新冠疫苗接种与抗体检测

一，新冠疫苗简介

目前已上市或即将上市的疫苗的主要技术路线如下：

1，灭活疫苗：

将新冠病毒表目前分别来自科兴生物（Sinovac），国药集团（Sinopharm）中国生物、武汉生物制品研究所三家机构。

2，重组蛋白疫苗

美国诺瓦瓦克斯公司（Novavax）、俄罗斯的国家病毒学和生物技术研究所（Vector）开发。

诺瓦瓦克斯公司采用的是NVX-CoV2373。

3，腺病毒载体疫苗

中国康希诺公司（CanSino）、美国强生公司（Johnson & Johnson）、英国阿斯利康公司（AstraZeneca）、以及俄罗斯加马利亚研究所（Gamaleya）开发。

阿斯利康公司跟牛津大学合作，选择的是ChAdOx1 nCoV-19/AZD1222（复制不全的黑猩猩腺病毒载体）。

强生公司采用的是Ad26.COV2.S。采用腺病毒26作为载体。

中国康希诺公司采用的是Ad5。采用腺病毒5作为载体。

俄罗斯加马利亚研究所的疫苗Gam-COVID Vac/Sputnik V。它是以腺病毒26载体初始剂量肌肉注射，21天后以腺病毒5载体增强剂量肌肉注射。

4，核酸疫苗，或者叫RNA疫苗

分别由美国莫得纳（Moderna）公司、德国BioNTech公司开发，后者的开发过程中美国辉瑞（Pfizer）也有深度参与，所以也经常被人们叫做辉瑞疫苗。

辉瑞公司采用的是BNT162b2。

Moderna公司采用的是mRNA-1273。 该疫苗还使用该公司的专利Matrix-M佐剂。

灭活疫苗是一个经典的疫苗开发方法。其方法就是在实验室和工厂里大规模培养病毒，然后使用物理方法或化学物质破坏病毒的活性，再添加一些能够增强免疫反应的化学物质（学名叫做佐剂），最终制成成品疫苗。

注射灭活疫苗后，在理论上我们不能确定产生的抗体针对的靶抗原是什么。不过实际临床工作里，发现注射灭活疫苗后，人体产生的抗体的靶抗原跟其他疫苗差别不大。

已知冠状病毒为RNA病毒，它的RNA基因组编码4种或5种结构蛋白，分别为

· 棘突(spike, S)蛋白、

· 膜(membrane, M)蛋白、

· 核衣壳(nucleocapsid, N)蛋白、

· 血凝素酯酶(hemagglutinin-esterase, HE)蛋白（只有HCoV-OC43和HCoV-HKU1有表达）

· 包膜(envelope, E)蛋白

最早发现的冠状病毒是HCoV-229E、HCoV-OC43；2003年发现了SARS-CoV；此后又很快发现了HCoV-NL63、HCoV-HKU1；2012年发现了MERS-CoV。

这次爆发流行的是 SARS-CoV-2 （也曾命名为2019-nCoV）；

在抗击2003年SARS-CoV、MERS-CoV时，医学界就开始了针对性的疫苗开发［1～3］。当时的研究就支持选择冠状病毒的棘突蛋白（Spike或简称S蛋白）作为靶抗原。

我们人为制造出冠状病毒的S蛋白，并采用各种技术思路送入人体送入人体当中，用它训练和激活人体的免疫系统，从而对抗未来可能入侵的新冠病毒。

为什么选择S蛋白?

因为S蛋白与宿主细胞上的血管紧张素转换酶2（ACE2）受体结合并诱导膜融合[4]。

与SARS-CoV-1、MERS-CoV疫苗研究的数据类似，我们同样观察到针对SARS-CoV-2棘突蛋白的受体结合域（RBD）的抗体可以阻止病毒附着到宿主细胞，且能中和病毒。很自然，棘突蛋白、以及RBD成为COVID-19疫苗开发的主要抗原靶点[5]。

目前不同技术思路如下：

1，重组蛋白疫苗

就是人为把S蛋白的构象做改造，然后在工厂里生产出改造过的S蛋白，然后联合佐剂注射体内，从而诱导人体发生抗体。

Novavax疫苗的S蛋白有两个改造的地方，一个是使用了S-2P技术，插入了两个脯氨酸（K986P和V987P），另外一个在Furin酶切位点有三个突变（R682Q、R683Q和R685Q）。

这个小小的改变可以很好的稳定S蛋白构象，使得绝大部分的S蛋白都处于Prefusion的三聚体构象状态。S-2P技术也运用在多种新冠疫苗上，包括两种mRNA疫苗（辉瑞、Moderna）以及腺病毒载体疫苗（强生）上。

2，腺病毒载体

把腺病毒加以改造，把负责生产新冠病毒S蛋白的基因放进去，然后直接把活的腺病毒注射到人体。

这些病毒进入人体之后可以感染一部分人体细胞，指挥这些人体细胞生产S蛋白。这样干脆把在工厂里生产S蛋白的步骤也给省略了，直接把人体变成疫苗生产车间。

3，核酸疫苗，或者叫RNA疫苗

这条技术路线就是制造出大量的、编码刺突蛋白的RNA分子，用脂纳米颗粒包裹起来，直接注射到人体中。

这些脂纳米颗粒可以和人体细胞融合，把RNA分子释放进入人体细胞。从而指挥人体细胞生产S蛋白。也同样省略了工厂生产S蛋白。

这条技术路线相对而言是最新的，在新冠疫情之前，人类还没有将任何一款核酸疫苗推进到3期临床。

二，接种疫苗后的抗体演变

2021年1月20日，关于mRNA疫苗接种后的疗效判断研究发表在网络预印版（即bioRxiv）[6]；该研究指出加强接种的8周后，接种者的血清均有高滴度的抗S、抗RBD的特异性IgG及IgM应答。

跟很多病毒感染不太一样，SARS-CoV-2病毒感染后的最初几周内很可能测不到血清抗体［7～9］。

美国感染病学会、Uptodate临床顾问建议对怀疑新冠感染的病人测IgG抗体或总抗体试验。而不是IgM抗体、IgA抗体、IgM/IgG分化试验。因为IgM测试不够准确[10]。

如果对接种过棘突蛋白的COVID-19疫苗的个体进行血清学检测，以确定「先前的」感染，则应使用检测除S蛋白以外的抗原-抗体的检测。即，抗体检测的标靶抗原应该是新冠病毒的N蛋白、或者E蛋白等。而不是基于S蛋白抗原[10]。

为了最大限度地提高血清学检测的预测价值，美国CDC建议考虑两步测定法。即在初次测试血清抗体阳性后，再选择另一个标靶抗原做抗体检测。从而提高血清学检测的可靠性[10]。

实际上，由于血清学检测尚未标准化，其可靠性还值得怀疑，美国FDA只是对血清抗体检测予以紧急授权认可，而不是完全认可[11]。

在对38项研究的系统回顾中，评估了COVID-19患者自症状出现以来的血清学检测敏感性[12]：

一周时：23%测到IgM，30%测到IgG

两周时：58%测到IgM，66%测到IgG

三周时，75%测到IgM；88%测到IgG。

其他研究表明，在16至20天内，IgG阳性率接近100%［13～15］。

在血清检测的方法学上，酶联免疫吸附、化学发光免疫的敏感性可能优于其他方法[16]。

在血清检测的特异性方面，IgG抗体、总抗体测定的特异性最好[10]。IgM抗体、IgA抗体、IgM/IgG分别试验的特异性低于99%。这导致测定IgM等易带来误诊[10]。（特异性=不误诊率）

之所以如此，可能是因为针对新冠的IgM抗体测定，存在与其他冠状病毒、其他非冠状病毒病原体的交叉反应[17]。也就是说，当被测试者其实感染的是其他冠状病毒，甚至非冠状病毒，也可能带来所谓的新冠病毒IgM抗体阳性。

美国疾病预防控制中心建议对下列病人再感染的可能性做评估[18]：

●初次感染后，无论症状或体征，新冠的病毒核酸测试（NAAT）重复阳性≥90天

●初次感染后45至89天，NAAT重复呈阳性，且症状与COVID-19一致（即无其他诊断可解释）

已经有SARS-CoV-2病毒的S蛋白有突变。其中一些突变（特别是69-70氨基酸的缺失）影响了SARS-CoV-2的NAAT检测编码棘突蛋白的S基因的能力。

大多数NAAT测试仍然可以检测SARS-CoV-2病毒RNA，即使它们不能检测到突变的S基因，因为它们被设计用于检测多个基因靶点[19].

综上所述，我总结如下：

1，新冠疫苗主要是针对新冠病毒S蛋白；接种疫苗者可能带来针对S蛋白的持续抗体阳性。

2，针对新冠病毒S蛋白做抗体检测会误诊新冠疫苗的接种者。

3，新冠病毒血清学检测应只做IgG、总抗体。

4，如果检测对象是新冠疫苗接种者，建议选择新冠病毒（SARS-CoV-2病毒）的N蛋白、或者E蛋白等作为标靶抗原来测试IgG抗体。

5，重复感染者的确存在，病毒核酸检测(NAAT）仍是有效的。

特别感谢如下来自新浪微博朋友的贡献和帮助：

1，为格命思奔 。他本人在冠状病毒疫苗的研发方面做出过杰出贡献，比如对S蛋白的构象改造，从而让新冠疫苗成为可能。本文参考了他多篇新浪微博的文章。

2，庄时利和。他写过很多高质量的新冠疫情的文章。他对疫苗里的S蛋白改造的解读让我学到很多。

3，王立铭。王老师的文章《巡山报告 No.24：有了疫苗，世界会好么？》通俗易懂，可以作为理解新冠疫苗的门槛。

4，子陵在听歌。他持续不断为我们解读新冠的学术研究论文。让我对新冠感染的最新进展不陌生。

参考资料：

1. Graham RL, Donaldson EF, Baric RS. A decade after SARS: strategies for controlling emerging coronaviruses. Nat Rev Microbiol 2013; 11:836.

2. Tortorici MA, Veesler D. Structural insights into coronavirus entry. Adv Virus Res 2019; 105:93.

3. Pallesen J, Wang N, Corbett KS, et al. Immunogenicity and structures of a rationally designed prefusion MERS-CoV spike antigen. Proc Natl Acad Sci U S A 2017; 114:E7348.

4. Zhou P, Yang XL, Wang XG, et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature 2020; 579:270.

5. Krammer F. SARS-CoV-2 vaccines in development. Nature 2020; 586:516.

6. https://www.nature.com/articles/s41586-021-03324-6

7. Fang FC, Naccache SN, Greninger AL. The Laboratory Diagnosis of Coronavirus Disease 2019- Frequently Asked Questions. Clin Infect Dis 2020; 71:2996.

8. https://www.fda.gov/medical-devices/coronavirus-disease-2019-covid-19-emergency-use-authorizations-medical-devices/vitro-diagnostics-euas#individual-antigen (Accessed on December 11, 2020).

9. Centers for Disease Control and Prevention. Interim Guidelines for COVID-19 Antibody Testing in Clinical and Public Health Settings https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/lab/resources/antibody-tests-guidelines.html?deliveryName=USCDC_2067-DM29085 (Accessed on May 26, 2020).

10. Hansen KE, Caliendo AM, Arias CA, et al. Infectious Diseases Society of America Guidelines on the Diagnosis of COVID-19: Serologic Testing. Auguest 18, 2020 https://www.idsociety.org/practice-guideline/covid-19-guideline-serology/ (Accessed on August 19, 2020).

11. US Food and Drug Administration. Emergency Use Authorizations. https://www.fda.gov/medical-devices/emergency-situations-medical-devices/emergency-use-authorizations (Accessed on April 16, 2020).

12. Deeks JJ, Dinnes J, Takwoingi Y, et al. Antibody tests for identification of current and past infection with SARS-CoV-2. Cochrane Database Syst Rev 2020; 6:CD013652.

13. Caturegli G, Materi J, Howard BM, Caturegli P. Clinical Validity of Serum Antibodies to SARS-CoV-2 : A Case-Control Study. Ann Intern Med 2020; 173:614.

14. Long QX, Liu BZ, Deng HJ, et al. Antibody responses to SARS-CoV-2 in patients with COVID-19. Nat Med 2020; 26:845.

15. Wang X, Guo X, Xin Q, et al. Neutralizing Antibodies Responses to SARS-CoV-2 in COVID-19 Inpatients and Convalescent Patients. Clin Infect Dis 2020.

16. Lisboa Bastos M, Tavaziva G, Abidi SK, et al. Diagnostic accuracy of serological tests for covid-19: systematic review and meta-analysis. BMJ 2020; 370:m2516.

17. Lustig Y, Keler S, Kolodny R, et al. Potential antigenic cross-reactivity between SARS-CoV-2 and Dengue viruses. Clin Infect Dis 2020.

18. Investigative Criteria for Suspected Cases of SARS-CoV-2 Reinfection (ICR). https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/php/invest-criteria.html (Accessed on October 29, 2020).

19. https://www.fda.gov/medical-devices/letters-health-care-providers/genetic-variants-sars-cov-2-may-lead-false-negative-results-molecular-tests-detection-sars-cov-2 (Accessed on January 14, 2021).