猎药人专刊访谈 | 病毒结构生物学家王年爽：有价值的基础研究，终会发光发热

2023-08-20

疫苗

猎药人专刊是由猎药人俱乐部与E药经理人联合出品，将定期就医药行业高度关注的热点问题发挥媒体优势进行调查与分析，以推动中国创新药行业健康发展。第二期调研主题为“创新药企进击术”，通过访谈创新药企创始人、CEO、CMO等，解析Biotech在新周期中的差异化竞争力构建，敬请持续关注！王年爽博士是一位生物学专家，是S-2P技术的发明人（添加两个脯氨酸突变稳定冠状病毒刺突蛋白），更是将该技术成果“写入”数十亿支疫苗的来自中国的科学家。从他取得的成就，很难想像王博士今年仅36岁。回顾他的经历，从山东农村放养娃进入清华求学成为科研博士，在求学中认准冠状病毒研究而毅然赴美成为如今的生物结构科学家，朴实善良是刻在山东人骨子里的秉性，自强不息是清华熏染给他的精神，而赴美师从的科学家Jason McLellan引领这个年轻的中国人进入病毒蛋白结构设计新方向。对于病毒结构设计未来的研究，他认为目前虽然已有一些突破，但更多基础研究还有待进一步挖掘，这需要学术界、工业界的共同支持与努力。选择有价值的基础研究去深入，不管未来还是当时，不管经历了多少不被重视的情况，研究的价值始终在那里，研究的极致价值终会兑现！Q：E药经理人猎药人俱乐部A：病毒结构生物学专家 S-2P技术发明人王年爽Q1：请分享您之前的学术及从业经历？王年爽博士：我博士就读于清华大学结构生物学中心，一直从事与结构生物学相关的工作，至今已十余年。对于冠状病毒关注其实开始于2013年，当时在中东爆发了MERS冠状病毒,然后从那时候我们开始做冠状病毒的结构生物学研究。之后又不断拓展研究领域，包括合作进行中和抗体的筛选。2014年博士毕业后，在美国继续从事的冠状病毒相关研究，主要关注点集中到了针对冠状病毒的疫苗设计。我们在S蛋白的结构、表位特征和精准设计领域深耕了很多年，逐渐建立并发展了稳定化全长S蛋白的高效广谱的S-2P技术。后来随着新冠疫情爆发，S-2P技术迅速应用到新冠病毒疫苗和药物的开发中。疫情发生后进入Regeneron，真正进入工业界从事新药研发。Q2：新冠对全球来说都是一个冲击，但是对疫苗产业的发展来说可能是一个契机，您对自己所做的研究在这次疫情发挥的作用有什么感触吗？王年爽博士：其实我们在研究冠状病毒结构的时候，也没有想到未来会有这么一场非常大的流行病。我们最初研究是抱着对基础研究的兴趣，为了更好的了解S蛋白，做一些比较偏基础的但能揭示本质的研究。只是在过程中发现难度超过了我们的想象。这个领域一片荒芜，没有多少现成的经验可循，当时的实验条件也有限。于是沉下心来花了很多时间，付出了非常多的心血，包括发明一些新技术来克服这样的困难，最终得以拨云见日。然而因为这是一个相对小众的领域，最后文章也没有发表到最好的杂志上。当时很受打击。但现在我们再回头看，其实那些工作是真正值得的，在这次疫情期间得到了非常迅速的应用。文章发到哪里没有那么重要。即使新冠疫情之前，我们也得到了领域内很多同行的认可和支持。在我看来不管未来还是当时，不管经历了多少不被重视的情况，你做出来的东西它的价值还是会真实的存在那里的。所以不要太急功近利，要投入时间，深入钻研。好的技术是在解决复杂问题的过程中诞生的。当把技术做到极致的时候，肯定会有一个比较好的结果。Q3：经过疫情3年时间，我们对新冠病毒的了解越来越多。目前我们对s蛋白的研究已经到了什么程度呢？王年爽博士：做冠状病毒疫苗离不开对S蛋白的深入认识。确实经过三年多的时间我们了解了更多的东西，但是很大一部分对新冠病毒的了解都是基于之前在SARS等其他冠状病毒当中积累的经验。到现在为止，我们过去积累的技术在新冠疫苗当中其实已经得到充分的运用，再往后积累新的知识，可能会更难一些，现在我们依然很难说对S蛋白有了充分的理解。未来肯定还会有更多可以突破的地方。最重要的一点就是S蛋白上面的更加保守的区域，尤其是保守的中和位点这一块，我们的认识并不是特别充分。现在包括临床上的甚至走向市场的那些抗体药物都是靶向于RBD这个区域的，RBD非常容易突变，导致现在的中和抗体都已经失效了，那么有没有可能在未来更好的鉴定S蛋白，做出一些靶向更保守区域的中和抗体药物或者小分子药物？针对疫苗方面也是同样的道理，有没有可能做一款真正的广谱的疫苗，是不仅对现在的流行病毒株有效，对未来可能产生的其他的病毒株，也会产生比较持久的保护力，这方面肯定还有很多值得突破的地方，但这方面确实我之前积累的那些经验可能无法帮助我们，再往后的突破会越来越难，需要更多的原始创新。Q4：对于S蛋白结构，未来研究会往什么样的方向继续深入呢？王年爽博士：如上面所说，广谱性是一个至关重要的方向。广谱中和抗体是针对冠状病毒的，其实大家都一直在做，这也是比较热门的领域，但当前面临的问题就是广谱性和有效性基本上是成反比的关系。其实目前已经发现的很多的广谱表位，比如说S2上有一个Fusion peptide就是很广谱的，针对不同的种类的像SARS、MERS在内的各种冠状病毒，它都有一定的中和能力，但这样的表位产生的抗体有效性低，这就产生一个悖论。我们就在想有没有可能有那种既具有广谱性，又具有较强的中和能力的抗体，这样的抗体我们相信也还是存在的，当前有一些报道，譬如说在S2上靠近膜的MPER区域，已有报道的抗体显示这个表位既具有广谱性又具有高效的中和能力，这让我们相信其它类似这样的表位也还会存在，就需要我们进一步的探索吧。融合前构象的S蛋白在整体免疫原性上有巨大优势，但稳定化S蛋白注定不会只有脯氨酸突变一种方法。继续探索S蛋白稳定化的途径仍是一个很重要的课题。另外大家也要把眼界打开，Prefusion并不涵盖全部的中和位点。病毒膜融合的中间态也是我们应当关注的一个重点，抗体有可能结合在中间态的S蛋白上从而抑制膜融合过程。更重要的是起关键作用的这部分区域非常保守。当然现实情况下难度会比较大，因为中间态的稳定化会非常困难。总之在结构研究和结构改造的层面上，未来还是有很多可探索的东西。Q5：最近在疫苗领域最受关注的是RSV疫苗，我们有关注到您的导师参与了首款RSV疫苗F蛋白结构的设计，在您看来为什么RSV疫苗那么难研发呢？F蛋白的稳定或者S蛋白的稳定对疫苗开发起到什么样的作用？王年爽博士：我当时博士毕业之所以去美国做疫苗设计研究，是看到当时尚在NIH的Jason McLellan在RSV的F蛋白稳定化方面做的开创性工作。这是激励我最终选择加入他实验室的一个重要原因。后来这一工作也确实体现了其价值，也被公认为是“结构指导的疫苗设计”这一领域的奠基之作。包括我们后来做新冠病毒S蛋白的稳定化，其实主要能借鉴的也就只有RSV F蛋白的稳定化研究，相当于借鉴了那样一条路。RSV疫苗是最先采用理性化结构设计技术并走向临床的疫苗。当然后来因为新冠的突发情况，新冠S-2P技术后来居上，成就了第一款采用理性化结构设计技术并获批上市的疫苗产品。RSV疫苗研发的难度是业界公认的，在上世纪60年代的时候做的一款灭活疫苗造成了非常严重的影响，当时接种RSV灭活疫苗导致感染后的症状比不接种疫苗的还要严重，也造成了两例儿童的死亡。这个留下非常惨痛的教训，用最常规的灭活疫苗的手段做RSV疫苗其实这条手段不可行。之后就一直停滞了很长时间，从机理上来看，过去超过半个多世纪的时间其实我们理解的都不是特别充分。大家都不清楚RSV疫苗到底应该怎么做。后来的很多重组蛋白疫苗其实它的效果都很差，包括Novavax等公司，做RSV重组蛋白疫苗也失败了。对于RSV疫苗研究，最大的突破源自对RSV的F蛋白融合前和融合后构象的研究，这很大一部分归功于我的博士后导师（Jason），他筛先研究了融合前融合后构象的不同，并对融合前构象进行稳定，发现融合前构象用到的中和抗体基数普遍要高一个数量级，在意识到这一点以后，实验室开始真正针对融合前构象设计疫苗。相对来说，其实在RSV之前，学术界们已经知道病毒在入侵前后会发生一个构象的改变，但之前均没有意识到这点在疫苗设计层面的重要性。真正用膜融合蛋白构象的差异来解释诱导的中和抗体能力的差异，并进一步用结构设计的手段稳定融合前构象构建强效免疫原，是RSV疫苗设计方法上的重大突破，也是RSV疫苗在2023年最终成功上市的关键所在。Q6：这种理论层面对病毒表面蛋白融合前融合后的认识，首先应用在RSV疫苗，未来有可能扩展到别的疾病领域吗？王年爽博士：对膜融合到白构象转变的认识和应用其实一直都有。即使在RSV之前，关于HIV的融合前融合后构象就一直有在研究。但是因为HIV的融合前构象更不稳定、更难，相对来说取得的进展极其有限。但HIV疫苗未来的研究依然会在这个方向上持续进行，这是一个非常重要的领域。此外还有其他的Ⅰ型膜融合蛋白，包括流感病毒、拉沙病毒、偏肺病毒、埃博拉病毒之类的，这些都是这些年学术界和工业界都关注比较多的病毒。这些病毒的膜融合蛋白都有融合前融合后的这样一种构象的转变。我们认为针对融合前构象的稳定化，会普遍增强疫苗的免疫源性，对做成高效疫苗还是非常有帮助的。技术的诞生本质上还是为了解决问题。除了稳定构象增强免疫原性这一点，另外的问题就是在稳定构想的基础上如何进一步做到广谱。这需要更复杂的结构设计，难度更大。也是HIV、流感、冠状病毒等病毒的抗原设计层面上进一步突破的关键。而且这样的构象稳定化的抗原设计也是可以用到包括mRNA疫苗、重组蛋白疫苗在内的各种类型疫苗上。新冠疫苗来说，美国FDA批准的两种mRNA，一种腺病毒载体疫苗和一种重组蛋白疫苗都使用了S-2P蛋白作为抗原；美国最先批准的GSK和辉瑞的两款RSV疫苗其实都是重组蛋白疫苗，用的都是稳定化的融合前构象F蛋白来做的。针对疫苗设计领域各种不同技术路线，这种融合前构象稳定化的蛋白预期都会有提升作用。Q7：您觉得如果一种新的病毒再次来袭的话，mRNA类型的疫苗也可以新冠疫苗那样响应那么快吗？王年爽博士：在这次疫情爆发之后，mRNA体现出了巨大的优势，大家也可以看到mRNA疫苗只在不到一年的时间里就研发出来。这主要是因为制备mRNA疫苗不需要体外表达纯化的这样一个过程，也不需要大规模生产病毒，它其实是用人本身的细胞作为一个工厂来最终生产抗原蛋白，所以研发速度快是mRNA疫苗本身的一个最重要特征。未来在面对新的突发病毒的时候，mRNA疫苗肯定会发挥更重要的作用。对于重组蛋白疫苗，可能制备蛋白会慢一些，在绝大多数情况下都要做成细胞株来生产蛋白然后在体外做纯化，这样经历的步骤会比较多。但是中国在生产蛋白方面积累了非常多的经验，国内在重组蛋白疫苗的响应上市非常快，特别是经过本次疫情，我们看到中国有非常多的公司在生产重组蛋白疫苗，比如神州细胞，他们做的四价的疫苗其实真正产生出蛋白花的时间没有多少，他能做大批量生产这个疫苗，相比于mRNA疫苗其实也没有落后很多。Q8：研究成果转化是非常难点，您觉得国内在病毒结构基础研究方面，还有那些地方可以做的更好？王年爽博士：中国也有很多非常好的基础研究，后来转化为非常好的实用结果，但总体来说真正能解决根本问题的有实用价值的还相对较少。就病毒的研究而言，国内有挺多人在做病毒抗原设计的这个领域，但我观察到很多是集中在结构本身去了解一个病毒，真正基于病毒结构做抗原结构设计的这一块国内非常少。当然这方面难度非常大，真正做的话可能短时间内比较难以出成果。对于国内希望可以多集中于一些能够解决重大问题但短期内可能见不到成果的研究平台，这种平台技术非常重要。从生物医学转化的角度来讲，我觉得还是要强调两点，一方面要“新”，另一方面要“实用”。把两者结合起来其实非常难。我觉得无论在学术界还是真正进入到工业界，最重要的还是真正聚焦于解决问题的那些技术，做一些源头创新。真正解决问题的技术都不会很容易，要沉得住气，踏实的做研究。当你把一个技术做到极致的时候，他会有他的价值。要本着解决问题的目的研发新的技术，而不是说大家都在做，我也去跟风。Q9：您对未来想要进入结构生物学领域的科研人员有什么建议吗？王年爽博士：进入需要比较谨慎吧，要真的想清楚这个领域真正存在的问题在哪，你想要突破的瓶颈在哪？你到底想要在这个领域做一些什么？因为当前看这个结构解析的平台其实已经搭建的比较好了。包括国内外的各大高校，以及国际上占据主流位置的这几个大公司，他们都有他们自己的技术和平台，你要进入这个领域的话，想一下你自己有什么独创性的东西，怎么与他们竞争，这是个非常重要的点，不要看大家都在做，然后你也想去做。另外，伴随生物大分子药物设计领域这些年的长足进展，结构生物学扮演的角色也越来越重要。结构生物学越来越多地从一个发现和检测工具，过渡为功能强大的设计工具。这就需要结构生物学的科研人员更多地从结构生物学技术本身跳离出来，关注其在药物开发层面的实际应用，这包括但不限于蛋白药物、抗体以及疫苗等大分子的合理化、精细化改造。结构生物学在药物设计层面会有一个非常值得期待的未来。采访嘉宾简介王年爽病毒结构专家，S-2P技术发明人2014年于清华大学生命科学学院获得理学博士学位，师从王新泉教授。2014-2020年，先后于达特茅斯学院和德州大学奥斯汀分校进行博士后研究，合作导师为Jason McLellan教授。2020年疫情期间加入再生元公司（Regeneron）担任研发科学家（Scientist），负责蛋白质和抗体改造相关的工作。2022年晋升为资深科学家（Principal Scientist）。王博士从事冠状病毒研究超过十年，主要关注针对冠状病毒的"结构指导的疫苗设计"研究。2020年2月与实验室成员一起解析第一个新冠病毒S蛋白结构。王博士早在2016年就发明了通过脯氨酸突变来稳定S蛋白的" S-2P"技术，能大大提高S蛋白的表达量、稳定性和免疫原性，这一策略适用于包括新冠病毒在内的多种冠状病毒疫苗的抗原设计，问世以来受到广泛的认可。该技术在新冠病毒暴发以后很快被应用于Moderna, Pfizer/BioNtech, J&J, Novavax等公司生产的数十亿剂、价值超千亿美元的疫苗产品中，在全球抗击新冠的科技前线留下中国人的身影，得到了社会各界的高度关注。关于猎药人俱乐部猎药人俱乐部是由国内一线基金创始合伙人、企业家、科学家共同发起的一个非营利性质的专业组织机构，于2021年11月5日在上海张江“药谷”成立。我们怀着“做医药人的灵感迸发地”的初衷，秉承“创新、交流、共享”的理念，营造轻松、愉悦、自由、开放的艺术文化氛围，组织策划碰撞灵感、激发创新的话题活动，汇聚志趣相投的新药研发创业者、投资者、研发人员及医药行业精英，分享经验，共享资源。猎取信息、捕捉灵感，让医药人的真知灼见有地可栖。