冠病疫苗，未开展动物试验即上人体临床试验了，这种极不寻常的做法基于该公司多年的经验积累，实际风险并不大。
国内上海的斯微生物也正在研发mRNA的冠病疫苗，但还需要经过动物试验，预计将在4月中旬后开展人体临床试验。
mRNA疫苗最大的缺点是容易降解，Modena公司的核苷修饰技术能极大提高mRNA的稳定性，还能调节mRNA药物在体内的半衰期，不过其冠病疫苗仍然需要间隔1个月接种2剂。我国的腺病毒载体疫苗只需接种1剂，比Moderna的疫苗节约1个月。3期人体临床试验下来，我国理论上至少比美国快3个月。
mRNA疫苗前景很美好，但目前全球还没有mRNA疫苗进入第2期人体临床试验，更不要说上市的成熟疫苗了。所以，mRNA技术研发冠病疫苗是否一定能成功，还存在较大的不确定性。
▍体内表达疫苗-DNA疫苗
安全性：？？？
有效性：？
量产性：★★★★★
mRNA是把复制版图纸送入人体，DNA疫苗是把原版图纸送入人体。
但是，与mRNA疫苗不同的是，DNA疫苗需要把DNA送入到细胞核内，再拷贝到mRNA上，之后的疫苗组分生产过程就和mRNA疫苗很相似了。如果这种外来DNA与细胞自己的DNA整合，会有怎样的安全性风险？这是目前最担心的。
1月28日媒体报导，美国Inovio公司与苏州的艾棣维欣生物合作用DNA技术研发冠病疫苗，但没有后续消息。
3月8日媒体报导，上海公共卫生临床中心的徐建青团队正在用DNA技术研发的冠病疫苗，他本人于2月26日给自己接种了1剂，两周后接种第2剂（这个不能算人体临床试验）。当时该疫苗已完成小鼠动物试验，针对灵长类动物的动物试验正在进行。
mRNA疫苗至少有0人的第1期人体临床试验经验，但DNA疫苗还没有人体临床试验的报导，其成熟度还不如mRNA疫苗，不应对DNA技术抱太高的期望值。
总结
我国的冠病疫苗研发技术路线，除了传统的灭活疫苗，其他都是基于转基因技术的高科技路线。其中，组分疫苗和腺病毒载体疫苗在技术和生产方面最成熟，取得成功的可能性最大。
全球冠状病毒疫情进展速度惊人，急需疫苗解围。在这种危急形势下，笔者认为疫苗研发速度还可以加快：
第1期人体临床试验确认安全性和观察抗体可以压缩到1个月左右（到4月中旬）；
之后尽快开展数百人对照的第2期人体临床试验，进一步验证安全性和抗体水平，再需要1.5个月左右（到6月初）；
完成2期人体临床试验的疫苗，已经具备了相当可靠的安全性和有效性，可以尝试量产，最快6月底前可以准备出上百万支疫苗用于医务人员、警务/边检人员的应急接种。
出品：科普中央厨房
监制：北京科技报
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