mRNA疫苗优于灭活疫苗的免疫学基础

1995年授予免疫学领域的拉斯卡奖，50%后来得了诺贝尔奖。左边五位是授予免疫学领域，右边Barry Marshall是因幽门螺杆菌获奖。Unanue为右二，Rolf Zinkernagel和Peter Doherty分别为左二和左三。Unanue为了竞争随后的诺贝尔奖，在90年代初以为哈佛病理系主任和诺贝尔奖得主Benacerraf祝寿为由，将这些人全部邀请来St. Louis，但是还是沒有如愿得到诺贝尔奖。

正文

我经常被问及关于灭活疫苗和mRNA疫苗优劣的问题。旅欧的遗传学家同学拒绝打辉瑞疫苗，称只等着打灭活疫苗，我对他说你真是有种。不讲科学，只要信念坚定，其实mRNA疫苗是远优于灭活疫苗的。

现在分享一位在美国行医的同济校友问我的问题：“mRNA 疫苗的确需要长期观察才能建立更好的安全性。但由于对新冠病毒在感染后是否也会整合到人体也不是太清楚。打灭活疫苗不也是将病毒的 DNA 或 mRNA 打到人体了吗？ 为什么说灭活新冠病毒灭活疫苗就安全一些呢？ 不是太明白“

这是我的回答，有点展开。

灭活疫苗中的蛋白质和核酸都具有免疫原性，理论上都能刺激机体产生抗体，但是机体对它们的反应有个免疫支配性的机制，也就是只产生1-2种主要的抗体，对于新冠来说就是产生抗中和抗原的抗体，这是比较幸运的事情。灭活疫苗也会刺激产生非中和性抗原的抗体，这些抗体容易让人担心产生抗体依赖性增强效应（ADE)，使再次感染病毒时病情加重，现在还没有在新冠中看到ADE。任何蛋白、核酸和脂质类抗原要有能力刺激产生抗体，都必须被APC (antigen presenting cells）通过内吞功能进入细胞体内，APCs包括巨噬细胞、树突状细胞或B细胞或其他非免疫细胞。

抗原进入之后会发挥两个重要的功能，一个就是与MHC I结合，然后呈递给CTL (CD8+ T 细胞）使杀伤性T细胞激化去对付入侵或变异的肿瘤细胞，另外一些抗原与MHC II分子结合后呈递给CD4+ T细胞，这类辅助T细胞则能刺激B细胞分化成浆细胞产生抗体，或其他长久记忆性细胞。

这些抗原进去必须与MHC结合才能呈递出去，就是免疫学上著名的MHC限制性机理，发现这个机制的瑞士 (Rolf Zinkernagel )和澳大利亚（Peter Doherty) 科学家因此获得诺贝尔奖。那个实验做得漂亮极了，堪称科学之经典，非常聪明。两个没有固定教授职位的人在澳洲堪培拉相遇，黄金合作期产生海量高质量论文，然后分别回欧洲和来美国发展，Peter Doherty早已经从美国田纳西重返澳洲了。他们当时是做病毒(LCM) 感染的杀伤实验，同一种脑病毒只有感染了与杀伤性T细胞同源的细胞，杀伤性T细胞才发动攻击。如果不同源，杀伤性T细胞就见死不救。这只是个实验现象，后来才发现这里是必须识别那里与病毒抗原结合了MHC分子，所谓知己知彼 百战不殆，免疫系统的知己知彼是通过MHC来完成的。这里存在深刻的哲学内涵，我们首先应该认识清楚我们自己，才能在纷乱的世界中求生存。所以诺贝尔奖必须授Rolf 和Peter Doherty, 是否加入第三位那就看诺贝尔委员会的取舍了。

这里需要提及一点科学的传承，做出mRNA疫苗的德国公司BioNtech总裁Ugur Sahin是Rolf Zinkernagel 的博士后。

但是蛋白质进去后整段是不能与MHC结合的，必须被蛋白酶切成小多肽片段后才能与MHC结合，这是圣路易斯华大教授Emil Unanue的贡献。他们和哈佛的另二位解出MHC结构的人，共五位获得拉斯卡奖，然而诺贝尔奖只给了瑞士和澳洲裔美国科学家。Unanue还是发现抗原提呈功能的人，尤其是开创了巨噬细胞提呈抗原的领域，这些都是诺贝尔奖级别的工作。mRNA疫苗遵循同样的功能，mRNA进入细胞后利用细胞内的蛋白合成核糖体装置合成S蛋白，S蛋白迅速被切成片段，然后与MHC I和MHC II结合，分别刺激细胞杀伤和抗体产生的两个免疫臂膀。

这里有个明显的区别，灭活疫苗里面的蛋白质或核酸没有生物活性，但是保留了抗原性。mRNA疫苗则是利用细胞的合成功能指导合成S蛋白，这不像灭活疫苗里是变性的蛋白，而是有血有肉的折叠得很好的蛋白质，越是接近自然状态的蛋白抗原越能有效刺激免疫系统。这或许能够解释为什么mRNA疫苗能同时有效刺激杀伤T细胞产生和抗体反应的原因，而灭活疫苗可以刺激低效价的抗体，刺激T杀伤的能力则有限。从理论上讲，免疫系统习惯的就是面对鲜活的蛋白质，因为进去的病原体和变异的自身抗原都是拥有生物活性的东西。免疫系统识别和对它们拥有强烈的反应是可以理解的，这些反应理应强过变性了的蛋白或其他抗原。

在人类疫苗的发展史上，巴斯德开始也是应用的减毒株作为疫苗去免疫动物和人的，它们刺激的免疫反应很强。后来他的法国竞争者使用灭活疫苗也有效，他在法国科学院里还放下身段推介对手的成就。这里只能说灭活疫苗也行，肯定没有减毒疫苗有效，但是应用减毒株做疫苗拥有病毒复燃的风险，谁敢接种减毒的新冠病毒？现在美国发明的mRNA疫苗正好同时拥有这么两点：能够像减毒株那样让机体接触到新合成的蛋白，又沒有注射进任何病毒的其他成份，此乃精准医疗也。

mRNA疫苗注射入肌肉后，不是直接去的血液，除非注射时偶然碰到了血管，它们是通过引流的淋巴管道到淋巴结与免疫系统接触的。进去的mRNA小片段，在完成了蛋白质合成后就降解了，半衰期从几小时到24小时不等。现在只发现了新冠病毒的RNA能够逆转录成DNA, 然后整合到人体基因组中，只是一家之说，利用活化了的机体中内存的逆转座子或HIV的逆转录酶。

mRNA疫苗只有一小段核酸片段，我们正常人内即使存在拥有逆转录功能的逆转座子也没有活化，所以mRNA疫苗的mRNA被逆转录的可能性比较低，至于整合入基因组的可能性更低，因为整合酶来自病毒，而mRNA疫苗没有病毒。

我们知道俗称的基因也就是DNA是位于细胞核内的，为了保护这些遗传物质。细胞核与细胞质是有一层细胞核膜隔开的，mRNA在细胞核内被DNA转录合成后，会穿过细胞核去细胞质，借助那里的核小体去翻译成蛋白质。mRNA从细胞核到细胞质是单向的，它一般不能再回到细胞核去，这使整合的难度加大。

现在谈谈疫苗面对的病毒突变，先讨论伦敦新冠突变株的变异比重有多大？伦敦突变株的8个突变点发生在病毒与膜受体结合的S蛋白，考虑到S蛋白为180-200 KDa的巨大蛋白，拥有1273个氨基酸的蛋白发生8个突变，8/1273=0.6%，或许不算什么。但是受体结合区域receptor-binding domain (RBD, 319–541)只有222个氨基酸，8/222=3.6%的突变率当然不容忽视了。D614G比较幸运，突变后没有加重病情，也不会影响疫苗的效果，因为不在受体结合区域。

令人欣慰的是辉瑞疫苗是编码整段S蛋白的，因为RBD不是绝对的。它只是负责与ACE2受体结合后就被一种特异的蛋白酶消化掉了，然后让S蛋白的融合结构曝露，融合功能区域才是负责攻膜的，膜打开后病毒核酸才进去依靠宿主细胞的蛋白质合成系统组装自己。虽然现在新冠可能变异多了些，但是还远没有达到流感和HIV的程度，他们都是RNA病毒，但是新冠病毒的polymerase拥有proofreading activity。BioNtech在疫苗文章发表时，做过十几个点突变，证明疫苗都是有效的。

现在就怕在选择压力增大时，新冠免疫逃逸能力的增强。mRNA疫苗可以根据变异调整序列制成新的疫苗，对于灭活疫苗需要使用新的突变株制备疫苗，不然也不行，他们需要养新病毒。 Ugur Sahin前几天说他们在6周内可以调整序列出新疫苗，但是也需要经过FDA流程，据说流感每年的疫苗也需要半年的时间。

辉瑞/BioNTech疫苗拥有这些让人放心的东西：mRNA治疗的开创人匈牙利裔美国科学家在那里督阵；总裁是诺贝尔奖得主的徒弟；德国素有的超高质量的工匠精神。文章经过Nature而不是政治色彩甚浓的Lancet杂志的严格审稿后发表。就像死要死在同济无怨，打辉瑞/BioNtech疫苗也感染那就只有认命了。