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該虛心檢討如何備妥未來新興病毒的疫苗

金傳春
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金傳春

2023-10-24

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每年十月初,年長者的人流感疫苗開打。因近兩年禽流感病毒在禽類流行頻率增加,各國公共衛生決策者嚴陣以待。僅為情境圖。蘇義傑攝
每年十月初,年長者的人流感疫苗開打。因近兩年禽流感病毒在禽類流行頻率增加,各國公共衛生決策者嚴陣以待。僅為情境圖。蘇義傑攝

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每年十月初,年長者的人流感疫苗開打。近三年新冠病毒流行未止,冬季將遭兩病毒雙夾擊,加上因全球各地每年頻傳流感死亡,公共衛生決策者嚴陣以待。美國今年醫療院所、藥局、百貨公司停車場處處標示「打流感疫苗保護家人」,甚至開放為外國旅客免費打疫苗,努力提高人流感疫苗的接種率

回顧病毒疫苗研發史,台灣曾有那些努力?展望未來新興病毒,現該檢討改進甚而前瞻規劃為何?

臺灣早期能自製傳統疫苗抗疫

傳統製備的病毒疫苗概分為:(一)活性減毒疫苗:如天花疫苗、小兒麻痺沙賓疫苗(Sabin vaccine)、麻疹疫苗、德國麻疹疫苗與(二)不活疫苗:如小兒麻痺沙克疫苗(Salk Vaccine)、日本腦炎疫苗、A型肝炎疫苗;前者是活病毒,保有多種病毒蛋白,能激發良好的免疫力,施打劑數少,且免疫力持久;後者已去病毒活性,要施打多劑,才能足夠的免疫力。然而,製備此兩傳統疫苗均需培養大量病毒,徒增暴露病毒的大風險!

臺灣在全球防控天花的時代與本島日本腦炎流行之際,已能自製疫苗抗疫,肩負防疫重任。

減毒疫苗最擔心的是減毒後的病毒株再活化而導致疫苗相關疾病,如沙賓疫苗的小兒麻痺症(vaccine-associated paralytic poliomyelitis, VAPP)。因此擇選基因穩定而突變的疫苗病毒株格外重要。另外,不活化疫苗需要有很好的佐劑(adjuvant),協助抗原更有效率地被免疫細胞辨識,激發更強的免疫力

1981,我國曾因幼兒的沙賓疫苗接種完成率低大流行。新聞報導後,家長恐慌,帶大小孩搶服沙賓疫苗,造成疫苗短缺,反讓最需要疫苗的幼兒接種率低而易得感染。爲了降低終生麻痺,臺大復健系與公共衛生研究所合組「小兒麻痺服務團」,經消基會協助印製復健手冊,於次年元月初,在虞兆中校長記者會說明後,團員紛紛至小兒麻痺兒童家,宣導「儘早復建」。是預防接種不足引發大流行的歷史明鏡

幸製備疫苗的病原微生物變異不大,接種傳統疫苗後,陸續降低疾病發生率,彰顯公共衛生效益。

1981年我國曾因幼兒的沙賓疫苗接種完成率低致大流行。家長帶大小孩搶服沙賓疫苗,造成疫苗短缺,反讓最需要疫苗的幼兒接種率低而易得感染。僅為情境圖。胡華勝攝

1981年我國曾因幼兒的沙賓疫苗接種完成率低致大流行。家長帶大小孩搶服沙賓疫苗,造成疫苗短缺,反讓最需要疫苗的幼兒接種率低而易得感染。僅為情境圖。胡華勝攝

1984年我國率先全球注射B肝疫苗

由於台灣居民的B型肝炎(B肝)病毒(hepatitis B virus, HBV)帶原者高達15-20%,其中約半數是經由帶原母親於生產過程中傳染新生兒,因新生兒的胸腺(thymus)尚未形成可抵抗病毒的成熟T淋巴細胞,所以國人的B肝病毒帶原率於疫苗問世前在全球名列前茅,往後易導致肝硬化(liver cirrhosis)與肝細胞癌(hepatocellular carcinoma)等高致死率。

1981年,美國默克(Merck)藥廠與法國巴斯德研究院(Pasteur Institute)研製B肝病毒的血漿疫苗(plasma vaccine)陸續獲准上市,並各由臺大醫院與臺北榮總醫院兩研究團隊展開新生兒臨床試驗,在行政院政務委員暨科技顧問召集人李國鼎重視國人健康的規劃下,19847月,我國率先全球對B肝病毒帶原孕婦與新生兒注射B肝疫苗,兩年後,擴及所有新生兒;國人的B肝病毒帶原率此後驟降。

1984年7月,我國率先全球對B肝病毒帶原孕婦與新生兒注射B肝疫苗,兩年後,擴及所有新生兒;國人的B肝病毒帶原率此後驟降。僅為情境圖。取自Pexels

1984年7月,我國率先全球對B肝病毒帶原孕婦與新生兒注射B肝疫苗,兩年後,擴及所有新生兒;國人的B肝病毒帶原率此後驟降。僅為情境圖。取自Pexels

八〇年代,分子生物學興起,以重組蛋白(recombinant protein)製成的B肝病毒表面抗原蛋白之自發組裝的類病毒顆粒次單位疫苗[Virus-Like Particle(VLP)vaccine]問世,無病毒基因致無傳染性,能誘導中和抗體。自此,以基因工程(genetic engineering)新生物科技開發量產疫苗已成趨勢,漸取代大量細胞培養病毒的傳統疫苗。然而,那時我國量產疫苗的尖端生物科技仍落後先進國

1986年,經由上述重組蛋白科技所量產的B肝疫苗首先被核准在人體使用,2006年又有導致子宮頸癌的人類乳突瘤病毒(human papillomavirus, HPV)蛋白殼(capsid protein, L1)疫苗也被核准。此兩病毒的「類病毒顆粒次單位疫苗」均可預防癌症

病毒載體疫苗須特留意預防製程風險

隨著分子生物技術進展,以病毒為載體疫苗(viral vector-based vaccine)陸續展開,可涵蓋異源抗原(heterologous antigens)激發人體免疫反應,又能快速生產,受公共衛生決策者重視。2013-2016年,伊波拉病毒(Ebola virus)造成史無前例的大流行(共28,646通報病例與11,323人死亡),科學家思考如何運用此新科技快速量流行急需的疫苗。2019年第一個以活的水疱口炎病毒(Vesicular Stomatitis Virus)為載體製造伊波拉病毒表面抗原的疫苗,被核准用於人體,隨後有以腺病毒(Adenovirus)為載體製妥的伊波拉疫苗,其後又陸續有流感和伊波拉兩病毒雙價疫苗。

然而,病毒載體疫苗在接種第一劑後產生抗體,第二劑之後的效果大打折扣;雖可快速量產病毒蛋白,也同傳統疫苗仍須經大量細胞培養病毒,因而有相當的安全風險[COVID-19 AZ 疫苗第二劑的抗體反應雖較mRNA疫苗低,但仍較於第一劑疫苗顯著提高,真實世界研究也能有效降低重症及死亡而有疫苗效力(effectiveness);所選用的病毒株特經基因編輯而不具病毒複製力;泰國疫苗廠的製程不但與病毒隔離,且多自動化,增安全]。為此,科學家開始思考全球大流行之「前」是否應準備核酸疫苗(DNAmRNA)

核酸疫苗有二:(一)去氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)(二)核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)。原較看好DNA疫苗,因DNA比RNA穩定,也能激發先天免疫(innate immunity)和抗原特異的細胞内毒殺T淋巴細胞(Cytotoxic T Lymphocytes,CTL)的後天免疫(acquired immunity)反應;後者為清除存活在細胞内的病原微生物[如愛滋病毒(Human Immunodeficiency Virus, HIV, AIDS Virus)、致癌病毒、肺結核菌等]所必需,才可趕盡殺絕細胞内持續感染(persistent infection)的病原,對慢性感染或不易快速一勞永逸徹底清除的病毒十分重要。我國食藥署在評審新冠疫苗時,僅看中和抗體而忽略毒殺T細胞反應,再再顯示疫苗評審委員最好有病毒免疫學家,疫苗評估才能與時俱進

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可惜,DNA疫苗在小動物實驗的好結果,無法延伸到兔子以上的大型動物與,可能因DNA分子必須經細胞膜與核膜兩道關卡,才能進入細胞核,經轉錄作用(transcription)後形成信使RNA(messenger RNA,mRNA)。相對地,mRNA疫苗僅需穿越細胞膜一道關卡即進入細胞質被轉譯(translate)生成蛋白質(protein),如此在疫苗製程中,運送外來的mRNA分子較DNA分子簡便多了。

mRNA疫苗在新興病毒的研展 

mRNA疫苗的免疫效佳、低成本、可快速量產及比DNA疫苗可能嵌入染色體致突變機率小,在近幾年已擴及新興傳染病(emerging infectious diseases) [如狂犬病、茲卡(Zika)與動物流感等]在人體臨床試驗對防治佔新興傳染病60%以上的「人畜共通傳染病」(zoonoses),有極大助益

然而,mRNA疫苗技術包含許多專利保護,也需要實務經驗,副作用仍待解決。其實,輝瑞與莫德納兩疫苗公司內許多科學家與疫苗設計、管理高層人才,均曾在其他疫苗廠研究多年,絕非一蹴可及;更重要的是需要品質管制人才,在疫苗出廠前,必須通過每一嚴謹的品質管制。

mRNA疫苗技術包含許多專利保護,也需要實務經驗,副作用仍待解決。僅為情境圖。蘇義傑攝

mRNA疫苗技術包含許多專利保護,也需要實務經驗,副作用仍待解決。僅為情境圖。蘇義傑攝

台灣的疫苗科技仍在衝刺中等待奧援

整體而言,台灣在mRNA疫苗科技起步晚,缺實務經驗;但在新生物科技中較常研究製備類病毒顆粒的疫苗,這種疫苗是選擇可激發中和病毒免疫力的病毒蛋白組成,並沒有病毒基因致無傳染性另有以多元抗原表位胜肽(Multitope)為基底的次單位疫苗,如聯亞的口蹄疫疫苗已協助亞洲國家成功控制口蹄疫。在開發新冠疫苗上,以此新科技不同病毒蛋白的多元抗原表位胜肽疫苗,引發的免疫效力與持久性甚至超越當今所有核准的疫苗,已刊登三篇國際重要學術期刊【註1-3】。此外,中研院研發兩款新冠疫苗[去醣化的棘蛋白(spike protein) mRNA疫苗與棘蛋白的類病毒顆粒疫苗];前者將在美國邁入第一期臨床試驗,後者含懸浮細胞生產、產率高、能快速更新病毒的棘蛋白抗原、奈米顆粒內自動裝載cGAMP佐劑及小鼠試驗注射或鼻噴接種均具高效中和抗體等優點,能有效對抗正流行的Omicron病毒株,已申請「臨時專利」(provisional patent),正期待企業各界評估投資開發而能展翅

疫苗研發必須有自己的創新力才能「科技生根」,厚植台灣生技國防產業自主性,絕不可僅仰賴他國專利的技術轉移,保護我國民健康有長久之計

反觀近兩年禽流感病毒在禽類流行頻率增,高致病性H5N6禽流感病毒演化分支2‧3‧4‧4‧b自2020年大肆感染野/家,造成嚴重今年9月底中國大陸6人感染此分支的H5N6病毒,其中一人死亡(8月5日一位68歲重慶男性接觸禽感染H5N6禽流感病毒,5天後住院,8月20日死亡)。這波H5N6病毒疫情在未入冬前已致人死,惜我國相關單位(衛福部、國科會、農業部、行政院科技顧問室)至今尚未對此新興病毒未來可能威脅人群提早準備!何況人流感疫苗未必能保護預防不同亞型的新興動物流感病毒,中國8月出現死亡病例後,台灣至今人用的此H5N6禽流感病毒疫苗連影子都沒有,如何杜絕後患?尤其在養禽密度高處,禽農的衛生習慣不足,未來如何因應萬一在人群發生的大流行

台灣養禽密度高,禽農的衛生習慣不足,未來如何因應萬一在人群發生的大流行?僅為情境圖。取自Pexels

台灣養禽密度高,禽農的衛生習慣不足,未來如何因應萬一在人群發生的大流行?僅為情境圖。取自Pexels

台灣決策者未用新科技加速研發新興流感疫苗 

A型流感病毒有八段基因,能感染飛禽、陸上及海中多種動物。因此,來自不同宿主的各種不同基因組合易生成「新」病毒,如A動物的五段基因和B動物或人的三段基因(即5+3的組合成「嶄新」的病毒,也可是6+2、4+2+2、5+1+2等不同組合)。

位於流感病毒外套膜(envelope)的血球凝集素(hemagglutinin, HA神經胺酸酶(neuraminidase, NA兩蛋白HxNy亞型,各負責病毒進出宿主細胞。因此,若疫苗產生的抗體能有效抵擋正流行的某亞型病毒株,即疫苗與流行的病毒株相匹配(matching),那年老人流感的超額死亡(excess mortality)會降;另若發病48小時內服用克流感」(oseltamivir)藥,可經抑制NA蛋白防堵產生更多的子代病毒,治療效果優。所以盡早備妥新興病毒疫苗,可避免萬一大流行時屍橫遍野!

2003年SARS流行後,疾管局局長速召開多次專家會議,為流感若大流行作萬全準備。那時醫衛決策者對新興傳染病如履薄冰審慎規劃,疾管局與國衛院聯合國內流感學者,甚至模擬若H5N1禽流感病毒感染人群的疫苗準備,打通所有環節。然而近年專注力幾乎全在新冠病毒,致動物流感病毒的前瞻科研規畫幾乎停擺!國外已推出流感、新冠兩病毒的雙檢測,也有此兩病毒的雙疫苗臨床試驗;台灣仍困於雞蛋價昂與忙選舉,未能及早投資用新科技加速研發新興流感疫苗!

我國應全力研發新興病毒疫苗貢獻全球衛生

誠然,台灣有三家富生產病毒疫苗經驗的企業,學界在結構學、分子生物學、流行病學與生物統計的研究也有厚實基礎。然而 ,新冠Alpha變種病毒襲擊雙北時,我們的科研整合力遠不及韓國能創先將檢測試劑推上國際舞台。問及政府相關首長:「為何未趁雙北疫情進行國產疫苗的第三期臨床試驗」,他們回答:「那是企業該規劃去執行的!」此與2003年SARS曹女士案例一出,當時疾管局副局長馬上聯繫相關學者快送計畫至倫理委員會,主動協助推動科研進展而迥異。學界疾呼:「應動員如口罩國家隊而成立檢驗與疫苗研發國家隊」等暮鼓晨鐘之聲仍石沉大海!醫衛界官員若有如李國鼎的服務熱誠與敬業馬上辦,以後每年在世界衛生大會前,不會再不得其門而入。

我國今後若能以實質防範新興病毒的疫苗貢獻全球衛生,必受更多國家的尊重與支持。

【註1】:Wang CY et al (2022) A multitope SARS-CoV-2 vaccine provides long-lasting B cell and T cell immunity against Delta and Omicron variants. J Clin Invest. 132(10): e157707

【註2】:Wang S et al (2022) A novel RBD-protein/peptide vaccine elicits broadly neutralizing antibodies and protects mice and macaques against SARS-CoV-2. Emerg Microbes Infect. 11(1):2724-2734.

【註3】:Wang CY et al (2023) Toward a pan-SARS-CoV-2 vaccine targeting conserved epitopes on spike and non-spike proteins for potent, broad and durable immune responses. PLoS Pathog. 19(4):e1010870.

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