金笔奖 | 疫苗背后的无名英雄：佐剂

随着新冠疫苗的爆火，其背后的无名英雄——佐剂也从幕后走向台前，被更多人所熟知。从名字上看，佐剂似乎有着"辅佐"的意思。事实上，佐剂并不是疫苗中的配角，它起的作用非常关键。那么到底什么是佐剂？它在疫苗中发挥了什么样的作用？目前进展如何？

疫苗脱颖而出的秘密——佐剂

疫苗一般包括两种成分：抗原和佐剂。抗原通常由源自病原体的蛋白质或化合物组成，机体需要对其产生适应性免疫反应。佐剂是一种添加到疫苗中以刺激和增强免疫反应强度和持久性的物质。

       图注：佐剂对免疫应答的影响（来源：参考资料1）

"佐剂"一词源自拉丁语"adjuvare"，有"帮助"或"协助"之意，是由法国兽医加斯顿·雷蒙（Gaston Ramon）所创造。1925年，这位法国兽医在马身上试用一种新的白喉疫苗时意外地发现：一些动物的注射部位会出现脓肿，而这些动物也往往会产生更强的免疫反应。这让他开始思考：是不是可以在疫苗中添加什么物质来促使这种情况的发生？

接下来，加斯顿·雷蒙分别在注入动物的疫苗里添加了各种奇奇怪怪的物质：木薯、淀粉、琼脂、卵磷脂、甚至面包屑。最终，实验是成功的。那些注射了含有前述物质疫苗的动物，比那些只注射不含添加物的疫苗的动物，所产生的抗体要多得多。佐剂由此而生。

佐剂发展史

当前，疫苗的发展已经历了三代。一代疫苗包括减毒疫苗和灭活疫苗，是使用完整的病原体作为疫苗；二代疫苗将抗原精简为病原体的蛋白或多糖，通过基因重组技术来实现抗原设计，并在体外表达和提纯；三代疫苗则是将抗原简化成顶层的核酸物质，接种后借用人体细胞实现一步到位的胞内抗原表达。当前疫苗技术升级正处于二代疫苗向三代疫苗迈进的节点，但二代疫苗仍是当今疫苗行业主体。

一代疫苗因其本身成分具有佐剂性质，因此不需要佐剂；二代疫苗虽然提高了安全性，但却存在免疫原性不强的问题，需要佐剂来提高免疫原性。因此，佐剂的创新，能带动二代疫苗有所突破。

然而，佐剂的发展是极其缓慢的。自加斯顿·雷蒙提出佐剂概念后，1926年，Glenny等学者发现用铝盐沉淀的白喉类毒素悬液比单纯的白喉类毒素具有更好的免疫效果，由此发明了铝佐剂自此之后铝佐剂被广泛用于疫苗制造，70多年来，它一直是获批疫苗产品中唯一的佐剂。

1997年，MF59作为佐剂的三价流感疫苗Fluad在欧洲获批，是继铝佐剂后第一个被列入人用新型疫苗的佐剂，是疫苗佐剂历史上又一个重大里程碑。迄今为止，近百年时间里，FDA批准上市的新型佐剂也仅有七款，除铝佐剂外，其他分别是 MF59、AS04、AS03、AS01、CpG1018，以及新冠紧急使用的Matrix-M佐剂。

       图注：FDA批准上市的佐剂类型

（Matrix-M未包括在内，来源：参考资料3）

佐剂的分类和作用机制

从功能上来讲，佐剂一共可分为三类：

配合疫苗递送的佐剂，如铝佐剂、MF59、AS03。

目前铝佐剂主要包括氢氧化铝佐剂和磷酸铝佐剂两种，是应用最广的一种免疫佐剂。作为一种吸附剂，铝佐剂能从溶液中强烈吸附蛋白质抗原，形成沉淀。当其接种到机体内后可形成一个"抗原库"，缓慢释放出抗原，充分延长了抗原的作用时间，同时还能促进局部巨噬细胞的应答。

MF59是一种使用动物源角鲨烯的水包油（o/w）纳米乳液，其成分包括4%~5％角鲨烯、0.5％Tween 80、0.5％三油酸聚山梨酯（Span 85）。作为疫苗佐剂，MF59被广泛的应用于季节性流感病毒疫苗中。它能够诱导产生比铝佐剂更强的抗体免疫反应。大量数据表明，使用MF59佐剂的流感疫苗对老人和幼儿的保护性比不含佐剂的疫苗要高出一倍。

AS03是葛兰素史克（GSK）研发的一种佐剂，其成分和作用机制与MF59类似，也能诱导比铝佐剂更强的体液免疫反应。

刺激免疫应答的佐剂，如CpG1018、Matrix-M。

CpG 1018佐剂由Dynavax公司研发，是一种TLR9激动剂，既能够刺激B细，促进体液免疫；同时也能刺激树突状细胞活化，进而刺激特异性T细胞、产生记忆细胞，战斗力显著强于传统铝佐剂。

Matrix-M佐剂由Quillaja皂苷制成，可增强Th1和Th2反应，增强免疫细胞运输，节省抗原剂量。在新冠疫苗研发中，Novavax公司的重组蛋白新冠疫苗采用Matrix-M佐剂，在III期临床的总体保护率为89.7%，效果可媲美辉瑞/BioNtech和Moderna的mRNA疫苗。

复合佐剂，如GSK的另外两种佐剂：AS04和AS01。

AS04由由单磷酰脂质体A（MPL）和铝佐剂两种成分组成。其中MPL是一种来自沙门菌脂多糖的减毒衍生物，它可吸附至氢氧化铝佐剂上，激活TLR4反应。目前用AS04作为佐剂预防人乳头瘤病毒（HPV）的疫苗和乙肝疫苗已经上市。相比于铝佐剂，AS04佐剂可诱导更高水平的体液免疫反应和Th1型细胞免疫反应。

AS01由QS21和MPL两个免疫激活剂和脂质体组成。QS21是从南美皂树提取出来的皂素分子，可促进抗原特异性抗体反应。相比于MPL，QS21刺激产生的信号传递途径还未完全了解。QS21与MPL的协同作用使AS01佐剂获得了更高的适应性免疫反应。

GSK的重组蛋白带状疱疹疫苗Shingrix使用AS01佐剂，有效率高达97.2%，且对于70岁以上老年人的有效率完全没有下降。而默沙东采用传统技术的减毒活疫苗Zostavax对于50-59岁人群的有效率为69.8%，对于老年人的有效率显著下降，对于80岁以上人群的有效率仅18%。

由上可知，新型佐剂对提升疫苗的有效性至关重要。然而，百年时间只有寥寥几款佐剂获批，其研发进度为何如此之慢？

百亿市场待开发，国产企业入局抢滩

根据QYResearch的统计，估计2020年全球佐剂市场规模为650.24百万美元，并在 2027年将达到1427.58百万美元，2020-2027年复合增长率CAGR为11.9%。但是由于新佐剂生产难度较高，制造工艺复杂且质量控制标准严格，具有很高的技术门槛，因此其发展一直十分缓慢。到目前为止，我国仍完全依赖国外有限的合格供应商采购获批的佐剂。因此从长远来看，需要加大国产企业在佐剂的研究以解决疫苗行业卡脖子问题。国家《"十四五"医药工业发展规划》也把疫苗新佐剂列入重点开发的生物药技术。国内疫苗行业对于新佐剂的认知程度越来越高，不少企业开始在佐剂方面进行布局。

       图注：2016-2027年佐剂市场规模（来源：QYResearch）

瑞科生物

瑞科生物是全球少数几家能够开发对标FDA批准的人用新型佐剂的公司之一。公司管线中有五款产品应用新型佐剂，其中两款二代HPV疫苗REC604a及REC604b使用的是一款自主研发的对标AS04的新型佐剂，可减少免疫次数（采用两针给药方案），头对头研究结果显示，REC604a免疫两针的中和抗体水平和Gardasil免疫三针相当；带状疱疹疫苗REC610采用了对标AS01的新型佐剂BFA01；成人结核病候选疫苗REC606采用了新型佐剂BFA01（对标AS01）。

针对新冠疫情，公司目前正在研制一款重组蛋白新冠疫苗ReCOV，其采用一款对标AS03的新型佐剂BFA03。2021年11月公司公布ReCOV疫苗在新西兰进行的临床I期试验阶段性数据。数据显示，其总体安全性与耐受性良好，接受1剂ReCOV接种后血清阳转率达100%。

       图注：ReCOV作用机制（来源：瑞科生物招股说明书）

迈科康生物

迈科康生物的新佐剂平台包括两种技术：纳米乳佐剂技术和复合佐剂技术。其重组带状疱疹疫苗采用自主研发的MA105佐剂系统。临床前研究显示，能够同时诱导产生高水平的结合抗体和CD4+T细胞反应，并且 有足够的安全性数据支持。相较于减毒技术路线，其产品能够提供更强的细胞免疫和保护率。

依生生物

依生生物的皮卡佐剂（PIKA）是一种靶向TLR3、RIG-I、MDA5受体的佐剂。能够通过激活先天免疫产生共刺激因子CD40、CD80、CD86，促进抗原呈递细胞的提呈、活化T淋巴细胞，最终同时促进特异性的细胞免疫和体液免疫应答，以获得更强的免疫反应。

       图注：机体识别病毒感染过程中参与的模式识别受体及其配体

       （来源：http://dx.doi.org/10.12677/ojns.2015.33010）

皮卡狂犬病疫苗是由细胞培养衍生的狂犬病抗原与皮卡佐剂结合而成。临床研究表明，与目前广泛使用的狂犬疫苗相比，皮卡狂犬病疫苗可在接种后七日內尽早产生保护水平中和抗体，并诱导更强大的免疫原性应答。

除此之外，国内智飞生物、华普生物、上海泽润、沃森生物、三叶草生物等，也相继加入新型佐剂的研发。

佐剂诞生百年以来，疫苗的研发和应用得到飞速发展，完全改变了人类对抗传染病的历史。为了解决佐剂和疫苗研发速度不匹配的问题，下一步应重视佐剂作用机制的基础研究，全面了解其对免疫系统的影响。目前国内疫苗行业仍面临着被佐剂"卡脖子"的挑战，因此对于我国疫苗行业来说，开发安全有效的新型疫苗佐剂、拓宽佐剂在疫苗中的应用范围任重而道远。

主要参考资料：       

1. Alberta Di Pasquale，et al.Vaccine Adjuvants: from 1920 to 2015 and Beyond, Vaccines 2015, 3(2), 320-343.       

2. Pulendran B, et al. Emergingconcepts in the science of vaccine adjuvants，Nat RevDrug Discov. 2021.       

3. https://new.qq.com/rain/a/20210616a0139600.       

4. https://www.bbc.com/future/article/20201027-what-is-added-to-vaccines.  5. HogenEsch H, O'Hagan DT, Fox CB. Optimizing the utilization ofaluminum adjuvants in vaccines: you might just get what you want. NPJ Vaccines.2018 Oct 10; 3: 51. doi: 10.1038/s41541-018-0089-x.       

6. https://www.nature.com/articles/s41573-021-00163-y.

作者简介：@小饼，药学硕士，现为疾控工作人员，每天游走于纷繁复杂的数据里，深感自己渺小的同时，又庆幸能够见证中国生物医药发展的黄金时代。希望和各位共同学习、提高。