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深度对话|新冠变异病毒不断出现,对未来有何启示?

一年前,药明康德内容团队对两位传染病领域的专家何大一教授与洪志博士进行了专访,在疫情早期探讨了疗法开发和疾病防控等话题。一年很快过去了,不幸的是,疫情迄今仍未得到有效控制,全球累计感染病例数也已经超过一亿。更令人担忧的是,在英国,在南非,在巴西,多种变异病毒正在出现,增强病毒传播力的同时,还削弱了已有疫苗和疗法的保护力。这些变异病毒为何能逃脱抗体的中和?面对未来可能出现的新变异,行业需要怎样的研发新策略?新冠会变得和流感一样,每年都出现吗?带着这些问题,我们时隔一年,再次与何教授以及洪博士进行了深度对话。
 
编辑 | 药明康德内容团队
 
药明康德内容团队:感谢何大一教授与洪志博士接受我们的采访,我们先从何教授最近发表的一篇论文谈起吧。这篇论文分析了针对S蛋白受体结合域(RBD)和N端结构域(NTD)的单克隆抗体,发现后者对变异病毒的保护效力更低。这是为什么呢?
 
何大一教授:是的。大约在6到7个月前,我们分离出了一批针对NTD的单克隆抗体。尽管它们也有一定的中和效力,但和针对RBD的单克隆抗体相比,效力要低好几倍。当然,这也要看你使用什么方法来评估中和效力。如果你使用高表达ACE2受体的细胞去做分析,那么显然针对NTD的抗体,中和效果会更低。如果你使用Vero细胞系,中和效果就会更明显一些,这与体内效应(in vivo effect)有关。如果我们去看仓鼠或者其他动物模型,针对NTD的抗体还是非常有保护效力的,虽然比最强力的RBD抗体还是要弱一些。这些数据告诉我们,针对NTD的抗体还是可以起效的。
 
现在我们看到,无论是英国发现的变异病毒(B.1.1.7),还是南非发现的变异病毒(B.1.351),在NTD上都有很多的突变,这些突变和我们在实验室环境中,在抗体的选择压力下出现的突变也是一样的。这些结果表明针对NTD的抗体还是有抗病毒的效果,这才让病毒选择了那些能逃逸抗体效果的突变。
相比原始新冠毒株,B.1.1.7突变株(英国发现)和B.1.351突变株(南非发现)出现了大量突变丨来源:参考资料[1]
 
洪志博士:我同意何教授的观点。病毒之所以会出现逃逸,是因为存在选择上的压力。而之所以会出现选择上的压力,是因为存在一些中和抗体结合的“热点”。从这个角度看,NTD应该是中和抗体的一个结合热点,不然不会产生选择压力,也就不会产生后续的逃逸。这一切是能说通的。
 
当然我们还在试图理解为什么针对RBD的抗体能更好地控制变异病毒。可能RBD也有中和抗体的结合热点,但热点的分布比NTD要更为分散。另外,RBD上的突变也要考虑功能性的约束。RBD的主要功能是结合ACE2受体,如果这个区域突变太多,就会影响与ACE2的结合。所以一方面RBD会在选择压力下出现突变,进行逃逸,另一方面还需要维持其功能,限制了突变的可能。
 
何大一教授:我知道很多人对背后的机理感兴趣。我们现在有一篇关于NTD“超级位点”(supersite)的论文,正在Cell Host & Microbe杂志送审。我们发现除了少数几个例外,大部分针对NTD的抗体都会与这个超级位点结合,这就是许多病毒一旦变异,就能轻易产生逃逸的原因。
药明康德内容团队:在南非发现的变异病毒里,RBD上存在好几个突变,比如K417N,E484K以及N501Y。它们各自在病毒逃逸抗体中和的过程中扮演了怎样的角色?
 
何大一教授:从影响抗体中和的角度讲,E484K的影响是优势性的,它能在很大程度上影响很多抗体的中和效果。我们也知道这个突变还会影响康复者血清,以及疫苗接种者血清的中和效果。所以它是一个主要的突变。但对于另一些抗体,这个突变的影响相对有限,我们知道有一些抗体不怎么受这个突变的影响。
 
K417N会影响一些抗体的效果,包括了几个在临床开发之中的抗体。但和E484K比起来,它的影响要小一些;N501Y是很多变异株都具有的一个突变,其他团队的一些证据表明它能更紧密地结合ACE2。但它在免疫原性上的影响很小,看似没有影响到大部分的主要在研抗体。
 
但很重要的一点在于,我们需要意识到这可能只是病毒变异的一个开始。我们相信一些突变会带来重要的免疫原性变化,而现在也看到很多变异病毒都演化出同样的突变,尤其是占优势的E484K。只要病毒在世界的某地依旧在复制,就有可能出现这样的突变。这些变异病毒不一定是从其他地方传播过来,也有可能是本土演变出现的类似变异病毒。比如在英国发现的变异病毒里,也出现了E484K的突变。
三个主要突变的位置丨来源:参考资料[1]
 
洪志博士:我觉得这个发现非常有意思。如果你从选择压力来考虑,会觉得应有更多的突变,但实际上只有三个主要的突变。而且很明显,这些突变不是随机的。事实上,在巴西发现的变异病毒(B.1.1.28)也出现了类似的三个突变(K417T、E484K以及N501Y)。所以我们可以看到来自世界各地的变异病毒,最终在ACE2结合的位置都出现了几个共同的氨基酸突变,这一点很神奇。
 
所以我觉得这还是和RBD与ACE2的结合能力有关。新的突变必须保留它结合ACE2的能力,不然就会失去感染能力,对病毒本身是不利的。这三个突变都在和ACE2结合的区域,它们不但没有阻碍与ACE2的结合,有时还增强了它们的结合能力,从而增强了它们的感染能力。这三个突变给了我们一些新的知识。
 
我们正在试图搞明白为何这些变异病毒会影响部分抗体,而不是所有抗体的中和能力。这可能是因为每个抗体的结合位置或多或少与ACE2的结合位置有所重叠,有的抗体重叠多一点,另一些抗体的重叠少一点。重叠多的抗体其中和能力可能会受到ACE2功能的保护。
 
药明康德内容团队:刚才两位也提到了不同抗体的效果。从何教授的论文看,一些抗体对于变异病毒依旧可以保留相当的中和能力。这是因为这些抗体具有特殊的设计吗?还是只是单纯的幸运?
 
洪志博士:腾盛博药的两款抗体对变异病毒有较好的中和能力。从Brii-196的角度看,它对变异病毒有效,可能因为幸运,也有可能是因为它与ACE2结合位点的重叠性较大。但另一款抗体Brii-198的结合位点在S蛋白的侧面(结合位点高度保守),它几乎不受变异病毒的影响。其它一些对变异病毒表现不佳的抗体,它们与ACE2的结合位点可能有不一样的重叠方式,没有受到ACE2的功能保护。
不同抗体对变异病毒有着不同的中和活性丨来源:参考资料[1]
 
何大一教授:我和一些公司的科学家们交谈过,他们更多归因于运气。当时有很多可供选择的抗体,而变异病毒都还没有出现。所以他们的选择是基于非常理性的方式——如果想要选择几种抗体做组合疗法,那么从定义上看,这些抗体必须结合不同的位点,所以人们很自然会避开受体结合区域正中央的位置,而是在一侧选择一个,另一侧再选择一个。这恰好能规避E484K带来的影响。但另一些公司的抗体,以及我们研究的一些抗体,针对的是正中央,所以它们受到了影响。
 
洪志博士:是的,在选择抗体时,很难预见未来会发生什么情况。我们选择那些与ACE2结合位点的重叠尽可能高的抗体,这样任何影响抗体结合能力的突变,也会影响病毒与ACE2的结合能力(从而不会被选择下来)。因此重叠越高越好。我们当时也有一些其他抗体的选择,它们可以通过空间位阻来干扰RBD与ACE2的结合。但因为我们感觉与ACE2结合位点的重叠还不够高,最终没有选择这几个抗体。从这个角度看,我们也是幸运的。
 
何大一教授:我再补充一点。当E484K这个突变出现后,影响了一大批抗体的效力。而根据疫苗接种者的血清,以及康复者的血清来看,我们发现还有一个位点可能也有可能成为潜在的重要突变,它在RBD稍微靠一侧的位置。所以现在的担忧在于,如果病毒继续产生突变,并最终影响到另一个重要的位点,可能会带来隐患。
 
药明康德内容团队:考虑到未来可能出现的新变异病毒,行业在抗体的开发上应该采取哪些新的策略呢?有哪些是需要考虑的因素?
 
何大一教授:考虑到目前已经有的变异病毒,如果只开发一种抗体,那肯定有很大的风险。因为它可能对已有的变异病毒,或是未来的变异病毒无效。所以我们肯定需要开发组合疗法。那么接下来的问题是,它只包含两种抗体,还是包含更多的抗体?我想这是整个领域现在想要回答的问题。这不仅需要考虑我们谈论到的几种变异病毒,还需要考虑未来可能出现的变异病毒。两种抗体足够涵盖一切吗?还是说我们需要三种抗体?抗体数量越多,相应的开发成本也会越高,这也是医药公司所需要考虑的。
一些抗体组合的中和效果丨来源:参考资料[1]
 
洪志博士:一个理想的解决方案是让整个企业一道合作。我们可以提供我们的抗体,然后基于未来的变异病毒,评估哪一个还有完全的活性,再与其他公司的抗体一道寻求组合的方法,确保我们可以提供足够量的抗体。这也是一种方法。
 
在感染初期,也就是在免疫反应生效的早期鉴别的抗体,一般结合位点都是比较容易接近的,比如NTD上的超级位点,或是RBD。这些抗体是我们比较容易找到的具有中和活性的抗体。但也许进一步搜寻,我们还能分离出针对保守区域的抗体,对它们进行优化,让它们变得更强力。因为这些抗体结合的不是最常见的中和热点,所以它们受自然变异病毒影响的可能性就更低。当然,如果你实际应用了这些抗体,还是可能让它们的活性快速消失。因为这些治疗性的抗体有可能选择出新的突变。
 
可以看到,我们有很多要素需要考量。但我想所有的要素都指向一点,那就是要额外思考如何选择起始的抗体,以及如何创造性地进行合作,让那些已有的抗体进行配对。这些公司已经做了很多投资来推进抗体的开发。如果它们能一起合作,寻找到抗体组合的方法,会是件很棒的事。总的原则跟何教授说得一样,我们需要多个抗体。如果不考虑经济上的限制,有可能的话,最好需要有3-4种抗体。
 
药明康德内容团队:从保护的角度上看,抗体的中和能力很重要,但也有一些观点指出T细胞反应同样很重要,尤其是考虑到长期的保护。大家怎么看待T细胞反应的重要性?
 
何大一教授:毫无疑问,从曾感染病毒的个体,或是接种过疫苗的个体,我们都能检测出T细胞反应。但问题在于,这些人真的得到保护了吗?对于抗体反应,其实我们也能问同样的问题。事实上,目前已经有了一些不错的数据,当你输入这些抗体时,确实可以看到有保护效果。但对T细胞反应而言,不容易获得类似的数据。
 
当然,很多疫苗领域的人说T细胞反应也很重要,对此我并不怀疑。但我想说从南非找到的变异病毒能让保护力产生下降,这表明其实抗体反应起到了更主要的作用。抗体的中和活性下降了一些,保护力就下降了一大截。这一点令人担心。
 
我想说的另一点是在巴西的马瑙斯城,据估计当地的人口有76%曾经已感染过新冠病毒,但新的变异病毒依旧像野火一样在当地扩散。这个现象显然说明病毒逃逸了抗体反应,而T细胞反应看起来也没有能控制疫情的蔓延。所以我倾向认为抗体反应起到了更主要的作用。
马瑙斯城的疫情在近期快速恶化丨来源:参考资料[2]
 
洪志博士:我认同何教授的观点。我想抗体反应,也就是B细胞反应,以及T细胞反应都很重要,但主要的保护效力来自抗体反应。我认为抗体是一种具有双重功能的分子。一方面,它能干扰病毒的生命周期。抗体可以抑制ACE2受体与病毒的结合,阻止病毒进入细胞。但另一方面,抗体还有Fc介导的效应子功能(effector function)。这是大自然用来快速清除有限感染的一种方式。所以我相信效应子功能在预防和应对早期感染方面很重要,大自然就是这么武装抗体,预防感染,并招募免疫细胞,杀死早期被感染的细胞的。
 
但我也好奇,大自然是否考虑到了危重症的现象。危重症患者体内有很强的免疫反应,中和活性特别强。在这个情况下,如果再引入效应子功能,招募NK或T细胞等免疫细胞,可能会起到火上浇油的负面效果。我不确定自然演化是否考虑过这种过激免疫的场景。但我想说我们需要很谨慎,不要把一个通用的原则应用到所有的患者身上,因为每名患者都不一样。他们有不同的免疫状况,处于不同的感染阶段。对于那些病得非常重的患者,要警惕那些强力的效应子功能,不要让那些免疫细胞杀死对肺功能至关重要的肺细胞。
 
药明康德内容团队:现在很多人的注意力都放在预防上。在疗法的开发方面,我们有没有更多积极的进展,以更好地应对新冠疫情?
 
何大一教授:我们聊到的中和抗体就有很多在开发之中,有一些在早期病例里,已经显露出缓解症状、降低病毒载量、减少住院率的积极效果。另一些中后期的病例,也可能快要看到积极的结果。这些抗体可以用来预防,也可以用来治疗。我想越来越多的数据将显示,这些抗体也是很有效的。当然也有很多人在研发小分子药物,像默沙东(Merck),辉瑞(Pfizer)等公司已经有相关的研发管线了。这些小分子抑制剂一般需要经历多轮的迭代和优化。
 
洪志博士:目前有一个普遍接受的假设,那就是过于活跃的免疫反应,是危重疾病的原因。因此我觉得如果有任何药物可以削弱过强的免疫反应,就有可能缓解症状。但一个问题在于,新冠疾病的发作特别迅猛。当患者在医院接受评估的时候,医生很难判断他们的免疫情况,因此很难选择免疫治疗方案。所以你不知道面前的病人是否有过于活跃的免疫反应,是否需要很快接受削弱免疫反应的药物。又或者他们已经进入免疫瘫痪的状态。此时,削弱免疫反应的药物就不是一个好的选择。
 
我们在败血症和其他疾病中看到过这一情况。我们可以用针对TNF-α或是IL-6的抗体去治疗一些患者,但对另一些患者不管用,甚至带来危害。所以当面对重症患者时,一定要谨慎,不要轻易觉得他们的免疫状况是一样的,因为这一切很难预测。
 
药明康德内容团队:在2020年,我们看到了来自大学、科研机构、跨国药企以及生物技术公司在对抗疫情上的广泛合作。在2021年,我们作为一个生态系统,如何能更好地为全球带来更多控制疫情的方式?
 
洪志博士:去年疫情刚开始时,腾盛博药与哥伦比亚大学,以及清华大学建立了合作关系。这是我们的战略方向,也希望能进一步维持。关于未来,我希望看到更多公司能一起合作,因为新冠疫情带来的问题,不是仅仅靠一家公司、一家科研机构、一个国家就能够解决的。我们必须找到一个合作的方式。比如一些在研发抗体的公司,生产能力上可能存在瓶颈。而另一些具有生产能力的公司和机构,却还没有参与进来。我们要怎么协调不同公司之间的能力?又比如,那些小型生物技术公司本身缺乏规模化应对疫情的能力,那么大型药企又能起到怎样的帮助?这些都是非常重要的问题。我想要看到不同领域的人一起参与进来,扮演好它们各自的角色。
 
药明康德内容团队:产能这方面的确是一个痛点。由于产能上的局限,最近一些国家决定用有限的疫苗,让尽可能多的人先接种上第一针,而不是按照临床试验的设计,先让一部分人接种第二针。这对免疫反应会有怎样潜在的影响?
 
何大一教授:这的确是一个最近讨论得比较多的话题。我们现在知道,英国倾向用这个接种策略,先让尽可能多的人尽快接种上第一针疫苗。事实上,一些数据也表明两针注射之间的间隔时间越长,免疫反应可能越好。根据我们对免疫学机理的理解,这也是可以说通的,不是没有先例。
 
但我们也需要意识到有这样一些问题。一个就是这种做法偏离了最初临床试验的设计,所以我们在接种的时候,不知道这种做法预期能带来怎样的效果。另一个担忧在于,如果只接受一针注射,我们知道抗体的滴度会低很多。根据一些公布的数据,这个滴度大概能带来50%的保护,而不是95%左右的高保护率。如果在接种第二针前需要等上几个月,当人们感染了病毒,再加上部分的选择压力,就可能会催生出新的变异病毒,这是未来我们可能需要面对的问题。当然,这也取决于不同的国家在应对疫情时有多紧急,所以很难下太绝对的判断。
 
洪志博士:在疫情期间,这个问题在公共卫生的决策层面有过很多讨论。在现实中,我想在其他疾病领域里,我们也经常看到“标示外使用”(off-label use)的现象。不过在同样的情况下,药物最好还是尽量按标示进行使用。虽然标示外使用并不罕见,但我们也要考虑何教授说的,增加新的变异病毒的风险。
 
药明康德内容团队:感谢两位的分享。前段时间,我们看到彭博社的一篇报道,认为生活还需要7年多的时间才能恢复正常。也有一些担心的声音认为,新冠最终会变得像季节性流感一样,每年冬天都会重新出现。这会是我们要面对的未来吗?
 
何大一教授:我也不知道答案,但我个人观点没有那么悲观。我想生活不会在半年内重归正常,但希望也不用花上7年那么久的时间。那些影响到疫苗和抗体疗法的变异病毒值得我们关注,我们还需要根据新的变异来调整疫苗,所以疫情不会马上消失。
 
但我们需要看到的是,尽管一些疫苗针对变异病毒的保护效力有所下降,重症疾病却得到了很好的预防。如果我们能消除新冠重症疾病,那么与之相关的恐惧就会消失,大家谈到新冠时的恐惧感会大幅下降。然后新冠疾病就会变得和流感或者是其他呼吸道病毒感染一样,一般不会因为感染而死亡。我希望能在一到两年里实现这一场景,希望不用花上7年那么久的时间。
 
洪志博士:新冠疾病会变得像流感一样吗?我想在做出这个假设之前,我们还有一个重要的问题没有解决,那就是病毒在自然界中的动物储存宿主是什么。我们知道新冠病毒能在人体中储存,造成广泛感染,但我们不知道动物宿主在促进变异病毒中扮演了怎样的角色。如果说病毒是否会以某种形式存在很多年,答案是肯定的。考虑到病毒目前感染了很多人类,以及对动物储存库的不明确,我想病毒还将存在很长一段时间。
 
但我同意说,随着越来越多的疫苗得到接种,越来越多的疗法问世,疫情会变得越来越容易管理,也许比流感更好管理。我这么说是因为流感病毒在演化过程中,会出现各种重组,这带来了另一个层面上的变化。此外,流感的宿主可以是迁徙的鸟类,能从一个地方飞到另一个地方,感染其他动物,这可能会带来比较严重的问题。
 
所以总体来说,我对疫情的未来不是特别悲观。新冠病毒当然还会继续演化,不会马上消失。但从造成严重疾病的角度看,它对社会的影响力,希望不会像流感那么大。因为流感每隔5年,或者10年都会出现比较大的变化,人们对它没有抵抗力。我希望新冠病毒的突变不会带来如此严重的影响。
新冠病毒不会马上消失,但希望它对社会的影响力不会太大丨制图:药明康德内容团队
 
药明康德内容团队:再次感谢两位的精彩洞见!最后,两位还有什么想和药明康德读者们分享的吗?
 
何大一教授:我想我们已经讨论了很多话题。如果病毒就此停住不再改变,我们应该能很好地对其进行控制。但我们知道病毒在不断传播和演化,这对我们不是个好消息。也许在这里我想重申下一个看似很明显的观点——我们每个人都需要做好自己的那部分工作,尽快让病毒不再传播。这包括开发疫苗,也包括各种减少传播的举措,让病毒没有那么多继续复制和突变的机会。
 
洪志博士:新冠疾病提醒我们需要关心未来其他潜在的大流行病。这几年可能是新冠疾病,未来呢?可能是埃博拉病毒,可能是非常严重的流感,也有可能是其他什么疾病。在这场疫情中,医药行业做出的努力令人印象深刻。我也期望大型药企能在传染性疾病上做更多的投资,因为最近我们看到很多新的病毒正在出现。它们没有像新冠病毒那样造成如此巨大的影响,但我们不能保证未来新出现的病毒也同样如此。我们需要找到应对的方式。
 
另一件相关的事,就是微生物对抗生素的耐药性。这个话题已经持续了很长一段时间,但我们还没有对它进行足够的关注。我想传染性疾病会是国际化社会要面对的重要健康威胁,也希望整个企业能够对它更加的重视,进行更多的投资和研究。这是我的期望。
 
参考资料
 
[1] Pengfei Wang et al., (2021) Increased Resistance of SARS-CoV-2 Variants B.1.351 and B.1.1.7 to Antibody Neutralization. bioRxiv https://doi.org/10.1101/2021.01.25.428137
 
[2] Ester C Sabino, et al., (2021). Resurgence of COVID-19 in Manaus, Brazil, despite high seroprevalence. The Lancet, DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)00183-5
 
本文经授权转载自微信公众号“药明康德”。



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