江湖大川 ，張力 ，李靖欣，朱鳳才,b,

a School of Public Health, Southeast University, Nanjing 210009, China

b NHC Key Laboratory of Enteric Pathogenic Microbiology, Jiangsu Provincial Center for Disease Control and Prevention, Nanjing 210009, China

c Center for Global Health, Nanjing Medical University, Nanjing 211166, China

d Department of Vaccine Clinical Evaluation, Jiangsu Provincial Center for Disease Control and Prevention, Nanjing 210009, China

1.引言

疫苗臨床試驗通過三個不同的階段，從安全性、免疫原性和臨床效力方面研究疫苗對人類志愿者的影響[1]。通常，1期研究集中在安全性和反應(yīng)原性上，而2期研究則試圖建立劑量范圍、劑次和免疫程序（有時甚至是效力數(shù)據(jù)）選擇的免疫原性證據(jù)。大型3期研究旨在評估劑量和劑次、免疫程序是否提供了理想的保護(hù)效力并具有可接受的安全性[2]。3期疫苗臨床試驗提供了必不可少的效力數(shù)據(jù)，以支持已獲得許可的疫苗。

迄今為止，截至2021年4月30日，共有27款新冠病毒疫苗處于3期臨床試驗，所有3期臨床試驗均被設(shè)計為隨機(jī)、安慰劑對照研究，每項試驗有3萬～4萬名受試者。最近宣布了10種第一代新冠病毒疫苗的3期試驗的初步功效（表1）：兩種mRNA疫苗[BioNTech / Pfizer研發(fā)的BNT162b2，疫苗功效（VE）為95.0%；由Moderna研發(fā)的mRNA-1273，VE為94.1%]；四種非復(fù)制型病毒載體疫苗（牛津大學(xué)/阿斯利康大學(xué)研發(fā)的AZD1222，VE為70%；Gamaleya研發(fā)的Sputnik V，VE為91.4%；Janssen研發(fā)的Ad26.COV2.S，VE為66%；CanSino Biologics和軍事科學(xué)院研發(fā)的Ad5-nCoV，VE為68.8%）；蛋白亞單位疫苗（Novavax研發(fā)的NVX-CoV237，VE為89.3%）；三種滅活疫苗（北京生物制品研究所開發(fā)的BBIBP-CorV，VE為78.1%；武漢生物制品研究所開發(fā)的滅活全病毒nCov-19疫苗，VE為72.8%；以及由Sinovac開發(fā)的CoronaVac，在土耳其的VE為91.3%，在巴西的VE為50.4%）[3-8]。根據(jù)這些結(jié)果，在某些地區(qū)或國家/地區(qū)已批準(zhǔn)了10種新冠病毒疫苗中的9種獲得緊急使用授權(quán)或有條件許可。另一種蛋白亞基疫苗（ZF2001）也已獲得緊急使用許可。

隨著新冠病毒肺炎大流行繼續(xù)在世界范圍內(nèi)蔓延，對有效疫苗的需求空前巨大。顯然這10種初代疫苗的產(chǎn)量不太可能滿足世界需求。因此，仍需要對其他新冠病毒候選疫苗進(jìn)行研究，并有望在3期臨床試驗中確定更有效的疫苗來對抗新冠病毒肺炎。然而，在疾病負(fù)擔(dān)如此重的新冠病毒肺炎大流行期間進(jìn)行個體、隨機(jī)、安慰劑對照的臨床試驗，并在已獲得新冠病毒疫苗批準(zhǔn)使用的情況下開展免疫接種，這是以前從未出現(xiàn)過的。第一波新冠病毒疫苗的批準(zhǔn)使用引發(fā)了人們對正在進(jìn)行的和未來的其他新冠病毒候選疫苗3期試驗期間使用安慰劑的擔(dān)憂。

在這里，我們同時從倫理問題、疾病流行情況和統(tǒng)計學(xué)角度進(jìn)行考慮，討論了可能影響新冠病毒疫苗臨床試驗的問題，旨在不久的將來評估疫苗效力并探索替代試驗設(shè)計的可能性。

2. 未來新冠病毒疫苗臨床研究的挑戰(zhàn)

2.1. 數(shù)百種正在評價的新冠病毒疫苗

根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的調(diào)查，截至2021年4月30日，全球正在開發(fā)277種針對嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒2型（SARS-CoV-2）的候選疫苗[9]。其中，至少有93種疫苗已獲批進(jìn)行臨床試驗。這些獲批疫苗主要包括亞單位蛋白疫苗（n= 29，占93種獲批疫苗的31%）、病毒載體類疫苗（n= 18, 占19%）、滅活疫苗（n= 13, 占14%）、DNA或RNA疫苗（n= 23, 占25%）和病毒顆粒疫苗（n= 5, 占5%）。

表1 新冠病毒候選疫苗已公開的效力

除了第一波新冠病毒疫苗外，許多正在開發(fā)的候選疫苗的效力尚未確定；對于基于亞單位蛋白技術(shù)平臺的疫苗尤其如此，其占總數(shù)的三分之一以上。這種基于重組亞單位蛋白的疫苗通?？梢园踩赜糜诟鼜V泛的人群，包括兒童、老年人和免疫功能低下的個體；它們在存儲和物流方面也很容易處理。如果所有這些候選疫苗同時進(jìn)入臨床試驗，可能沒有足夠的資源來完成有效的臨床試驗，就像中國大陸疫情期間、全球大流行初期的情況一樣，缺乏獲得研發(fā)新冠病毒肺炎治療藥物確鑿證據(jù)的能力。

效力試驗通常應(yīng)在疾病流行地區(qū)，在那些當(dāng)時無法獲得有效獲批疫苗的具有暴露風(fēng)險的人群中進(jìn)行。然而，在緊急情況下進(jìn)行臨床試驗會帶來巨大挑戰(zhàn)[10]，特別是如果已經(jīng)實施了緊急使用的疫苗接種運(yùn)動，這將減少合格的后續(xù)新冠病毒疫苗試驗的研究人群。因此，未來新冠病毒疫苗3期效力試驗的實施可能會集中在醫(yī)療資源不足的發(fā)展中國家或地區(qū)，這可能會給當(dāng)?shù)蒯t(yī)療系統(tǒng)帶來進(jìn)一步的負(fù)擔(dān)，并加劇有效疫苗可及性的不平衡。

2.2. 正在進(jìn)行的新冠病毒疫苗臨床研究的局限性

第一波新冠病毒疫苗3期臨床試驗的療效數(shù)據(jù)的中期分析結(jié)果證明了它們的安全性和對新冠病毒肺炎的有效性，但均是在相當(dāng)短時間內(nèi)的結(jié)果。BNT162b2、mRNA-1273和AZD1222試驗中新冠病毒肺炎病例監(jiān)測的平均觀察期為2～3個月[3-5]，因此這些疫苗的保護(hù)持久性和長期安全性仍有待確定。由于觀察期有限，試驗期間僅捕獲了少數(shù)或幾個嚴(yán)重的新冠病毒肺炎病例，導(dǎo)致缺乏這些疫苗針對嚴(yán)重病例的可靠效力數(shù)據(jù)。此外，盡管在BNT162b2、mRNA-1273、Sputnik V和Ad26.COV2.S [3,4,8,11]的3期效力試驗的公開結(jié)果中，在按年齡定義的亞組中觀察到了類似的VE，但這一數(shù)據(jù)并不可靠，因為參與試驗的老年人數(shù)量很少，而其他候選疫苗對老年人的保護(hù)效力也沒有被評估。因此，關(guān)于這些疫苗對老年人保護(hù)作用的證據(jù)仍然不足。但是，由于候選疫苗對老年人具有良好的免疫原性，并且老年人感染SARS-CoV-2的風(fēng)險較高，因此中國60歲及以上的人群也有資格接種疫苗。

由于所有這些知識差距，科學(xué)家呼吁繼續(xù)使用安慰劑進(jìn)行臨床試驗，以避免在受試者不屬于確定的優(yōu)先接種群體的情況下，丟失有價值的研究數(shù)據(jù)及降低健康公平性[12]。

3. 評價疫苗效力的研究設(shè)計

3.1. 當(dāng)安慰劑的使用是可以接受的

根據(jù) WHO 專家小組的建議，當(dāng)不存在有效和安全的疫苗，并且該候選疫苗旨在使評價疫苗的人群受益時，在疫苗試驗中使用安慰劑顯然是可以接受的[13]。盡管某些新冠病毒疫苗已被批準(zhǔn)用于緊急使用或附條件上市，但它們不被認(rèn)為具有與針對其他疾病的已知的非緊急使用疫苗相同的保護(hù)效力和安全性水平，因為它們的批準(zhǔn)僅基于短期效力和安全數(shù)據(jù)。因此，它們的緊急使用批準(zhǔn)不是上市許可，許多專家仍然主張在疫苗試驗中使用安慰劑對照（表2）。

3.1.1. 交叉設(shè)計

在傳統(tǒng)的(2×2)交叉設(shè)計中，每個受試者接受兩種不同的治療，標(biāo)記為A和B。一半的參與者先接受A，然后，選擇一段合適的時間后，再接受B。剩下的受試者先接受B，然后再交叉接受A。這項研究的目的是比較A和B的效果[14,15]。這種交叉設(shè)計可能是在3期試驗中評價新冠病毒疫苗效力的替代方法，而不是安慰劑對照隨機(jī)試驗（圖1）。在第一階段，參與者將被單獨隨機(jī)分配到研究的疫苗組或安慰劑組中；他們將分別接受疫苗或安慰劑注射，然后進(jìn)行隨訪以監(jiān)測新冠病毒肺炎病例。之后，疫苗組的受試者將交叉接受安慰劑，而安慰劑組的受試者將接受疫苗。研究者和受試者都不知道分配情況。這種設(shè)計可以保持安慰劑對照和隨機(jī)化的好處，而不需要受試者表現(xiàn)出特殊程度的利他主義；通過這種方式，它可以幫助保持公眾的信任，即科學(xué)家和監(jiān)管機(jī)構(gòu)正在優(yōu)先考慮科學(xué)性和受試者[16]。然而，與安慰劑相比，這種設(shè)計不能用于評估疫苗的長期安全性和效力。另一個問題是，向安慰劑組的受試者提供疫苗會降低健康公平性，因為在疫苗稀缺的情況下，安慰劑組的受試者可能不會在試驗之外優(yōu)先接種疫苗。

3.1.2. 人體挑戰(zhàn)試驗

人體挑戰(zhàn)試驗是指用傳染源（如病毒、寄生蟲、細(xì)菌或真菌）有意感染健康、成年、有意向的志愿者。受試者被隨機(jī)分配到研究的疫苗組或安慰劑組。接受干預(yù)后，受試者在可控的具有充分醫(yī)療保障的環(huán)境中暴露于傳染性病原體。攻毒毒株應(yīng)該被很好地表征，經(jīng)常減毒，并在當(dāng)前的良好生產(chǎn)規(guī)范（cGMP）或類似GMP的條件下生產(chǎn)[17,18]。人體挑戰(zhàn)試驗比傳統(tǒng)人體試驗進(jìn)展更快，可以快速獲得疫苗效力數(shù)據(jù)；此外，與傳統(tǒng)的隨機(jī)對照試驗相比，它們需要的樣本量要小得多。然而，這種設(shè)計無法評估疫苗效力對嚴(yán)重疾病和死亡的影響，因為病毒的攻擊劑量是精心設(shè)計的，并且在志愿者生病的早期，他們就會得到相應(yīng)的治療。然而，在一項針對新冠病毒疫苗的人體挑戰(zhàn)試驗中，安慰劑組的志愿者可能仍面臨風(fēng)險，因為對于重癥COVID-19沒有可靠的治療方法[19]。此外，從年輕志愿者那里獲得的結(jié)果可能無法合理地外推到老年人身上。用于攻擊志愿者的傳染性病原體在劑量或基因方面可能與天然病原體不同[19]。

表2 建議的研究設(shè)計的要素

圖1. 新冠病毒疫苗效力評價的個體隨機(jī)、雙盲、交叉設(shè)計。

3.2. 當(dāng)安慰劑的使用是不可接受的

如果①存在高效和安全的疫苗且目前其在有試驗計劃的國家的公共衛(wèi)生系統(tǒng)中可以獲得，并且②無法充分降低或減輕受試者延遲或放棄可用疫苗的風(fēng)險（例如，通過提供關(guān)于行為疾病預(yù)防策略的咨詢和教育，或通過確保對所研究的疾病進(jìn)行充分治療以防止嚴(yán)重傷害），那么在疫苗試驗中不能使用安慰劑[13]。隨著時間的推移，積累的數(shù)據(jù)將支持已經(jīng)被批準(zhǔn)用于緊急使用并已被證明是安全有效的疫苗。因此，一旦獲得足夠數(shù)量的授權(quán)疫苗并開始對更廣泛的群體進(jìn)行免疫，將個體納入安慰劑對照試驗可能不再可行或不合乎道德[12]。因此，有必要討論沒有安慰劑組的替代研究設(shè)計。

3.2.1. 頭對頭非劣效性試驗

一項頭對頭的非劣效性隨機(jī)對照試驗旨在證明，一種新疫苗并不比一種陽性對照物差，這種陽性對照物已經(jīng)在一個預(yù)先確定的界限內(nèi)顯示出了比安慰劑更有效的效果，而當(dāng)安慰劑的使用不可接受時，這種研究設(shè)計可能會被采用[20]。非劣效性設(shè)計在新疫苗的效力被認(rèn)為與陽性對照物相同的情況下是有用的，但新疫苗具有額外的好處，如較少的不良事件或降低的成本。如果陽性對照物與新疫苗之間的差異大于預(yù)定義的界值（即置信區(qū)間的邊界超過界值[20,21]），則新疫苗被稱為不劣于對照物。如果非劣效性假設(shè)得到充分確立，就可以與陽性對照物進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)效性測試，尤其是對于臨床終點只有中等效力的陽性疫苗。然而，與安慰劑對照試驗相比，非劣效性試驗需要更大的樣本量和更長的時間才能獲得臨床終點，因為研究的兩個組都接種了疫苗，疾病發(fā)生率將顯著降低。根據(jù)陽性對照物的不同效力和界值，非劣效性試驗的計算樣本量可能在每年20 000～50 000人之間變化，但它仍然是可行的。此外，非劣效性試驗還可以促進(jìn)新疫苗與其既定對照物之間的直接安全性比較。

3.2.2. 檢測陰性設(shè)計

檢測陰性設(shè)計是一項改良的病例對照研究，被用來評價疫苗有效性，尤其是針對流感疫苗的有效性[23]。在疫苗有效性的檢測陰性設(shè)計下，研究對象是所有因疑似癥狀而尋求醫(yī)療護(hù)理的人。為了評價新冠病毒疫苗，所有受試者將首先使用高度特異性的檢測方法[如聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）]檢測新冠病毒肺炎病例；然后根據(jù)他們的測試結(jié)果將其分組為病例組（測試為陽性的那些）或?qū)φ战M（測試為陰性的那些）。疫苗有效性將根據(jù)病例中接種疫苗的比例與對照組中接種疫苗的比例之比來估計[24]。從實用的角度來看，檢測陰性設(shè)計比其他研究設(shè)計更容易進(jìn)行，并且可以最大限度地減少因?qū)で筢t(yī)療保健行為而造成的混雜[25]。然而，檢測陰性設(shè)計是一項觀察性研究，因此其有效性取決于對潛在偏倚的仔細(xì)評價并對其進(jìn)行調(diào)整，特別是在病例與非病例之間疾病嚴(yán)重程度的差異方面。

3.2.3. 階梯設(shè)計

階梯整群隨機(jī)對照試驗通常用于評估在集群級別提供的服務(wù)或政策干預(yù)。集群的例子可能包括學(xué)校、社區(qū)、工廠或家庭，還有許多其他可能的選擇。為了獲得干預(yù)措施在人群水平的影響，例如，旨在減少傳染性病原體傳播的疫苗，可以采用整群隨機(jī)設(shè)計[26]。該設(shè)計包括一個初始階段，在該階段中沒有集群暴露于候選疫苗。隨后，以固定間隔，將一個群（或一組群）隨機(jī)接受從對照物交叉到正在評價的疫苗。這個過程一直持續(xù)到所有群都暴露于疫苗接種。數(shù)據(jù)收集在整個研究過程中持續(xù)進(jìn)行，因此每個組群都會提供接種前和接種后的觀察結(jié)果[27]。通過比較階梯接種后部分的數(shù)據(jù)點與對照部分的數(shù)據(jù)點來確定干預(yù)效果。與傳統(tǒng)的平行設(shè)計相比，只要事先相信疫苗接種利大于弊，并且當(dāng)疫苗接種由于后勤、實用和財務(wù)限制而只能分階段實施時，階梯設(shè)計就被認(rèn)為是有優(yōu)勢的[28]。使用階梯設(shè)計評估新冠病毒疫苗效力的最大潛在問題是新冠病毒肺炎發(fā)病率隨時間和空間而變化。此外，設(shè)計的樣本量可能比個體隨機(jī)試驗的樣本量大100倍。因此，階梯設(shè)計通常用于在獲得疫苗上市許可后估計疫苗的有效性。

4. 展望

傳統(tǒng)的大規(guī)模個體隨機(jī)、安慰劑對照試驗是現(xiàn)代臨床決策的基礎(chǔ)，并且仍然是獲得新型疫苗可靠結(jié)果的最有效方式[29]，前提是試驗的風(fēng)險收益情況可以接受[30]。由于緊急使用許可和附條件許可不是完全許可，因此WHO建議在現(xiàn)有研究中繼續(xù)對安慰劑接受者進(jìn)行盲法隨訪并繼續(xù)進(jìn)行安慰劑對照試驗，以為下一代候選疫苗提供公正的證據(jù)，這在倫理上是可以接受的[29]。然而，隨著越來越多的關(guān)于新冠病毒疫苗安全性和有效性的證據(jù)積累以及隨著授權(quán)疫苗的廣泛使用，正常安慰劑對照試驗的風(fēng)險收益狀況將變得不可接受，并且試驗可能會受到退出或“沾染”的影響。因此，需要研究方法替代策略來評價這些疫苗。

安慰劑對照的交叉設(shè)計可以作為常規(guī)的安慰劑對照試驗的替代方案，減少接受安慰劑的受試者關(guān)于長期風(fēng)險的倫理方面的擔(dān)憂；然而，與安慰劑相比，該疫苗的長期效力是無法獲得的。當(dāng)不再推薦在大量人群中使用安慰劑時，人體挑戰(zhàn)試驗也可用于加速疫苗的安慰劑對照效力評估。然而，人類攻毒模型只能在少數(shù)參與者中進(jìn)行，這可能不足以獲得疫苗使用授權(quán)，因此需要擴(kuò)展的安全隊列和擴(kuò)展的頭對頭免疫原性隊列，以確保疫苗的安全性、免疫原性和持久性。

頭對頭非劣效性隨機(jī)對照試驗是評價新型候選新冠病毒疫苗的另一種設(shè)計。針對效力的頭對頭比較設(shè)計需要相對較大的樣本量和更長的新冠病毒肺炎病例監(jiān)測期，以確?？梢垣@得疫苗相關(guān)效力的足夠證據(jù)，以便疫苗獲得批準(zhǔn)[31]。一般而言，基于臨床終點的疫苗效力評價成本高且耗時久，尤其是對于使用陽性疫苗作為對照時。

相比之下，基于免疫學(xué)相關(guān)性保護(hù)的疫苗效力評估更容易操作；它還通過估計產(chǎn)生特定免疫反應(yīng)的疫苗接種者的比例來節(jié)省時間，而無需捕獲臨床事件[32]。使用免疫相關(guān)性結(jié)合擴(kuò)展安全隊列的血清學(xué)研究策略已成功應(yīng)用于評估其他疫苗，如流感疫苗。然而，由于尚未建立標(biāo)準(zhǔn)的血清免疫學(xué)測試，因此可能無法在短時間內(nèi)獲得新冠病毒的免疫相關(guān)性保護(hù)指標(biāo)[33]。

為了評估真實世界中的疫苗有效性，建議進(jìn)行非隨機(jī)觀察性研究，如檢測陰性設(shè)計。然而，觀察性研究可能會產(chǎn)生關(guān)于安全性和有效性的誤導(dǎo)性答案，這主要是由于疾病流行期間接種疫苗的人與未接種疫苗的人之間的暴露風(fēng)險不同[34,35]。評價針對新冠病毒肺炎的人群水平疫苗效果的潛在策略是設(shè)計可以揭示間接有效性的整群隨機(jī)試驗[36]；例如，已推薦使用階梯設(shè)計來評價疫情暴發(fā)環(huán)境中的疫苗[37]。

盡管如此，在大量人群中對疫苗有效性和安全性的上市后研究非常重要，特別是為了篩查所有罕見的嚴(yán)重不良反應(yīng)。在3期研究中報道了一些不良事件，如急性過敏反應(yīng)、貝爾面癱、橫貫性脊髓炎和異常血糖，但尚未證實其與新冠病毒疫苗的相關(guān)性，對這些不良事件將繼續(xù)在上市后進(jìn)行監(jiān)測和評估[38]。

總之，仍需要進(jìn)一步評估首次批準(zhǔn)使用的新冠病毒疫苗，以填補(bǔ)知識空白，并研發(fā)可能出于安全性、有效性、亞組優(yōu)勢等原因更可取的其他疫苗。安慰劑對照試驗對于效力和安全性評價至關(guān)重要，因此不應(yīng)立即取消。然而，當(dāng)使用安慰劑在倫理上不可接受且難以實施時，也必須考慮替代試驗設(shè)計。隨著大規(guī)模疫苗接種，新冠病毒疫苗上市后數(shù)據(jù)的研究結(jié)果可以指導(dǎo)監(jiān)管決策和公共衛(wèi)生實踐，以保持積極的利益-風(fēng)險平衡。