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首次試驗牛痘疫苗│科學史上的今天:5/14

張瑞棋_96
・2015/05/14 ・999字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

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在天花已經絕跡的今天,很難想像十八世紀還有數千萬人因天花肆虐而死亡。其實天花很早就存在,古埃及的木乃伊身上就有天花的足跡,中國東晉葛洪所著的醫書《肘後方》也有記載,是目前最早的文字記錄。

最早發現種痘可以預防感染天花的也是中國人。明朝時民間就會讓小孩穿天花病患的衣服,或是將天花病患身上脫落的痘痂磨粉後塗抹於鼻腔。不過取人痘接種的作法並不是很安全,即使後來輾轉於十八世紀傳到英國,在醫生的專業操作下仍有 2%的死亡率。

英國醫師金納(Edward Jenner, 1749-1823)小時候也接種過,所幸他不是那百分之二。有一天一位來自農場的病人告訴他:她們擠牛奶的女工若曾染上牛痘就不會再得天花。牛痘是長在牛隻乳頭上的膿包,金納對此說法半信半疑,決定下鄉實地考察,調查後發現這傳聞竟是真的!而且感染牛痘後的症狀輕微,幾天內即可康復,若能以牛痘取代人痘作預防接種將會是更安全有效的作法。

1796年的今天,他在園丁的八歲小男孩詹姆斯·菲普(James Phipps)的手臂上劃開兩個小傷口,擠進牛痘的膿液,小男孩輕微發燒幾天後即復元。兩個月後,金納再將天花膿汁接種到菲普身上,結果並未出現任何天花症狀,證明接種牛痘疫苗可以對天花產生免疫。然而他的實驗並未被同儕認可,於是他繼續說服更多人接種,取得更多數據後才終於得以正式出版他的研究報告。

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不過社會大眾卻難以接受體內有牛的體液,甚至擔心種牛痘會長牛角而卻步。面對輿論媒體的嘲弄,金納仍不遺餘力地宣揚理念,並免費發送牛痘疫苗給有需要的同儕。直到 1840 年,金納已過世十幾年後,英國政府才禁止種人痘並提供免費牛痘疫苗,這期間歐陸各國與美國也都陸續採納金納的方法來預防天花。不過,要近兩個世紀後,他期望看到天花絕跡的心願才終於實現(1979 年,世界衛生組織宣布天花已絕跡)。

金納是第一位以科學方法證實接種疫苗可以有效預防感染天花的人。由於他的研究與大力推廣,令人聞之色變的天花才得以有效控制,挽救了無數人的性命。更重要的是,因為他的大膽創舉,才開啟後人繼續尋求以疫苗對付其它疾病的防治之道,他也因而被稱為「免疫學之父」。事實上,疫苗(vaccine)此字即是金納所創,字首正是取自拉丁文的「牛」(vacca)。

 

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

 

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 953 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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破解猴痘病毒感染機制及風險,天花疫苗也可以抵禦!
研之有物│中央研究院_96
・2023/04/11 ・5505字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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本文轉載自中央研究院「研之有物」,為「中研院廣告」

  • 採訪撰文/林承勳
  • 責任編輯/簡克志
  • 美術設計/蔡宛潔

又一「國際關注公共衛生緊急事件」

2022 年的猴痘病毒大概是除了新型冠狀病毒以外,最被社會關注的病毒之一,在這波的全球感染趨勢下,臺灣疾病管制署 2022 年 10 月 9 日公布,國內出現第 4 例猴痘境外移入確定病例。我們該繼續擔心猴痘病毒嗎?中央研究院研之有物團隊專訪院內分子生物研究所張雯研究員,請她解析痘病毒進入宿主細胞的機制,以及猴痘病毒的感染風險。

2022 年的猴痘疫情是繼 2020 年新冠肺炎疫情之後的「國際關注公共衛生緊急事件」。圖/iStock

根據世界衛生組織(World Health Organization, WHO)統計,自 2022 年 5 月英國出現首例猴痘(Monkeypox,或稱 Mpox)個案之後,迄 10 月為止,全球已通報超過 7 萬確診病例​​。[註1]

WHO 也在 7 月 23 日正式宣布,猴痘是繼 2020 年新冠肺炎疫情之後,又一「國際關注公共衛生緊急事件」(Public Health Emergency of International Concern,PHEIC),呼籲各國應該對此波病毒傳染加以重視。

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猴痘病毒是什麼?這類型的痘病毒如何感染人類?讓我們接著看下去吧!

  • 註1:為避免汙名化,2022 年 11 月 WHO 開始鼓勵使用「Mpox」作為「Monkeypox」的同義詞。

自 2022 年起,全球頻繁出現人傳人

猴痘病毒在分類學上,屬於痘病毒科 (Poxviridae),正痘病毒屬(Orthopoxvirus)。該病毒於 1958 年首次從實驗用猴的皮膚病灶中被分離,故命名為「猴痘」病毒。雖然它可以感染猴子,但是寄主範圍廣泛,尚包括齧齒動物如甘比亞袋鼠與其他靈長類動物。

猴痘病毒的真正野外宿主尚未有定論,可能為小型哺乳類。猴痘病毒透過這些中間宿主傳播給人類,屬於人畜共通傳染病。

病毒由野生動物傳播給人類的方式,通常透過直接接觸,像是碰觸到受病毒感染動物的血液、體液或黏膜;食用受感染動物也有感染風險。

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在過去,猴痘的傳播幾乎都侷限在非洲大陸,直到 2003 年美國爆出 40~50 例之感染案例。經追查後發現,感染源頭為走私進口之非洲寵物鼠,將病毒傳染給當地土撥鼠及人類。值得一提的是,此次感染人類之猴痘病毒株毒性較弱,無人死亡,整個疫情在半年內就平息了,而且鮮少出現人傳人的案例。

在非洲流行的猴痘病毒可分為中非和西非兩個分支,中非分支比西非分支病毒更容易傳播,且致死率更高,可達 10%。然而,因為疫情僅限於非洲,即使致死率高也鮮少受到國際關注。

自 2022 年 5 月以來,造成全球頻繁出現人傳人的猴痘病毒,經定序確認屬於西非分支,致死率約為 1%。此次疫情人與人之間的傳播多半是經由密切接觸,像是身體接觸時沾染到感染者分泌物、黏膜,或是皮膚水泡破裂流出的體液等等。另外也有機會經由口鼻噴出的飛沫,或是日常用品如衣物表面傳播病毒。

傳統上,感染猴痘後會出現發燒、畏寒、頭痛、淋巴腺腫大等典型症狀,並在發病後起疹子,自患部蔓延至身體其他部位,繼而發展成水泡、膿疱等。

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不過,美國疾病管制與預防中心指出,2022 年疫情的病患多半由於性接觸造成傳染,因此出現較不典型的症狀,像是疹子最早出現在生殖器或肛門周圍,且不一定會擴散至身體其他部位,發燒等症狀也比較不明顯,因此不易辨別、常常誤診成其他傳染病。目前臺灣衛生福利部疾病管制署,已把猴痘列為第二類法定傳染病,不敢輕忽大意。

感染猴痘的可能症狀。圖/研之有物(資料來源|iStock

天花疫苗也可以抵禦猴痘

說到猴痘病毒,便不得不提到同樣是正痘病毒屬,且惡名昭彰的近親:天花病毒(Variola Virus)。感染天花病毒產生的症狀跟猴痘類似,但更為嚴重。歷史上幾次天花大流行,至少帶走三億人的性命。不過在十八世紀,愛德華,金納(Edward Jenner)醫師倡導以牛痘病毒(Vaccinia Virus)製成的天花疫苗,已經於二十世紀成功的將天花病毒趕盡殺絕,目前僅有美、俄兩國的中央疾管機構仍保存些許天花病毒。

天花疫情之所以能被完全清除於人類社會,一個很重要的原因是因為其沒有人類以外的其他宿主。

天花病毒只會在人類之間散佈;當疫苗逐漸普及,民眾逐漸獲得抵抗力之後,天花病毒就無法生存。至於近期快速散播的猴痘病毒則不同,由於寄主範圍較廣,可感染多種野生嚙齒及靈長類等動物,導致猴痘病毒較不易完全根除。

針對此一波猴痘疫情,張雯指出,雖然病毒基因組上已經出現多個鹼基的變異,但不必然產生功能性影響。此外,因為痘病毒表面有多種相似度高之抗原,接種天花疫苗產生之免疫細胞仍具有可辨認猴痘病毒之能力,產生具有中和活性之抗體來保護個體。目前的第三代天花疫苗對猴痘仍具有相當的防禦能力,民眾毋需過於恐慌。

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為什麼用牛痘病毒製作的天花疫苗可以抵禦猴痘病毒?

原因在於牛痘、猴痘與天花病毒親緣關係接近,不僅病毒表面有同源性高的蛋白質用以進入寄主細胞,三者入侵細胞的機制也類似。長期研究牛痘病毒進入細胞機制的張雯認為,目前的研究成果可以協助科學家了解猴痘病毒的生活史。

關鍵在於表面鞘膜蛋白

對於痘病毒進入細胞的機制,以牛痘病毒當作模式物種研究的張雯指出,有感染力的痘病毒具有兩種形式,成熟病毒(Mature Virus,MV)及細胞外病毒(Extracellular Virus,EV)。兩者均帶鞘膜,但 95% 以上細胞內產生的病毒為成熟病毒。

成熟病毒藉由鞘膜上的四種鞘膜蛋白質,分別是:H3、D8、A26 及 A27,以附著在細胞表面的醣胺聚醣(Glycosaminoglycans)。接著病毒會聚集於細胞表面脂質筏(Lipid rafts)與細胞受體蛋白質 Intergrin β1 以及 CD98 結合,誘導宿主細胞內的訊息活化,產生細胞肌動蛋白質的聚合作用(Actin polymerization),促成液飲作用 ( Fluid phase endocytosis ) 將病毒吞入細胞內。

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牛痘病毒有兩種感染顆粒,一種是成熟病毒(Mature Virus,MV),數量佔 95% 以上;另一種是細胞外病毒(Extracellular Virus,EV),數量只佔 5% 以下。圖/研之有物(資料來源|張雯)
牛痘病毒的成熟病毒顆粒進入宿主細胞的機制。
圖/研之有物(資料來源|張雯)

牛痘成熟病毒被液飲作用產生的囊泡所包裹進入細胞質,接下來囊泡內環境會逐漸酸化,而酸性會誘導病毒鞘膜蛋白質 A26 結構改變,使得病毒融合蛋白質活化,促使病毒鞘膜與囊泡膜融合,脫去鞘膜的病毒內核進入細胞質內,開始新一波的基因複製及病毒組裝。

大部分 DNA 病毒是進入到細胞核,因為合成 DNA 所需之核苷酸原料在宿主的細胞核裡面;但痘病毒卻不是,反而在細胞質裡進行它的生活史。

張雯指出,痘病毒具它自身專用之 RNA 及 DNA 聚合酶,連基因轉錄及基因複製的過程都不假手宿主細胞之聚合酶。

牛痘病毒的感染顆粒進入宿主細胞的動態影像,紅色為成熟病毒顆粒(MV)、綠色為細胞外病毒顆粒(EV)。註:可開啟「循環播放」功能方便觀看。資料來源/張雯

從單層到雙層膜

牛痘病毒進到宿主細胞後,早期反應基因(Early gene)會立刻開始表現,產生早期病毒蛋白質,包括中期轉錄因子和 DNA 聚合酶以 DNA 複製;病毒會接續產生其他中後期的蛋白質,並且修飾內質網,把遺傳物質與蛋白質組裝成新的成熟病毒顆粒,完成牛痘病毒的生活史。

細胞產生之 MV 是非常穩定的病毒狀態,製造出來後會留在細胞質內,待細胞死亡破裂才會釋出。然而,少部分的 MV 會被運輸到寄主細胞的高基氏體進行「加工」,多包兩層高基氏體的膜,形成三層膜的病毒顆粒(Wrapped Virus,WV),並藉著細胞的微管移動到細胞邊緣。

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接著,三層膜的 WV 病毒會透過「內向外」的細胞膜融合,脫去最外層的膜,剩下兩層膜之 EV 便裸露在寄主細胞膜的「外面」,伺機尋找下一個細胞。EV 與 MV 不同,在環境中極不穩定,也因其鞘膜特性的不同,兩層膜的 EV 較脆弱,一旦附著在細胞表面後,其第一層外膜產生撕裂,露出第二層膜,不需經由胞飲過程及酸性環境的催化,此時 EV 可以直接與細胞表面之細胞膜進行膜融合,完成感染過程。

A26 蛋白質影響感染途徑

「成熟病毒 MV 藉胞飲作用後的酸性環境觸發病毒膜與囊泡膜融合,跟 EV 病毒在中性條件下直接與細胞膜融合,這兩種模式最大的差異,就取決於病毒表面是否有 A26 鞘膜蛋白質。」

張雯指出,A26 的作用就是抑制病毒膜融合的進行,而 A26 鞘膜蛋白質只存在 MV 表面,卻不在 EV 表面。A26 蛋白質組裝在病毒顆粒上,抑制膜融合,以維持 MV 病毒的穩定。 直到病毒感染細胞後,它的抑制功能會在囊泡形成的酸性環境下被解除,膜融合才得以順利進行,將病毒內核送入細胞質中。

不只是牛痘,天花跟 2022 年流行的猴痘病毒表面都有 A26 鞘膜蛋白,藉由解開鞘膜蛋白質如何調控病毒入侵細胞的機制,或許可以在未來變成圍堵猴痘病毒的籌碼。

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表面抗原蛋白多,不必擔心免疫逃脫

目前已報導的猴痘病毒有多達 50 處基因突變,而突變帶來的效果還有待進一步研究,但張雯卻不那麼擔心會有免疫逃脫的狀況出現。張雯指出,已經有實驗證明天花疫苗可以預防猴痘病毒,不論是先前提到一層膜或兩層膜的痘病毒狀態,被疫苗激活的人體免疫細胞都有能力辨認。

「新冠肺炎只有一個棘蛋白當作抗原,要是一出現突變就很麻煩;但猴痘病毒不一樣。」張雯解釋說,猴痘病毒表面的鞘膜蛋白例如 H3、D8、A27、L1 及 B5 都具有多樣的抗原區域,可刺激強大的免疫反應,產生各式各樣中和抗體。當中和抗體辨認的病毒抗原目標大且多時,病毒就很容易被發現、殲滅,即使少許突變也無法讓病毒逃脫其餘中和抗體的辨識。

因此,張雯表示,對付猴痘病毒用現有的第三代天花疫苗就夠了!「其實不論哪一代天花疫苗,刺激免疫力的能力都夠好,差別主要在於疫苗本身的安全性。」張雯強調,因為天花在 1980 以後就已經滅絕,沒有必要實施接種。各國現有的天花疫苗庫存是為了少數高危險群工作者之防護,或是防範天花病毒作為生化武器之用途,存量不夠多,短時間內無法供應大量民眾施打,所以猴痘疫情才會在爆發初期就引起恐慌。

如今猴痘病毒在特定群體中傳播只是暫時的表象,張雯指出,猴痘病毒傳播主要是靠接觸傳染,而且無關性別、性傾向或是否有發生性關係,只要有近距離的「肢體接觸」或污染物接觸都有可能沾到病毒而感染。各國有關當局應盡快鎖定確診個案的接觸者,以及接觸者的親朋好友們,讓他們優先施打疫苗,並追蹤成效。動作越快就越能有效圍堵疫情。

張雯解釋,新冠病毒僅有一個棘蛋白當作抗原,而猴痘病毒表面鞘膜蛋白有 H3、D8、A27、L1 及 B5 等多個蛋白質,可以提供中和抗體諸多可以辨認的抗原區域。圖/研之有物

阻斷病毒進入本土生態鏈是當務之急

過去各國科學家花費許多心思研究天花病毒,讓 WHO 存有足夠的天花相關資料,一舉成功用疫苗滅絕天花病毒。這也是至今人類醫療史上唯一成功滅絕病毒的案例。以此為基礎,想要防治相近的猴痘病毒並非難事。張雯也不認為短期內猴痘疫情會一發不可收拾。

回顧 2022 年,有很多個案是因從事性行為產生的密切接觸而被傳染,「當然固定性伴侶是可以減少病毒傳播的機會」張雯說。然而,過度簡化個案特徵與傳染途徑,再加上現任 WHO 秘書長譚德賽的發言,以及媒體大肆渲染下,容易誤導民眾以為猴痘是只會在男同性戀間傳播的性病。

「就跟當初 1980 年代的愛滋病一樣,一開始社會大眾以為只有同性戀社群才會被感染;猴痘也要多注意,不然也會污名化少數社群,帶給他們很大的傷害。」張雯再次強調,猴痘病毒會在人類全身流竄,不只侷限於性器官。

想要知道猴痘病毒在全球感染趨勢,張雯建議臺灣民眾可以追蹤有公信力的媒體跟網站,如 WHO 網站;由於美國猴痘病例約佔全球病例之半,美國疾病管制與預防中心也時常更新相關資訊。而臺灣目前只有 4 例境外移入,且都被快速攔截,應該還沒機會讓病毒散佈到其他人或動物身上造成本土感染,故暫時不用恐慌。

不過,由於猴痘病毒還會感染人以外的動物,為了預防未來出現本土感染,當前之務即是要注意並阻斷外來病毒進入當地寄主生物之生態鏈中。

延伸閱讀

  1. Ahmed, S. F., Sohail, M. S., Quadeer, A. A., & McKay, M. R. (2022). Vaccinia-virus-based vaccines are expected to elicit highly cross-reactive immunity to the 2022 Monkeypox virusViruses, 14(9), 1960. 
  2. Alakunle, E. F., & Okeke, M. I. (2022). Monkeypox virus: A neglected zoonotic pathogen spreads globallyNature Reviews Microbiology, 20(9), 507–508.
  3. Isidro, J., Borges, V., Pinto, M., Sobral, D., Santos, J. D., Nunes, A., . . . Gomes, J. P. (2022). Phylogenomic characterization and signs of microevolution in the 2022 multi-country outbreak of Monkeypox virusNature Medicine, 28(8), 1569-1572.
  4. Tomori, O., & Ogoina, D. (2022). Monkeypox: The consequences of neglecting a disease, anywhereScience, 377(6612), 1261–1263. 
  5. World Health Organization. (n.d.). Monkeypox. World Health Organization. Retrieved December 28, 2022, from https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/monkeypox
  6. Fenner, F. (1993). Smallpox: Emergence, Global Spread, and Eradication.History and Philosophy of the Life Sciences, 15(3), 397–420. 
  7. Foster, S. O., Brink, E. W., Hutchins, D. L., Pifer, J. M., Lourie, B., Moser, C. R., . . . Foege, W. H. (1972). Human monkeypoxBulletin of the World Health Organization, 46(5), 569–576.
研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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自家孩子就是最好的白老鼠?誰家的爸爸這麼狠,竟然連兒子都拿來做實驗!──《厲害了,我的生物》
聚光文創_96
・2022/09/14 ・1815字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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「天花」亂墜的時代

在東方,由於長期受到天花的嚴重威脅,中國與印度的醫師們一直致力於尋找治療「斑點怪物」的方法。

他們發現,天花的倖存者似乎擁有某種保護能力,終身不會再染上此種疾病。這種「以毒攻毒」的現象,讓東方醫師們走上了「通過接觸疾病,取得抵抗能力」的道路。

在古代中國,醫師們會設法讓未染病的人,接觸少量的致病物質,例如:將天花患者身上的結痂物磨成粉末,接著吹進人的鼻孔裡;或者取出少量天花膿皰內的液體,小心翼翼的沾拭在皮膚之上。

就這樣,在疫苗橫空出世以前,對抗天花最有效的方法──「接種」(inoculation)──逐漸在亞洲傳播開來,雖然方法可能會因地區有些差異,但基本概念大致雷同。

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看來鼻孔是個好用的地方,請大家好好珍惜!。圖/聚光文創

古人怎麼接種天花?新鮮現採、產地直送

十八世紀初,天花的接種技術傳到了歐洲。

在一七一四年與一七一六年,提莫尼和皮拉里諾都曾經寫件給倫敦皇家學會,描述土耳其的這項技術,並且建議英國人可以試試。

可惜,儘管當時天花正以極快的速度肆虐英國,但英國醫學界依舊十分保守,對新技術報以懷疑。一直到蒙塔古夫人願意擔任代言,大力倡導之後,情況才逐漸轉變。

當時,醫師通常是使用柳葉刀(Iancet),刮取天花患者身上的膿皰,然後以皮下注射的方式,將「新鮮現採」的膿液,「產地直送」到接種者的手臂或大腿之上。

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然而,這麼做的風險其實不小,除了直接染疫,或者將天花傳染給其他人,接種者也可能因此染上、散播其他不同種類的傳染病。

這種現採直送的方式風險極高,畢竟,沒有人知道那些膿皰是否帶有其他疾病。圖/envatoelements

由於孩童時期曾經親身體驗過產地直送的可怕,這段不堪回首的記憶,讓金納時時陷入苦思:除了蒙塔古夫人的方法,還有沒有其他對付天花的可能?

意外的發現:「我得牛痘我驕傲」

一七八八年,金納的診所來了幾位擠牛奶的女工。金納注意到,這些女工們曾經照護過染病的農場主人,卻沒有因此罹患天花。

「因為我們是擠牛奶的女工,染上牛痘的機會很高。」女工們捲起袖子,露出手上的疤痕:「村裡的人說,得過牛痘的人,永遠不會染上天花,也不會有醜陋的麻子臉唷!」

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這種「我得牛痘我驕傲」的思維,讓金納熊熊想起學徒時期聽見的傳聞。金納於是決定,要將自己的觀察──牛痘或許能預防天花感染──付諸實行。

一七九六年五月十四日,在這個值得紀念的日子裡,金納終於說服了一名園丁,讓他八歲的兒子詹姆斯(James Phipps)接種牛痘。在此之前,小詹姆斯從未接種,也從未染患天花。

金納先從莎拉──這位農家女孩正好染上牛痘──手指上的牛痘膿皰內,取得一些膿液,然後在詹姆斯的左臂上劃出兩道傷口,將部分膿液塗抹在這兩道切口上。

幾天之後,詹姆斯出現了輕微的發燒症狀,身上也身出了牛痘的膿皰,但他很快便康復了。二個月之後,金納再為詹姆斯接種天花。正如金納所期待的一樣,詹姆斯果然沒有出現任何天花的症狀。

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接種牛痘後,天花對詹姆斯來說根本不算甚麼。圖/envatoelements

金納大喜過望,於是將這個實驗寫成論文,提交給倫敦皇家學會。然而,皇家學會以證據不足為由,拒絕刊登這篇僅有「單一實驗資料」的論文。

為了提交更充足的證據,金納決定要擴大實驗規模,連自己的兒子都納入受試者的行列。什麼是狼性?這就是狼性,連自己的小孩都敢拿來做實驗!

常言道:「上帝在關上一扇門的同時,會為你打開一扇窗。」不久之後,格洛斯特郡爆發了天花的大流行,接種了牛痘的受試者們,因此得以倖存。

真的會有這麼厲害的醫生嗎?圖/聚光文創

──本文摘自《厲害了,我的生物》,2022 年 9 月,聚光文創,未經同意請勿轉載。

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聚光文創_96
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據說三人出版社就算得上中型規模,也許是島嶼南方太過溫暖,我們對出版業的寒冬始終抱持著浪漫與天真。 作者們說,出版市場很艱困,但我們依然想在翻譯領軍的文學市場中,為本土的作者、原創故事發聲。 喜歡做為升學孩子減輕壓力的書,不要厚重百科類型、沒有艱澀的專有名詞,很多重大發現的背後故事更值得我們好好品味。

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一波未平,一波又起!我們該擔心猴痘疫情嗎?——《科學月刊》
科學月刊_96
・2022/08/05 ・2479字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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  • 文/林翰佐 銘傳大學生物科技學系副教授,本刊總編輯。

「一波未平,一波又起。」正當這個世界仍為嚴重特殊傳染性肺炎(COVID-19)疫情疲於奔命之際,猴痘(monkeypox)疫情似乎也有逐步升溫的趨勢。我們該以何種心態面對新的未知疫情?或許這篇文章能提供讀者一些方向和理性。

猴痘病毒的近親——造成數十億人喪命的天花

猴痘是由猴痘病毒(monkeypox virus, MPV)感染所引起,猴痘病毒在分類上有個赫赫有名的同屬——造成天花(smallpox)的天花病毒(variola virus)。

天花病毒的穿透式電子顯微鏡圖,內部呈現啞鈴形的部分包含了病毒的 DNA。圖/Wikipedia

天花是一種能透過空氣傳播、致死率約 30% 的病毒,且疾病痊癒後仍會在病人身上留下難以磨滅的坑疤,令人聞之色變,更是人類疾病歷史上最黑暗的篇章。據歷史記載,在 735 至 737 年間,一場爆發於日本的天花流行,一共奪走了 100~150 萬人的生命,約相等於當時日本總人口數的 1/3,足見其威力。

諷刺的是,天花也是人類第一個戰勝的疫病。由英國醫師詹納(Edward Jenner)推行的牛痘(cowpox)接種技術,意外開啟生命科學中的免疫學篇章,使疫苗成為對抗病毒性傳染病最有效的武器。1980 年代,在世界衛生組織(World Health Organization, WHO)防堵策略的運用下,曾經造成人類歷史上約數十億人喪命的天花,在地球上徹底地被根除。

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猴痘的病毒結構與傳播能力

繼承表親天花病毒的威名,猴痘疫情似乎顯得山雨欲來。

其實,痘病毒科(Poxviridae)的親戚一直存在於脊椎動物的族群當中。這類病毒的基因組由雙股 DNA 所組成,長達 186 千鹼基對(kb),記錄著 180 多個基因訊息,是感染哺乳動物的病毒當中體型最大,最為複雜的病毒。

相較於目前大家最為熟知的新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)基因體長度大約只有 2 萬 6000 至 3 萬 2000 個核苷酸(nucleotides)所組成,透過分子機轉可以生產約 20 種左右的結構性蛋白(structural protein)及非結構性蛋白(nonstructural protein),在巨大的天花病毒前面顯得單純許多。

而更多種蛋白質的生產力也意味著病毒的「能力」愈強,所以天花病毒一直以來都被譽為是最狡猾的病毒,它具備多套欺騙免疫系統的機轉,使人防不勝防。

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痘科病毒相當狡猾,但還是希望猴痘可以安分一點。,圖 / pixabay

猴痘,顧名思義是一種流行於靈長類的流行病。1958 年,在研究用的猴子中首度被發現,而人類被感染的首起案例發生於 1970 年,之後在中非及西非偏遠地區也陸續發現零星案例。

根據流行病學的調查研究,猴痘主要透過嚙齒類、靈長類野生動物傳染給人類,是一種人畜共通傳染疾病。不過猴痘的傳播一直以來都是不慍不火,即便目前有升溫的趨勢,流行病學專家也相信它的「基本再生數」(basic reproduction number,俗稱 R0 值)介於 2 和 3 之間,遠低於目前肆虐的新型冠狀病毒 Omicron 變異株(R0≈10~15),意味著只要有適當的防疫作為,疫情不會像 COVID-19 一樣來得又快又猛。

猴痘的傳播途徑有哪些?

目前已知猴痘人傳人的途徑主要以皮膚、口對口或體液等與患者有密切接觸的方式傳染,其中也包括接觸被患者汙染過的物品以及衣物等。不過具體相關細節仍有賴後續的研究,包括患者實際具備感染能力的時程,以及是否造成胎兒垂直感染的可能性等。不過由於人類對抗天花具有相當完善的經驗,對於應付猴痘來襲,一些估算總不至於差得離譜。

若是不慎感染猴痘,需要多久才能痊癒?

猴痘的症狀類似天花,具有明確的病癥,包括發燒、頭痛、肌肉酸痛、背痛、疲倦及淋巴結腫大,此外隨著病程的演進也會在皮膚上出現丘疹。

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猴痘的症狀類似天花,特別明顯的症狀是皮膚病灶。圖/Wikipedia

猴痘的病程通常持續兩到三週,多數健康的人可以自行痊癒。不過部分患者包括嬰兒、兒童,以及免疫缺陷病友,可能會面臨更嚴重的症狀,甚至死亡。有關猴痘的死亡率依照不同地區呈現相當大的差異,預估值從 1~10%,甚至於更高的數值都曾經被提出,不過死亡率也與當地的公衛條件和醫療支援程度息息相關,不排除被高估的可能。

根據世界衛生組織公開的資料顯示,近期受到猴痘疫情影響的國家及地區,迄今並未出現死亡案例。

目前有針對猴痘開發的疫苗或是藥物嗎? 

由於新藥開發的速度較慢,多數新興傳染病很難有可以立即使用的「特效藥」。但目前包括美、英、加拿大等國的藥物管理局,已陸續核准將天花的藥物特考韋端(tecovirimat)用於猴痘治療。特考韋端能干擾天花病毒細胞膜蛋白的合成,阻斷病毒在人體內複製散播的機率、降低病情的發展,在實驗室中的研究證明它對猴痘病毒的複製也能有效地進行干預,不過臨床上的效果仍有待後續研究證實。

基於猴痘與天花的同源性,接種牛痘疫苗也可以提供有效保護,多項研究表明曾接種過牛痘疫苗者,發病率可降至約 4~21%。根據臺灣衛生福利部疾病管制署的說明,臺灣目前仍保有一定數量的第一代牛痘疫苗戰備存量,可以因應緊急時所需。另外,由於牛痘疫苗的製程屬於活毒疫苗,具有相當長效的保護效力,在 1979 年前出生的民眾皆有施打牛痘疫苗,因此他們也對猴痘有較佳的抵抗能力。

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疫病的可怕性來自於高傳染率、致死率,以及人類對該疾病的理解程度。由上述已知條件看來,猴痘並不是那麼可怕,可避免過度恐慌。不過衛生習慣的培養與防疫知識確實仍是趨吉避凶的基礎,願大家出入平安。

  • 〈本文選自《科學月刊》2022 年 8 月號〉
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延伸閱讀

  1. 台灣科技媒體中心,猴痘最新研究解析記者會新聞稿,2022年7月。https://smctw.tw/13545/
  2. 天平疫病大流行,2021年11月5日,維基百科,https://reurl.cc/j1XR4m
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首次試驗牛痘疫苗│科學史上的今天:5/14
張瑞棋_96
・2015/05/14 ・999字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

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在天花已經絕跡的今天,很難想像十八世紀還有數千萬人因天花肆虐而死亡。其實天花很早就存在,古埃及的木乃伊身上就有天花的足跡,中國東晉葛洪所著的醫書《肘後方》也有記載,是目前最早的文字記錄。

最早發現種痘可以預防感染天花的也是中國人。明朝時民間就會讓小孩穿天花病患的衣服,或是將天花病患身上脫落的痘痂磨粉後塗抹於鼻腔。不過取人痘接種的作法並不是很安全,即使後來輾轉於十八世紀傳到英國,在醫生的專業操作下仍有 2%的死亡率。

英國醫師金納(Edward Jenner, 1749-1823)小時候也接種過,所幸他不是那百分之二。有一天一位來自農場的病人告訴他:她們擠牛奶的女工若曾染上牛痘就不會再得天花。牛痘是長在牛隻乳頭上的膿包,金納對此說法半信半疑,決定下鄉實地考察,調查後發現這傳聞竟是真的!而且感染牛痘後的症狀輕微,幾天內即可康復,若能以牛痘取代人痘作預防接種將會是更安全有效的作法。

1796年的今天,他在園丁的八歲小男孩詹姆斯·菲普(James Phipps)的手臂上劃開兩個小傷口,擠進牛痘的膿液,小男孩輕微發燒幾天後即復元。兩個月後,金納再將天花膿汁接種到菲普身上,結果並未出現任何天花症狀,證明接種牛痘疫苗可以對天花產生免疫。然而他的實驗並未被同儕認可,於是他繼續說服更多人接種,取得更多數據後才終於得以正式出版他的研究報告。

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不過社會大眾卻難以接受體內有牛的體液,甚至擔心種牛痘會長牛角而卻步。面對輿論媒體的嘲弄,金納仍不遺餘力地宣揚理念,並免費發送牛痘疫苗給有需要的同儕。直到 1840 年,金納已過世十幾年後,英國政府才禁止種人痘並提供免費牛痘疫苗,這期間歐陸各國與美國也都陸續採納金納的方法來預防天花。不過,要近兩個世紀後,他期望看到天花絕跡的心願才終於實現(1979 年,世界衛生組織宣布天花已絕跡)。

金納是第一位以科學方法證實接種疫苗可以有效預防感染天花的人。由於他的研究與大力推廣,令人聞之色變的天花才得以有效控制,挽救了無數人的性命。更重要的是,因為他的大膽創舉,才開啟後人繼續尋求以疫苗對付其它疾病的防治之道,他也因而被稱為「免疫學之父」。事實上,疫苗(vaccine)此字即是金納所創,字首正是取自拉丁文的「牛」(vacca)。

 

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

 

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張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。