コラム

 新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)ワクチン開発における追い風情報と懸念事項

大阪大学名誉教授 生田和良

通常5〜15年かかるとされているワクチン開発だが、新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)のワクチン開発では、大幅な短縮が可能だと考えられている。現に治療薬では、SARS-CoV-2感染症(COVID-19)に対する治療薬「レムデシベル」が米国FDAに特例承認を適用され、日本においてもスピード承認された。ワクチンもその必要性を考慮すると、当初スピード承認される可能性が高いと思われた。しかし、近頃承認に対して慎重さを求める声が日増しに大きくなっている。ワクチンは健常者に対して感染の予防を目的に接種するものであり、安全性と有効性に関して、重症者への治療薬開発などの場合とは考え方が根本的に異なり、医薬品以上に承認に慎重さを求めるのは当然である。

前回のコラム(新型コロナウイルス・ワクチン①)で、世界的に展開されているCOVID-19に対する予防ワクチン開発の現状について解説した。今回のコラムでは、これまでの、ワクチン開発で追い風となる情報と懸念される点とについてまとめたい(図1)。

まずワクチン開発に追い風となる情報は、すでに発見されていた風邪の原因である4つのコロナウイルスに対して、多くの人が免疫を持っていると考えられることである。実際、今回のCOVID-19が発生する以前のイムノグロブリン製剤に、ある程度の免疫学的交差性があるかもしれないと報告されている。また、このウイルスに感染し、軽症に経過した人では、典型的かつ強力な抗ウイルス免疫応答が誘導されており、ほとんどの人が抗体ばかりではなく、感染細胞の排除に有効な細胞障害性T細胞も誘導されていたと報じられている。

次に、ワクチン開発に懸念される事項は、ADE(Antibody-dependent enhancement=抗体介在性感染増強)と呼ばれる現象である。すなわち、感染防御が期待される抗体誘導であるが、ウイルスに結合した抗体(ADE抗体)が、宿主細胞のレセプターへの結合を阻止するどころか、逆に結合を手助けする「仲人役」を演じてしまうという、多くは培養細胞レベルで見出されている現象であるが、これが仮説としてワクチン開発の大きな障害となっている。実際、デングウイルスでは長年の議論の的であったこのADE仮説によりワクチン開発が10年以上も遅れたといわれていた。フランスのサノフィー社は長年の研究成果に基づいてワクチンを開発し、大規模な治験も問題なく通過したデング熱ワクチンの実用化を進めていたが、フィリピンでワクチン接種によるADEと考えられる症例が発生してしまった。小児科領域で期待されるRSウイルスワクチンでも、やはりADEで失敗した経緯がある。ADE現象は、ほとんどが培養細胞レベルの現象であるが、エボラウイルス、インフルエンザウイルス、HIVなどでも確認されている。

さらに、コロナウイルスのADEに関して、動物のコロナウイルスのワクチン開発にまつわる情報がある。ブタ、ウシ、イヌなどのコロナウイルスではワクチンにより下痢症等の予防が可能になっているが、ネコやウマではワクチンの開発が困難であった。その理由として、ネココロナウイルスでは無症状で経過することが多く、時に遺伝子変異を起こし高病原性ウイルスへと変異することがあり、またADEを引き起こし、逆に増悪効果が表に出てしまうこともある。もしヒトのSARS-CoV-2がネコ型であれば、現在開発が進められているすべてのワクチンに大きな期待をかけすぎるのも危険なことにならないかと心配になる。すなわち、図2に示すように、これまでの新型コロナウイルスで作製したワクチンで誘導される中和抗体が、第2波、第3波の流行時に、ウイルスを中和するどころか、逆にADEを起こす可能性が存在するのである。SARS-CoV-2に対する抗体の中に、ADEを引き起こす可能性があることになれば、ワクチン開発ばかりか、治療薬のひとつとして開発が進められている、単クローン抗体を用いる抗体医療についても、同様にその治療効果が懸念される。

上述の懸念点を考えると、承認申請前にワクチンや抗体医薬として有効性がどの程度であるのかについて慎重に検討する必要がある。たとえば、モデル動物へ候補ワクチンを接種し、その後1〜2ヶ月目に採血し、その血清中抗体についてSARS-CoV-2に対する中和能とADE活性を培養細胞レベルで測定することが重要である。さらに、治験第1相に進んでいる場合、健康な健常者が候補ワクチンを接種された後に応答する抗体について、その中和力価が十分であるか、また同時にADEを引き起こす可能性を考慮するレベルであるか、などについての検討が重要である。

ほとんどのワクチンが開発を始めた時期は2020年の2月〜3月なので、中国・武漢市の患者に由来する分離ウイルス株のゲノム情報に基づいてデザインしたワクチンが多くを占めると考えられる。わが国においてもSARS-CoV-2の感染拡大は武漢市からの輸入感染症と位置付けられるので、その遺伝情報に大きな違いはないと考えられる。しかし、候補ワクチンが実際に使われる時期は早くとも約1年後の2021年と考えられる。その時点で、ウイルスがどの程度変異しているのかがポイントになる。特に、スパイク(S)たんぱく質における変異が起こりその高次構造に変化が起こっていた場合、開発を始めた当時のウイルス情報を基に開発したワクチンは、変異したウイルスとの結合が低下することとなり、ADEを起こすかもしれない。この問題を回避するためには、できるだけ、社会に広がっている野外株を広く採取し、それぞれのウイルス株に対する中和とADE活性を検討することが重要と考える。

大きな期待がかかるワクチン開発であるが、早いものでは2020年中に供給が可能とする核酸ワクチンから 「急がば回れ」(実際には中国では治験まで進めているが)で、成果が手堅く期待できると考えられる不活化ワクチンまで、今後の進展が気になるところである。

 

図1.  SARS-CoV-2に対するワクチンを開発する上で追い風となる情報と懸念事項についてまとめた.

 

図2.  SARS-CoV-2のスパイク(S)たんぱく質に変異が起こった場合に想定されるADE誘発機序. ワクチン接種で誘導され抗体は、ワクチン開発当時のウイルスに対しては中和活性を示すが、この抗体はSたんぱく質に変異がある進化型ウイルスに対してはADE活性を示すADE抗体として振舞う可能性がある.

新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)に対するワクチン開発の進捗状況

   大阪大学名誉教授 生田和良

新型肺炎(COVID-19)の原因となっている新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)は、発生からわずか5ヶ月で世界中へ広がった。それぞれの国で感染者数と死亡者数に特徴的な様相を繰り広げ、ようやく多くの国において感染者数が下降傾向を示し始めたかと思えば、その後の報道では南米の国々で爆発的ともいえる急激な勾配で感染者が増加しているとのことである。米国ジョンズ・ホプキンス大学の集計によると、日本時間6月29日午後6時の時点で、世界の感染者数が1015万4984人、50万2048人の死亡者数となった。日本の累計感染者数(6月28日24:00時点厚労省とりまとめ)は18,476人、死亡者数は972人である。世界的には多くの国で収束に向かいつつあり、日本では5月半ば以降から収束程度が顕著で、現在は次なる第2波に備えて、検査や病院の体制整備を行う時期との位置付けになっている。同時に、ワクチン開発の気運は世界的な流れになっており、早期実用化が強く期待されている。

今回は、前回に続いて新型コロナウイルスの話題として、各国で凌ぎを削っているワクチン開発の話題を中心に、治療薬開発につながる抗体医療についても触れたい。ワクチン開発の道のりは遠く、どのようなデザインのワクチンを開発するのかに関する研究は基礎研究段階である。その後はモデル動物を用いた安全性と有効性の評価を行う非臨床試験、その後ようやく人を対象にした第1相治験(数十人の健康ボランティアへの接種による安全性評価)、第2相治験(ワクチン接種群とプラセボ接種群との比較による、小規模の有効性評価を、感染地域の数百人で実施)、その後に第3相治験(大規模な有効性評価を、感染地域の数千人で実施)が行われる。特に、これから感染者が減少し、例えば3,000名に10名しか感染しない状況になってしまうと、10,000人規模に治験をするか(これでも、100名のプラセボ接種群に対して、ワクチン接種群は何名まで落ちるのかで有効性評価となる)、もしくは3,000人規模の治験を長期間実施し、感染者数が増えるのを待つかということになる。いずれにしても、1症例あたりの治験費用は100万円を超えるともいわれ、メガファーマ参加でしか実用化までのロードマップを描けないのが実情である。世界ではおそらく100以上の大学や企業等がワクチン開発に乗り出している。日本でも10以上の大学や企業等が何らかの形で連携しながら開発を進めている。

ワクチンには、標的のウイルスを弱毒化したもの(生ワクチン)、培養細胞で増やし精製したウイルス粒子を薬品で死滅させたもの(不活化ワクチン)、構成するたんぱく質、もしくはたんぱく質の最も重要な断片(成分ワクチンもしくはたんぱく質型ワクチン;この中にはウイルス粒子の表面たんぱく質から構成され、遺伝子を含まない空粒子も含まれる)をワクチンとして用いるものがある。SARS-CoV-2では、宿主細胞のレセプター分子であるACE2に結合するウイルス表面のスパイク(S)たんぱく質が最も重要なワクチン開発の標的である。ワクチンとしてこれらを接種する目的は、ワクチンに対して免疫応答(抗体、細胞障害性T細胞)を誘導し、感染の防御に働くような機能性抗体や機能性T細胞を産生させることである。機能性抗体は中和抗体と呼ばれるもので、ウイルス粒子が宿主細胞のレセプターへの結合を阻害することができる。

現在開発中の新型コロナウイルスのワクチンは、Sたんぱく質を発現するmRNA型、DNA型、ウイルスベクター型、Sたんぱく質の成分型、そして全粒子の不活化型に分けられる(図1)。核酸型ワクチン(図1-1~3)はSARSの発生時にかなり進んでいた技術で、先進国で技術の蓄積があったものであるが、ヒトのウイルス感染症でこれまでに実用化されたものはない。最近、mRNAを脂肪膜で包む核酸型ワクチンで中和抗体の産生が確認され、治験の最終段階である第3相に進めるまでに進展している。たんぱく質型ワクチンとしての空粒子ワクチン(図1-4)は、酵母細胞で生産するヒトパピローマウイルスワクチン(通称、子宮頸がんワクチン)で実績がある。図1-5は古典的な手法による不活化ワクチンであり、インフルエンザワクチン、日本脳炎ワクチン、不活化ポリオワクチンや不活化帯状疱疹ワクチン(これらは生ワクチンもあるが)などで、安全性と有効性が確認され、実用化されている。薬剤やワクチンなどでウイルス複製時に圧力をかけると、圧力がかかっているウイルス遺伝子領域に変異を起こしたウイルスが出現し、たちまちこのタイプがエスケープ型として優勢型ウイルスになることが多い。この高変異性は、ウイルス側に勝利をもたらす結果となる武器になっている。遺伝子領域の一部をターゲットとした核酸型ワクチン、Sたんぱく質にフォーカスしたウイルスベクター型や成分ワクチン型ワクチンは、こうしたウイルスのエスケープによりその効果を発揮できなくなるという問題を起こす可能性が高い。コロナウイルスは、30キロベースもの大きなゲノムを持つRNAウイルスであり、RNA複製の際に生じるエラーを修復する酵素を自らの遺伝子に持っているが、それでもかなりの効率で変異を起こすと考えられている(もちろん、複製時エラーの産物のほとんどは死滅するのだが)。

一方の不活化ワクチンは、ワクチンとしてウイルスに対して多点(免疫学的に重要なウイルス側の部分)で攻めることが可能と考えられ、一極集中ではなく、手堅く、やんわりと効果が発揮されるように考えられる。今回のSARS-CoV-2では、中国のグループで、すでにアカゲザルにおいて感染防御可能な不活化ワクチン開発に成功したと報じられ、これから治験に入る状況にある。

最後の図1-6は、ワクチンの接種により誘導されることが期待される中和抗体を、先取りする形で中和抗体活性を持った単クローン抗体を作製し、この中和抗体を予防ではなく治療目的に用いる抗体医薬の開発である。麻疹等で昔から効果が知られていた血清療法の流れであるが、RSウイルスでは実用化しており、近年ではエボラウイルスやジカウイルスでも試みられた方法である。すでに候補の単クローン抗体の作製に成功し、実用化に向けての治験実施が計画されている。同時に、新型コロナウイルス感染者の回復期の血しょうからの抗体成分(イムノグロブリン)を分画調製し、これを急性期患者に点滴治療目的として用いる製品も、すでにいくつかの国で治験が進められている。

以上、幅広く、いろんな角度からのアプローチでワクチン開発が進められており、早期の承認が世界的に大きく期待されている。第2波、第3波がやってくるという懸念が日増しに高まっており、その波が来る前にワクチンが実用化されるのか、開発グループから発信される情報に、注目が集まる日々である。

追記:6月26日夕方の速報で、英国オックスフォード大―アストラゼネカ社が、日本へのワクチン(図1-2のアデノベクター法と思われる)の供給に向けて日本政府と協議を進めることで合意したと発表した。

図1. 世界的に展開されているSARS-CoV-2に対する予防ワクチン開発の現状.

武漢市で発生した新型肺炎の原因コロナウイルス(2019-nCoV

                             大阪大学名誉教授 生田和良

新興感染症の発生は、突然この地球上に生まれた印象を持つが、実は、ほとんどの新興感染症は、野生動物の持っていた微生物に由来している。野生の動物にひっそりと取りついて、生き延びている微生物がたくさん存在しており、このような微生物は、共存下にある宿主動物にはほとんど症状を示さない。

長い間、基本的には、ヒトは野生の動物とはバリアを形成して暮らしてきているが、自然の変化やヒトの手で、このバリアを壊し、ヒトとの接点を作ってしまう時がある。野生動物に取りついている微生物が、ヒトにも感染性を示し、時にきわめて高い病原性を示す病原体であったりする場合がある。その際、自然宿主から別の動物に移った時にも、思いがけなく大量のウイルスを産生する動物(中間宿主)である場合には、この動物がヒトへの伝播を仲介する。今回の、中国湖北省・武漢市で発生した新型コロナウイルス(2019-nCoV;WHO

により「COVID-19」と命名)も、おそらくそのような経緯でヒトに感染し、ヒトに重症の肺炎を引き起こす病原体であるだろうと考えられている。

ヒトに感染性を示すコロナウイルス(CoV)として、これまでに4種類の、いわゆる風邪の原因ウイルス(風邪の10~15%;流行期には35%にも及ぶ)が確認されている:1960年代に発見されたHCoV-229EとHCoV-OC43; 2000年代に発見されたHCoV-NL43とHCoV-HKU1。風邪の原因ウイルスのひとつという認識で、基礎研究もあまり進んでいなかった。ただ、エンベロープが異常に発達している特徴から、コロナという名前が付けられた。

ヒトに感染し、きわめて重篤な感染症を引き起こすCoVとして、これまでに2例が知られていた:2002年に中国広東省・広州市で発生したSARS(重症急性呼吸器症候群)の原因CoV、そして2012年に中東地域を中心に発生したMERS(中東呼吸器症候群)の原因CoVである。SARS-CoVの自然宿主はコウモリであると考えられている。おそらく、中間宿主としてハクビシンが想定されている。また、MERS-CoVの自然宿主も、同じくコウモリではないかといわれている。中間宿主は、ヒトコブラクダではないかと考えられている。2019年末に再び、動物由来の新しいCoVが、武漢市から発生した。日本では2020年の新年が明けた頃から報道が始まり、その後の報道ぶりが凄まじく、日本人のほぼ全員がこのウイルスに関する評論家になれるほどの情報である。

今回の武漢市で発生した、新型肺炎患者の原因となっている新型ウイルス(2019-nCoV)は、武漢市にある海鮮市場(名前が紛らわしいが、魚だけではなく、家畜や野生動物も扱っている)と接点のある人たちに感染者が多い。特に、高齢者や、心臓病や糖尿病、高血圧などの基礎疾患を前もって患っている人に、高い致死率(武漢市では4.1%、ただ湖北省を除く中国では0.17%と、インフルエンザの0.1%の2倍弱と報道;SARSでは9.6%、MERSでは35%)が認められている。ただ、その後に、軽症者や不顕性感染者が多いことが観察されている。国内で診療にあたった医師や専門家の印象は、「軽い風邪のような症状が1週間ぐらい続き、その後は良くなるか、肺炎になっても回復するケースが目立つ」と述べている。特徴のひとつは、SARS、MERSとも共通するが、子どもにはほとんど感染せず、感染しても軽症の呼吸器症状を示すのみである。

CoVは、野生動物や家畜に広く蔓延しており、下痢症などの原因となっている。ウシのCoVに関しては、すでにワクチンが実用化している。ヒトのCoVのモデルとして、最も基礎的な情報の蓄積があるのはマウス肝炎ウイルス(MHV)と考えられる。

SARS-CoVについては、ヒト患者に由来するウイルスと野生動物由来ウイルスを比べると多少の違いがあり、ヒトに由来するウイルス株にはN遺伝子の上流に29塩基の欠損が存在する。これは、ヒトに移る際に起こった可能性がある。この欠損を起こさせることによりヒトへの感染性を獲得した可能性が考えられる。

MHVを用いた詳細な解析から、ウイルス侵入機構が明らかにされている。SARS-CoVとMHV遺伝子構造は多くの共通点があることが報告されている(4.コロナウイルスの細胞侵入機構.特集1 ウイルス侵入と受容体、田口と松山、ウイルス 第59巻、00.215-222、2009)。両ウイルスともに、S蛋白質が3分子集まり、クラスIの膜貫通蛋白質構造を採る。これは、HIVの糖蛋白質であるgp120とgp41の採る構造に類似しており、感受性細胞へのウイルス吸着から、細胞内へ侵入し、ゲノムを細胞内に押し込む、必須の機序となる。また、ウイルスゲノム構造についても類似しており、したがって発現するウイルス蛋白質も同様である。

 

武漢市で発生した新型CoVに対するクリアランス試験を計画するとしたらモデルウイルスとして何を選んだら良いだろうか?

 

ウイルスクリアランスのモデルウイルスでエンベロープのあるRNAウイルスにはマウス白血病ウイルス(MuLV)があるが、それとはかなり異なると考えられる。まず、エンベロープが発達していて分厚いため、フィルター透過性などは明らかに異なってくる可能性が考えられる。また、熱に対する抵抗性や遠心機での沈降性なども違ってくるのではないだろうか。粒子形態や粒子のサイズ(直径100 nm前後の多形性で、S蛋白質が形成する突起は10-20 nmにも及ぶ;図1)、遺伝子構造(図2)などを考慮すると、MHVが最も適していると考えられる。

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