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mRNA疫苗行业研究:新冠疫情持续,加强针与高效疫苗需求提升

市场资讯 2021.12.11 16:01

(报告出品方/作者:中银证券,邓周宇)

1 新冠病毒变异逐渐削弱现有疫苗有效保护率

变异定义及作用原理

病毒变异指的是部分病毒的遗传信息发生了改变。病毒在感染其他细胞后,将自身的遗传信息(DNA 或 RNA)注入宿主细胞内,并开始分裂增殖。在分裂增殖的过程中,遗传信息可能会发生随机的“笔 误”,导致新的病毒携带了有所不同的遗传信息,这一过程被称为变异。由于变异是随机的,因此 有些变异可能会使病毒更易被降解、有些可能会降低传染性,有一些则相反,可能会增强病毒的毒 性、传染性。病毒复制频次越高,出现变异的次数也越高。变异次数越高,则发生加强病毒传染性、 毒性等危害的变异就有更大可能出现。因此,当病毒流行程度越来越高,出现难缠的变异株的可能 性就越大。

系列报告中上一篇介绍了人体免疫系统和疫苗工作的一般性原理。人体免疫系统可分为固有性和获 得性免疫。固有性免疫是人体天生带有的免疫系统,具有非特异性、反应快速等特点。获得性免疫 则具有特异性,在首次感染时反应较慢,待首次感染人体产生免疫记忆后,二次感染时特异免疫将 能够快速启动清除感染源,此时获得性免疫杀伤效率高于固有免疫。疫苗的作用便是激活获得性免 疫,在去除毒性的前提下使人体免疫系统能够形成特异性的免疫记忆。

根据上述介绍,疫苗激活的获得性免疫是特异性的,当病毒抗原发生变化时,人体的免疫记忆和变 异病毒的匹配度下降,可能导致免疫系统无法识别变异病毒。因此疫苗应对变异病毒的有效率便会 下降。随着病毒变异,任何疫苗种类均会出现类似的免疫逃逸情况,但不同技术路线、不同变异株 免疫逃逸的程度有所不同。

在本次新冠疫情中,第一代的原型病毒已逐渐被众多变异株所取代,这也对已上市甚至处于临床阶 段的新冠疫苗带来了不小挑战。2021 年中 CureVac 发布的临床数据显示,公司 mRNA 疫苗临床实验 中,所有感染者中只有 1%感染的是第一代原型病毒。同时公司也将临床失败的主要原因归结于变异 株的大肆流行,使得原本针对第一代病毒研制的疫苗有效率大幅下降。

根据 WHO 的信息,各主流疫苗的保护率如下:牛津/阿斯利康 AZD1222 对有症状感染保护率 63.09%;强生的 Ad26.CoV2.S 有症状感染保护率 66.9%,重症保护率为 85.4%,住院保护率为 93.1%;摩德纳 Moderna 保护率为 94.1%;BioNTech 的 BNT162b2 有症状感染保护率为 95%;科兴新冠疫苗有症状感染 保护率为 51%,重症保护率为 100%;国药新冠疫苗有症状感染保护率为 79%。

2 刺突蛋白与RBD:新冠疫苗的优秀靶点

新型冠状病毒(SARS-CoV-2)是一种正向单链的 RNA 病毒。与其他病毒相似,新冠病毒拥有蛋白外 壳和被包裹于中央的遗传物质内核。新闻中,我们常常听到某重组蛋白疫苗或核酸疫苗采用了全长 S 蛋白或 RBD 作为疫苗表达的目标,在此部分,我们简单介绍了 S 蛋白与 RBD 的特征以及作用,同 时尝试分析不同的选择可能对疫苗产生的影响。

S 蛋白:新冠病毒入侵武器,大范围搜寻半径及灵活性给予强传染性

新冠病毒的感染路径依赖于刺突蛋白(S 蛋白)。病毒进入人体后,S 蛋白搜寻人体细胞表面的 ACE2 受体,并与其结合,使病毒的遗传物质得以进入人体细胞,并破坏人体细胞本身的遗传复制,转而 大量复制并生产病毒。S 蛋白分为两个亚单位部分:S1 和 S2。S1 包括了受体结合域(Receptor binding domain,RBD)。RBD 位于 S 蛋白头部,负责识别人体细胞上的 ACE2 受体。RBD 同时也是中和抗体的一个重要靶点,中和 抗体通过与 RBD 结合,使其丧失与 ACE2 受体的结合能力。因此,S1 亚单位和 RBD 是疫苗开发的重 中之重。

S 蛋白本质是由 1273 个氨基酸组成的多肽。S1 与 S2 的边界位于第 685 个氨基酸。RBD 编码区域为第 331 至第 524 个氨基酸之间的肽链片段,占 S 蛋白总长度的 15.2%。截至 2021 年 2 月 3 日,GISAID 记 录了 5106 个不同的氨基酸替代变异,它们发生在 1267 个不同位点上。1267/1273,此数据表明几乎所 有的位点都可能会发生变异,且其中不包括插入或删减变异。5106 个替代变异中,161 个被认为会显 著影响血清中抗体对其的识别能力。

3 MRNA新冠疫苗真实世界数据解析:高保护率应证

mRNA 疫苗的临床运用开始于 2020 年新冠疫情。辉瑞/复星/BioNTech 联合研发的 BNT162b2,以及由 Moderna 研发的 mRNA-1273 是全球最早广泛使用的 mRNA 疫苗。

III 期临床数据展现优秀的有效性

2020年 11 月 18 日,辉瑞发布了 BNT162b2的 III期临床试验结果,结果显示疫苗整体保护率高达约 95%。2021 年 3 月 31 日,Moderna 发布了 mRNA-1273 的 III 期临床试验结果,结果显示疫苗整体保护率也达 到 94.1%,与 BNT162b2 的数据非常接近。同时,mRNA 疫苗在 65 岁及以上的老年群体中的保护率仍 旧接近 90%,能够高效地激发免疫反应。

辉瑞/BioNTech mRNA 疫苗(BNT162b2)有效性

临床试验数据分为两部分。第一部分,样本人群为在实验前或实验开始时均未感染新冠病毒的人群, 本样本人群共有 36523 人。在完成 2 剂接种 7 天后,疫苗有效保护率达到 95.0%。第二部分样本人群包括感染和未感染新冠病毒的人群,样本人数 40137 人。疫苗有效保护率达到 94.6%。根据年龄段划分,BNT162b2 对 16-64 岁人群的保护率为 95.1%,对 65 岁及以上的老年群体保护率则维 持在了 94.7%。数据显示了 mRNA 疫苗在人群中激活免疫系统的能力基本不受接种者年龄的影响。

Moderna mRNA 疫苗(mRNA-1273)有效性

Moderna 公司与美国国家过敏及传染疾病研究所(NIAID)研发的 mRNA-1273 也给出了相似的 III 期临床 结果。在本次针对 18 岁以上人群的临床试验中,样本人数为 28207 人。在完成第 2 剂接种 14 天后, 测得 mRNA1273 疫苗保护率约为 94.1%(95%CI:89.3%-96.8%)。在 3583 位 65 岁及以上的老年人群样本中,测得疫苗保护率为 86.4%,维持在较高水平。

Moderna 于 2021 年上半年业绩发布会上披露了 mRNA-1273 最终的 III 期临床实验结果。COVE 分析数据 显示,mRNA-1273 能够提供 93.2%的整体保护率(95%CI:91.0-94.8%);98.2%的重症保护率(95%CI:92.8%-99.6%);100%的死亡保护率。同时,mRNA-1273 展现了较为持久的保护力。接种第二针 14 天后,疫苗整体保护率为 93.1%。细分时 段:接种第二剂 14 天后,且不超过 2 个月期间,保护率为 91.8%;接种第二剂 2 个月后,且不超过 4 个月期间,保护率为 94.0%;接种第二剂 4 个月后,保护率为 92.4%。

接种第一剂后 14-20 天各项保护率数据如下:记录感染保护率 46%、有症状感染保护率 57%、住院保 护率 74%、重症保护率 62%、死亡保护率 72%。接种第一剂后 21-27 天各项保护率数据如下:记录感染保护率 60%、有症状感染保护率 66%、住院保 护率 78%、重症保护率 80%、死亡保护率 84%。接种第二剂 7 天后各项保护率数据如下:记录感染保护率 92%、有症状感染保护率 94%、住院保护率 87%、重症保护率 92%。因没有死亡病例,因此此数据无法进行数学计算。

文献指出,有症状感染保护率从第一剂接种后 12 天开始逐渐显著。在完成 2 剂接种 7 天后,保护率 约 94%,达到了非常理想的水平。从以上数据来看,接种 1 剂后,疫苗便能提供较好的预防中症和 重症的效果。对于无症状或轻度症状感染,接种 2 剂疫苗后的保护率有显著提升,真实世界数据与 此前临床 III 期数据接近,均接近 90%。以上数据均来源于以色列的真实世界数据,BNT162b2 在本次真实世界的考验中表现优秀,并且展现 两大特点:一是接种一剂后便能大幅降低中、重症的发生概率;二是完全接种后,对无症状或轻症 的保护率也高达 90%以上,可以有效阻碍或减缓新冠病毒的传播。

由于保护率来源于真实世界,因此疫苗效力面临着复杂的变异株型的考验。本次数据收集期间,在 以色列流行的新冠病毒株型主要为 B.1.1.7,即最早发现于英国的 Alpha 变异株,Alpha 变异株引起的感 染约占 80%。因此,本次实验应证了 BNT162b2 对于 B.1.1.7 变异株仍具有较高效力。

1.2 辉瑞/BioNTech mRNA 疫苗(BNT162b2)卡塔尔-真实世界有效性研究

2021 年 7 月 8 日,新英格兰医学杂志刊登了一篇关于 BNT162b2 在卡塔尔的真实世界数据报告。从 2020 年 12 月 21 日至 2021 年 3 月 31 日,卡塔尔共有 385853 人接种了至少 1 剂 BNT162b2,265410 人完成了 2 剂接种。根据病毒基因测序,2021年 2月 23日至 3 月 18日期间,在卡塔尔发生的新冠感染中,有 50.0%由 B.1.351 变异株引起,44.5%由 B.1.1.7 变异株引起。

文中数据反映了疫苗在真实世界面对这两种变异株的有效 保护率。同时文献将疫苗针对两种变异株型分别进行了数据分析。本次保护率数据分为感染保护率和重症保护率。感染的判断标准定义为 PCR 阳性,重症的判断标准 与 WHO 标准一致。本次检测、接种、感染等数据均取于 2021 年 2 月 1 日-3 月 31 日之间。若以 2020 年 12 月 21 日卡塔尔 大规模接种疫苗开始计算,此真实数据反映了完成两剂常规接种后 2-3 月疫苗所提供的保护率。

根据本次卡塔尔的真实世界数据,接种 2 剂 BNT162b2 后,对 B.1.1.7(Alpha)的感染保护率为 89.5%, 重症保护率为 100%。对于由任何一种新冠病毒株型引起的感染,BNT162b2 能够提供 97.4%的重症保 护率;对 B.1.351(Beta)的感染保护率为 75.0%,重症保护率为 100%。由以上数据可以看出,完整接种完 BNT162b2 后,疫苗能够对任何新冠病毒株型引起的重症感染,提 供极高的重症保护率。BNT162b2 对新冠病毒感染的保护率由所下滑,III 期临床数据显示的感染保护 率高达 94%,而本次真实世界数据显示疫苗对 B.1.1.7(Alpha)或 B.1.351(Beta)的感染保护率均略低 于 90%。不过疫苗仍旧提供了理想的感染保护率。

需要注意文献正文采用了检测阴性病例-控制(test-negative case-control study)的方法计算有效性,即:疫苗有效性 = 1 - (感染者中接种过疫苗*未感染者中未接种疫苗)/(未感染者中接种过疫苗*感染者 中未接种疫苗),因此,部分保护率与 BNT162b2 的 III 期数据有所出入。文献补充材料中也运用了 III 期的保护率计算公式:疫苗有效性 = 1 -(接种者感染率)/(抗体阴性者 感染率)。完成接种 2 剂新冠疫苗 14 天后,以此计算的真实世界保护率中,针对 B.1.1.7 的感染保护 率为 87.0%,针对 B.1.351 的感染保护率为 72.1%,针对不明变异株的感染保护率为 69.0%。

1.3 辉瑞/BioNTech mRNA 疫苗(BNT162b2)卡塔尔-真实世界有效性研究

2021 年 7 月 9 日,Nature Medicine 刊登了一篇关于 mRNA-1273 在卡塔尔的真实世界数据报告。从 2020 年 12 月 28 日至 2021 年 5 月 10 日之间,卡塔尔共有 256037 人接种了至少 1 剂 mRNA-1273 新冠疫苗, 181304 人完成了 2 剂 mRNA-1273 的接种。根据接种记录,所有接种者接种第一剂的时间中位数是 2021 年 4 月 5 日,接种第二剂的时间中位数是 2021 年 4 月 29 日。

接种后不同时段,疫苗提供的保护率差异较为明显。只接种一剂与完成完整的两剂保护率差异尤其 明显。接种第一剂后 2 周内,疫苗提供的保护率几乎可忽略,原因在于首次感染后需要 1-2 周左右的 时间训练免疫系统形成特异免疫。接种第一剂后第 3 周开始,保护率呈现明显的上升趋势,直到 90% 左右的保护率水平。接种第二剂后,保护率进一步提升至 95%左右水平,重症以上保护率为 100%。从变异株型来看,疫苗针对 B.1.1.7(Alpha 变异株,英国)的保护率高于对 B.1.351(Beta 变异株,南 非)的保护率。此前,多个实验及真实世界数据显示 Beta 变异株能够较为明显地降低抗体的中和能 力。此真实世界数据展示的趋势与此相吻合。

变异株对疫苗效力的削弱

随着疫情的大肆流行,病毒开始出现多种变异。变异株的出现对于已有的新冠疫苗提出了挑战。由 于国内接种的国药、科兴疫苗均是以第一代野生型新冠病毒为基础,因此,诱导的免疫细胞的识别 对象也是第一代野生型病毒。变异株有可能无法被识别,造成疫苗效力削弱。以科兴疫苗在一次假病毒试验的数据为例,科兴新冠疫苗面对 D614G 单位点突变使疫苗诱导的 50% 假病毒中和抗体滴度下降至面对野生型病毒(WT)的 0.8 倍,面对 B.1.1.7(Alpha)时降至 WT 的 0.5 倍,面对 B.1.351(Beta)时降至 WT 的 0.3 倍,且有多个样本中检测不到中和抗体。因此,在考虑到 变异株的情况下,疫苗能够提供的保护率或许下降得更快。

美国-BNT162b2 疫苗效力下滑趋势

另一项在美国开展的研究得到了类似的结果。结果显示,完全接种 BNT162b2 疫苗 1 个月后,疫苗感 染保护率为 88%;5 个月后,感染保护率仅剩 47%。针对 65 岁以上老年群体,疫苗展现了相似的保 护率:完全接种 1 个月后,感染保护率为 80%;5 个月后,感染保护率降至 43%。不过,BNT162b2 的 重症(住院)保护率仍旧稳定地维持在接近 90%。由此可推测,第一轮 mRNA 疫苗的接种程序对抗感染仅有半年左右的保护时长。

加强针接种时点为完成免疫程序后 6 个月

由以上两个案例可以看到,mRNA 疫苗在完成接种程序后半年,保护率逐渐降低至 50%以下,而其他 疫苗的保护周期应短于 6 个月,因此理论上完成主要免疫程序后 6 个月便进入接种加强针的合适时 段。但是,由于目前新冠疫苗仍处于紧缺状态,WHO 呼吁应尽早提高完成第一轮主要免疫程序的人 数,这一优先级高于加强针。此外,过早接种加强针对中和抗体的刺激并不可观,经济效率较低。因此,理想的接种时点应在完成主要免疫程序 6 个月后。此外,加强针对接种间隔要求并不严苛, 完成主要免疫程序后间隔 6 个月以上接种加强针仍旧能够有很好的巩固效果。

根据国内新冠疫苗接种情况,5 月中旬至 8 月底,疫苗接种剂次较高。4 月接种剂次为 1.44 亿,5 月 4.12 亿,6 月 5.82 亿,7 月 4.05 亿,8 月 4.07 亿,9 月 1.36 亿。4-9 月共计接种 20.86 亿剂次。加强针开 始时段为对应月份的 6 个月之后,据此预测,2021 年 11 月下旬至 2022 年 5 月将是加强针放量的时间 段。加强针为每人 1 剂次,对应需求量为 10.43 亿剂次。

Moderna 同时也公布了加强针针对不同变异株的中和抗体几何滴度的变化。常规接 种 2 剂次后,经过 6-8 个月,对各变异株的中和抗体均有所下降,但仍能够被检测到。以常规接种完 成 6-8 月后留存的中和抗体滴度为基准,以 50ug 第一代 mRNA-1273 疫苗作为加强针,接种 14 天后, 得到以下数据:针对原型病毒(WT)的中和抗体滴度增加 23.2 倍,针对 Beta 变异株的中和抗体滴度 增加 32.0 倍,针对 Gamma 变异株的滴度增加 43.6 倍,针对 Delta 变异株的滴度增加 42.3 倍。

以主要免疫程序完成后 1 个月留存的中和抗体滴度为基准,加强针使针对野生型(WT)的中和抗体 滴度上升 3.79 倍,针对 Beta 变异株的中和抗体滴度上升 10.16 倍,针对 Gamma 变异株的中和抗体滴 度上升 6.96 倍。加强针对抗体滴度的提升在各年龄层均可观察到,在 65 岁及以上的老年群体中尤其明显。加强针的 安全性特征与前两针常规接种相似。

初步实验结果显示不同技术路径接种能够诱导高抗体滴度

2021 年 9 月,一篇由土耳其科学团队贡献的有关异源新冠疫苗的文章发表在 Journal of Medical Virology 上。实验初步探索了完成 2 剂次科兴灭活疫苗(CoronaVac)接种后,再以 BioNTech 的 mRNA 疫苗 (BNT162b2)作为加强针的临床效果,并与其他加强针方案进行了对比。本实验是为数不多的针对 灭活/mRNA 异源加强的实验,但实验本身局限于过小的样本量,因此参考价值有限,后续类似实验 需要长期关注。实验结果显示,接种 2 剂科兴灭活疫苗后,针对 S 蛋白的 IgG(IgG_S)滴度平均值为 1351.2 au/ml;接种 2 剂科兴灭活疫苗+1 剂科兴灭活加强针后,IgG_S 滴度平均值为 1215.8 au/ml;接种 2 剂科兴灭活 疫苗+1 剂 BNT162b2 后,IgG_S 滴度平均值为 31277.9 au/ml,远远高于 3 剂科兴灭活疫苗诱导的滴度。

有关国内加强针

由以上分析我们可以得到以下信息,国内加强针的主要接种时段为 2021 年 11 月-2022 年 5 月,若按 照全民接种进行假设,预计需求量约为 10 亿剂。2021 年 10 月开始的本轮疫情已经波及十几个省份,呈现多地零散爆发的特点。与此前预估的第一轮 新冠疫苗到期时间接近。由于加强针还未全面铺开,而大部分公民接种的第一轮疫苗的效力至今已 明显衰减,因此 2021 年 11 月至 2022 年 1 月期间将有可能出现疫苗保护期之间的断档期,加之冬季 到来,期间出现零散疫情的风险将增大。

2021 年 10 月 30 日,中国疾控中心免疫规划首席专家王华庆先生在国务院联防联控机制新闻发布会 上表示,部分灭活疫苗接种完第三针满一个月后,和接种完第二针满一个月后相比,接种者抗体水 平提升约 5 倍。针对新冠病毒的中和抗体的平均半衰期为 20.4 天,其中 S1-IgG 的平均半衰期为 18.8 天,ACE2 抑制 Ig 的平均半衰期为 24.4 天。加强针诱导的额外 5 倍抗体滴度能够在主要免疫程序保护 期的基础上延长 2.32 个半衰期,约合 47.33 天。以乐观假设灭活疫苗中和抗体滴度能够维持在有效水 平以上约 6 个月,则加强针诱导的中和抗体滴度能够维持约 8 个月。

根据以上预测,第一轮加强针的保护周期可持续约 8-9 个月,而第一轮加强针的主要接种时点为 2021 年 11 月至 2022 年 5 月,则根据接种时间早晚,加强针可延长保护期至 2022 年 8 月至 2022 年底。届 时,若全球疫情仍未得到有效控制,则可能还需要第二轮加强针接种。在上一部分中,我们预测第一轮加强针的需求状况如下:2022 年 2 月前,加强针市场需求对应 2.23 亿剂次;2022 年 3-5 月,加强针需求约为 7.46 亿剂次;2022 年 5-7 月,加强针需求接近 1 亿剂次。第 二轮加强针的必要性和需求目前并不明朗,故不做预测。

加强针临床实验获批,潜在产业化进程迈出重要一步

11 月 8 日,科技部官网显示沃森生物与合作伙伴联合研发的 mRNA 新冠疫苗加强针临床 IIIb 期实验获 批。侧面预示目前疫苗的 III 期临床大概率表现良好。加强针实验目的为探究疫苗免疫原性及安全性, 因此大概率将以血清学指标作为主要研究目标。一般来说,血清学指标的数据收集时点为给药后 2 周及给药后 1 个月,所需时间仅为 1 个月左右。进度的不确定性主要来自于志愿者入组速度、数据 整理、以及审批流程。由于国内新冠疫苗市场最大的未摘果实便是加强针,因此本次实验获批是产 品潜在商业化迈出的重要一步。

印度尼西亚人口约 2.76 亿人。截至 10 月 26 日,每百人接种剂次 66.39,有 41.38 人接种至少一剂,有 25.01 人完成主要免疫。假设目标疫苗接种率为 70%,尚未开始主要免疫程序的人数约 7899 万,以 2 剂次/人计算,折合 15800 万剂疫苗的市场空间,且没有考虑潜在的加强针市场。

尼泊尔人口总数 2967 万人。截至 10 月 19 日,每百人接种剂次 50.71,有 28.85 人接种至少一剂,有 21.86 人完成主要免疫。假设目标疫苗接种率为 70%,尚未开始主要免疫程序的人数约 1221 万,以 2 剂次/人计算,折合 2442 万剂疫苗的市场空间,且没有考虑潜在的加强针市场。

根据 BNT162b2 和 mRNA-1273 的疫苗和临床设计,2 剂次之间相隔 1 个月,主要数据的收集为第二剂 接种完成 1-2 周后。因此,假设以 9 月初为开针时点,则十月中旬开始主要数据收集。考虑到数据收 集和数据整理所需时间,可以期待在 2022 年初看到海外 III 期结果。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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