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Jan. 27 2022

通用冠狀病毒疫苗是否即將出現?

  • SARS-CoV-2棘突鐵蛋白奈米粒子(Spike Ferritin Nanoparticle,SpFN)疫苗的電子顯微鏡影像。PHOTOGRAPH BY WALTER REED ARMY INSTITUTE OF RESEARCH

    SARS-CoV-2棘突鐵蛋白奈米粒子(Spike Ferritin Nanoparticle,SpFN)疫苗的電子顯微鏡影像。PHOTOGRAPH BY WALTER REED ARMY INSTITUTE OF RESEARCH

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科學家正在爭相開發一種「通用冠狀病毒疫苗」,希望能用它抵抗多種SARS-CoV-2變異株,以及可能引爆下一波疫情大流行的新興冠狀病毒。

每當一種新的變異株出現,COVID-19疫苗與藥物製造商就會重新評估疫苗與藥物的配方,檢視它們是否能抵抗正在演化的病毒,例如已在一個多月內迅速蔓延全球的Omicron變異株。

自從這場大流行在2019年12月開始爆發,導致COVID-19的SARS-CoV-2冠狀病毒已經突變多次,產生不同的變異株。因為多數疫苗的設計都是靠辨識原始的SARS-CoV-2棘蛋白(或部分棘蛋白)來刺激免疫反應,所以雖然疫苗仍可預防重症,但像Omicron這樣有更多突變的變異株,就更能躲避疫苗提供的保護。

上個月,疫苗製造商討論了改變配方一事,以便在需要時立即將Omicron特異性疫苗派上用場。「但Omicron不會是最後一種變異株。」維吉尼亞大學醫學中心的傳染病專家史蒂芬.澤希納(Stephen Zeichner)說:「病毒很顯然會持續演化,未來我們將需要通用的COVID-19疫苗,甚至是通用的冠狀病毒疫苗。」

專家認為,下一場致命的冠狀病毒疫情遲早會發生。自2020年起,有些科學家為了準備應對下一場疫情,開始開發能抵抗多種冠狀病毒的疫苗。目前許多研究工作都聚焦在已知的Sarbecovirus亞屬,包括SARS-CoV-1和SARS-CoV-2,以及一些有潛力從動物跳躍傳染給人類的類SARS蝙蝠病毒。

動物模型的早期檢測顯示了大有希望的結果。加州理工學院的結構生物學家帕梅拉.比約克曼(Pamela Björkman)說:「擁有這類疫苗的優點是,它們可以應對潛在的〔SARS-CoV-2〕新變異株以及未來會出現的可怕溢出病毒。」她正在開發一種能抵抗某些類SARS病毒的通用疫苗。

阻擋具溢出潛力的新變異株與未來的冠狀病毒

Omicron是SARS-CoV-2病毒的最新變異株,世界衛生組織(WHO)於2021年11月26日將其列為高關注變異株。與原始SARS-CoV-2病毒株相比,它有將近50種基因突變。其中超過30種突變都位於從病毒表面突出的棒狀棘蛋白上,而棘蛋白能協助病毒進入宿主細胞。棘蛋白也是COVID-19疫苗用來預防重症而瞄準的病毒部位。

人類冠狀病毒是在1960年代中期首次被發現,而且很少導致重症。不過,這種現象在2002年改變了,當時有一種與穴居蝙蝠有關的新型冠狀病毒SARS-CoV造成了致命的呼吸道疾病,它在中國出現並傳播到29國,感染將近8000人,並導致700多人死亡。十年後,另一種新型冠狀病毒MERS-CoV出現在沙烏地阿拉伯,而且可能起源於蝙蝠,它在37國感染了超過2000人,至今已導致將近900人死亡。源自動物的冠狀病毒所造成的危機在SARS-CoV-2變得更加明顯,自從這種病毒在2019年末出現,至今已經在全世界導致將近3億3200萬個確診病例,以及超過500萬人死亡。

雖然短視近利與有限的資金阻礙了這些疫苗的發展與測試,但包括非營利組織流行病預防創新聯盟(Coalition for Epidemic Preparedness Innovation)的2億美元計畫、美國國家衛生研究院(NIH)的3630萬美元研究資金在內的近期投資,都代表泛冠狀病毒疫苗──至少是能對抗類SARS病毒的疫苗──可能會比許多人以為的更快成真。

一種疫苗,多種冠狀病毒

這類疫苗的目標是產生廣泛的免疫反應來抵抗多種冠狀病毒及其變異株。

目前進度最快的是由華特里德陸軍研究所(Walter Reed Army Institute of Research)開發的一種疫苗,已經開始在第一期試驗進行人體測試。這種疫苗借用了為製造通用流感疫苗而開發的技術,含有一種24面足球型奈米粒子,每一面都裝飾著多個原始SARS-CoV-2棘蛋白複製體。經過同儕審查的猴子研究顯示,這種疫苗能產生抗體來中和SARS-CoV、SARS-CoV-2及其主要變異株(不包括Omicron,該變異株未經過測試),並阻止這些病毒進入動物細胞。該疫苗的共同發明者凱馮.莫賈拉德(Kayvon Modjarrad)在一場記者會上表示:「在多面奈米粒子上呈現重複且有序排列的冠狀病毒棘蛋白,可能刺激免疫力,甚至形成顯著更廣泛的保護。」他的團隊目前正在分析第一期試驗的資料。《國家地理》曾多次聯絡華特里德陸軍研究所,以便取得更多細節,但他們拒絕在第一期試驗結果公布前發表評論。

其他通用冠狀病毒疫苗的研發工作包括瞄準病毒上一個緩慢演化、具有相似基因及結構的部位(抗體會與該部位結合,成為身體對外來入侵者的免疫反應一環),或另外與稱為T細胞的身體免疫細胞結合。

舉例來說,澤希納正在專心研究融合胜肽(fusion peptide)部位,以開發一種泛冠狀病毒疫苗。冠狀病毒的棘蛋白能協助病毒進入宿主細胞,而融合胜肽是棘蛋白的一部分。「它在所有冠狀病毒都極度保守。」他說:「它不太會突變。」他與同事使用一種SARS-CoV-2融合胜肽來測試一種概念驗證疫苗,而初期結果顯示,疫苗能為豬提供一定程度的保護來抵抗另一種不會感染人類的冠狀病毒,稱為豬流行性下痢病毒(porcine epidemic diarrhea virus)。他的團隊目前正與維吉尼亞理工學院暨州立大學、首爾國際疫苗研究所的研究人員合作,進一步開發並持續測試能預防不同SARS-CoV-2變異株及其他冠狀病毒的疫苗。

另一方面,比約克曼與同事則著重在一個更特異的目標:棘蛋白的受體結合區域(receptor-binding domain,RBD)。這個部位是大部分抗體結合的地方,以防止SARS-CoV-2進入宿主細胞;這個部位也是突變發生的地方,進而產生變異株。他們使用來自多達八種病毒的RBD蛋白來製造疫苗,包括原始SARS-CoV-2和其他從蝙蝠分離的類SARS冠狀病毒,將這些RBD蛋白融合成一種60面奈米粒子。透過將這種疫苗注射進小鼠體內,比約克曼與同事發現小鼠會製造多種抗體,這些抗體在追蹤實驗中能抵抗數種類SARS病毒導致的感染,包括未用於製造疫苗的冠狀病毒株。

對比約克曼而言,這表示小鼠的免疫系統或許在學習辨識冠狀病毒之間的共同特徵,而她的鑲嵌疫苗是由選自多種病毒的片段構成,在新的類SARS病毒或新的SARS-CoV-2變異株出現時或許能派上用場。她的團隊目前正準備在人體測試該疫苗。

杜克人類疫苗研究所的疫苗研究人員凱文.桑德斯(Kevin Saunders)為了製造一種泛用型的類SARS病毒疫苗,同樣在專心研究RBD,但他著重的是一個非常特異的部位。2020年初爆發大流行時,桑德斯與同事就開始尋找會使類SARS病毒失去活性的抗體。他們檢查了冷凍儲存細胞中呈現的抗體,這些細胞分別來自一名從SARS-CoV康復的個體與另一名先前感染COVID-19的個體。

他們在兩名病患的細胞中都發現了一種稱為DH1047的強效抗體,這種抗體能在先前注射過數種蝙蝠及人類冠狀病毒(包括SARS-CoV-2變異株)的小鼠體內阻止感染。進一步研究顯示,這種抗體會結合不同冠狀病毒棘蛋白的同一個RBD小片段,因而成為疫苗的目標。

桑德斯與同事將這種SARS-CoV-2 RBD片段的多個複製體融合成一種奈米粒子,注射進猴子體內,結果顯示這種疫苗不僅能抵抗SARS-CoV-2,也能抵抗其他幾種冠狀病毒感染。該團隊目前正在透過引進來自其他冠狀病毒的RBD片段,測試這種奈米粒子疫苗的不同疊代,以擴大宿主的免疫反應。

美國國家衛生研究院疫苗研究中心的副主任兼醫學長茱莉.萊傑伍德(Julie Ledgerwood)說:「有時你做了幾百個版本〔的疫苗〕,在動物身上進行測試,然後才選定一種版本進行人體試驗。」她說,這件事並不簡單。

與此同時,科學家也在努力了解這些疫苗如何才能不只預防類SARS疫苗,還能預防MERS及其他親緣關係更遠的冠狀病毒。桑德斯說:「不同類別的冠狀病毒之間的序列多樣性及結構差異將是一大挑戰。」有些科學家提議,應該為不同冠狀病毒屬製作不同疫苗。

不過,目前我們對至少一種泛用型類SARS冠狀病毒疫苗的需求是不容忽視的。「我們不再認為這種疫苗『很適合用來應對下一場大流行』了。」桑德斯說:「我們現在認為它是停止這場大流行的絕佳工具。」

延伸閱讀:Omicron真的比Delta輕微嗎?聽聽科學怎麼說 COVID-19會改變你的個性嗎?本文告訴你腦部研究的結果

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