【錯誤】茶樹精油是最新防疫利器？效果尚未證實｜武漢肺炎內容查核 #26

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

• 作者：陳曼婷 | 澳洲註冊營養師，目前服務於 Aranth 安曼營養

維生素 C 一向被認為能增強抵抗力、有效預防流行性感冒。如今 COVID-19（俗名：武漢肺炎）的疫情擴及全球，維生素 C 補充劑於是成了不少人的家中必備品。究竟這個做法有科學依據嗎？什麼樣的人需要補充維生素 C 呢？

為什麼會有維生素 C 增強抵抗力一說呢？

維生素 C 能增強皮膚和結締組織中的脂肪膜，從而保護肺等器官免受病原體侵害。而且，維生素 C 能引導免疫細胞至受感染部位，利用其抗氧化的功能減低受感染部位的細胞受到自由基的破壞。因此，普遍都認為補充維生素 C 有助對抗各種感染症狀。

事實上大多數研究顯示，在感冒期間服用 1-3 克的維生素 C 的確可以使成年人的患病時間減少 8％，兒童則減少 14％，等於縮短感冒過程 1 至 1.5 天。同時，能緩解感冒帶來的不適，例如發燒和發冷等等。

但是，服用維生素 C 似乎在一般群體中並不能有效預防上呼吸道感染。只有在身體經常處於高壓狀況的群體，例如運動員和士兵等， 服用維生素 C 才能減低患上感冒的機率 。

維生素 C 有助抵抗武漢肺炎嗎？實驗正在進行中

至於維生素 C是否可以緩解 COVID-19 患者的症狀或改善治療結果？這個問題，武漢大學的科學家⁷表示正在測試當中。當地研究人員相信，由於維生素 C 是一種抗氧化劑，或可以幫助預防細胞因子誘導造成對肺部的損害。於 2 月開始了由 140 個實驗者組成的臨床試驗， 測試以靜脈注入的方式注射超高劑量的維生素 C，以研究是否對於相關感染有治療效果。在此臨床試驗中， 測試組每位患者會被注射每天兩次、每次 12 克，遠高於每日建議劑量的維生素 C 輸液，共 7 天。對於一般成年男性，維生素 C 每日建議劑量僅為 90 毫克。

雖然實驗到九月底才會正式有結果。但外國的科學家普遍表示，對維生素 C 的療效並不抱有太大希望。值得注意是，就算研究結果顯示該療法有效，只能應用於從靜脈注入體內的方式，而劑量亦非一般市面上口服補充劑能達到的。^{8, 9, 10}除了維生素 C 外，暫時亦並沒有證據表明其他聲稱能增強免疫力的保健食品，例如鋅，綠茶或紫錐菊等能有助於預防冠狀病毒的感染。

避免感染病毒的最有效方法仍然是勤洗手，不要觸摸眼睛、鼻子或嘴巴，戴口罩和減少不必要的外出和聚會。

什麼人會容易缺乏維生素 C 呢？

雖然維生素 C 缺乏的情況越來越少見，但某些人還是會需要適量補充維生素 C。攝入酒精會增加尿液中排出的維生素 C，因此經常喝酒的人很容易缺乏維生素 C。 加上維生素 C 並不能保存在體內，如果飲食習慣不佳，沒有每天蔬果攝取不足的人士，還是很容易缺乏維生素 C的。

除此以外，有吸煙習慣或會常接觸到二手煙的人亦會需要攝取更多的維生素 C。因為香煙會增加身體中的自由基，會破壞身體中組織，需要消耗更多維生素 C 去中和。有研究顯示，吸煙人士體內的維生素 C 會較平均值低 30%，每天最好額外攝取 35 毫克作為補充。

飲食中要怎麼增加維生素 C 呢？

我們的身體並不能夠製造維生素 C，主要靠從食物中攝取。成人每天的建議攝取量為 75-90 毫克。常見含豐富維生素 C 的食物包括以下食物：

• 水果類：芭樂、奇異果、木瓜、草莓、柑橘、哈密瓜
• 蔬菜類：苦瓜、甜椒、辣椒、花椰菜、綠花椰、番茄

但維生素 C 屬於不穩定的物質，被烹飪時會受到破壞。尤其是燙青菜，維生素 C 的流失能夠高達 50％。

如果飲食中極度缺乏蔬果的人士，可以選擇從補充劑攝取維他命 C，但建議單次的攝取量在 200 毫克或以下。因為人體的吸收率超過這個劑量後，會大大下降。尤其在超過 1250毫克後，吸收率更只有 40% 以下，其餘的會從尿液被排出。

服用維生素 C 補充劑有潛在危險嗎？

由於維生素 C 是水溶性，過量攝取會經尿液排出體外，每天口服不超過 2000 毫克的維生素 C 對成人、甚至孕婦或哺乳期的婦女而言都是安全的。但是，如果每天持續攝取超過 2000 毫克時，則有可能引起一系列的副作用，包括即時的噁心、腹痛或嚴重腹瀉，或長期增加患上腎結石的風險。

而對曾經患有腎結石的人士來說，每天攝取超過 1000 毫克的劑量會大大增加復發的風險。除了患有腎結石人士以外，G6PD 缺乏症（蠶豆症患者）亦不建議服用任何維生素 C 的補充劑。大量攝入維生素 C 會導致蠶豆症體內的紅血球細胞破裂，造成溶血反應。

參考文獻

1. Hemilä, H., & Chalker, E. (2013). Vitamin C for preventing and treating the common cold. Cochrane Database of Systematic Reviews, (1).
2. Jacob, R. A. (2000). Passive smoking induces oxidant damage preventable by vitamin C. Nutrition reviews, 58(8), 239-241.
3. Pasonen-Seppänen, S., Suhonen, M. T., Kirjavainen, M., Suihko, E., Urtti, A., Miettinen, M., … & Tammi, R. (2001). Vitamin C enhances differentiation of a continuous keratinocyte cell line (REK) into epidermis with normal stratum corneum ultrastructure and functional permeability barrier. Histochemistry and cell biology, 116(4), 287-297.
4. Ran, L., Zhao, W., Wang, J., Wang, H., Zhao, Y., Tseng, Y., & Bu, H. (2018). Extra dose of vitamin C based on a daily supplementation shortens the common cold: A meta-analysis of 9 randomized controlled trials. BioMed research international, 2018.
5. Schectman, G., Byrd, J. C., & Gruchow, H. W. (1989). The influence of smoking on vitamin C status in adults. American Journal of Public Health, 79(2), 158-162.
6. Smith, J. L., & Hodges, R. E. (1987). Serum levels of vitamin C in relation to dietary and supplemental intake of vitamin C in smokers and nonsmokers. Annals of the New York Academy of Sciences, 498(1), 144-152.
7. ZhiYong Peng, Zhongnan Hospital.Vitamin C Infusion for the Treatment of Severe 2019-nCoV Infected Pneumonia: a Prospective Randomized Clinical Trial.
8. Brown, M. (2020).Fact check: Could taking vitamin C cure — or prevent — COVID-19? USA TODAY.
9. No Evidence To Support Intravenous High-dose Vitamin C in the Management Of Covid-19
   Australian Government Department of Health –
10. Vitamin C Deployed in Big Doses To Help Treat Coronavirus Patients

此時此刻，全球最大的頭號公敵，非COVID-19（俗名：武漢肺炎）莫屬。臨床上除了找出可治療的藥物來緊急救援，另一個真正一勞永逸的解決方案是研發疫苗。因此，各國科學機構都紛紛加緊腳步，各種疫苗研發的方法在此刻也可稱得上是百花齊放。

一大堆的研發方法是否讓你暈頭轉向呢？接下來我們就要來介紹近期各種疫苗研發的技術。而首先，就要從人體的免疫系統開始講起。

還記得《聖鬥士星矢》的故事中，有這樣的設定：同樣的招數對聖鬥士是無效的！

人體的免疫系統，就如同聖鬥士般，當第二次面臨相同或相似的病原體時，免疫系統能夠發揮其記憶特性，快速產生強大的免疫反應以消滅病原體，欲侵略身體的外敵則沒了可趁之機。所以，疫苗的首要作用就是讓免疫系統，在面對真正的敵人之前，可以事先預演一番。

那麼，以疫苗作為免疫系統的假想敵，從技術層面上，可以運用很多種類型。就像是拳擊比賽之前，你可以練習跟師傅打或是跟沙袋打，學習成果當然也會隨之產生差距。

下文接著就來分別介紹，目前世界各國的生技或製藥公司，重點開發中的 COVID-19 疫苗，以及採取了什麼樣的策略或技術？又有那些優劣之處？

傳統疫苗：製備風險高，研發時程緩不濟急

疫苗最傳統的策略是使用「整個病原體 （whole-organism）」，又可分為兩大類，活的減毒疫苗 （attenuated） 與死的去活化疫苗 （inactivated），簡單來說就是將被打殘或被打死的病原體，用來作為免疫系統的假想敵。

使用傳統減毒疫苗的優點在於，可以模仿「自然感染」的免疫反應，當刺激免疫系統後，所產生的保護力較為持久。目前市面上的疫苗如流感疫苗、小兒麻痺疫苗等均是由這類傳統方法製備而來。

然而，無論是減毒或去活化疫苗，這兩類在製備時都需要培養大量的病原體，操作人員可能因病原體去活化不完全，而被意外感染的風險較高，再加上傳統疫苗的開發時程漫長 （約 10-15 年），又需依經驗證明其療效。

所以對於需求急迫、傳染性極高的 2019 新型冠狀病毒 （2019-nCoV），各國研發團隊都未採取傳統疫苗的策略。

最受矚目的 mRNA 疫苗，研發速度最快

mRNA 意思為「訊息核糖核甘酸 (messenger Ribonucleic acid, mRNA)」，其在細胞中的功能是在基因 (DNA) 到產生蛋白質的中間過程提供所需訊息，也就是 mRNA 承接上級 DNA 的指令再引導蛋白質的合成（DNA→RNA→蛋白質）。

mRNA 疫苗的原理是將病毒某些遺傳物質片段製作成 mRNA 送入人體。人體細胞可以直接將其轉譯出病毒的蛋白質，這些能夠引起免疫反應的蛋白質就是疫苗很重要的抗原（Antigen，縮寫 Ag）。這些抗原進而可以引發後續的免疫反應，讓人體的免疫系統可以有效辨認出病毒。

mRNA 疫苗的優點是能縮短開發時間，只要擁有病毒的序列，可以立即把其中的序列片段製成 mRNA 疫苗，並以人體作為直接合成病毒抗原的代工廠，而無需體外的抗原製備過程。但缺點是 mRNA 分子並不穩定且保存不易，mRNA 對熱敏感，很容易被普遍存在於環境或皮膚上的 RNA 酶 （RNase） 降解。因此，mRNA 疫苗的有效性仍待進一步證實。

• 近期較為出名的 mRNA疫苗為「mRNA-1273」，由美國國家衛生研究所 （NIH） 轄下的國家過敏和傳染病研究所 （NIAID） 與美國的 Moderna 生物技術公司共同合作。第一期臨床試驗已於 2020 年 3 月 19 日完成招募 45 位健康受試者。這也是 COVID-19 疫苗的首個臨床試驗，將評估疫苗的安全性問題，並測試能有效刺激免疫反應的適當的劑量，預計完成日期為 2021 年 6 月 1 日，最快也需要至少一年多的時間才有初步結果。
• 緊跟在 Moderna 公司之後，美國輝瑞藥廠 （Pfizer） 與德國公司 BioNTech 也宣布要合作開發 COVID-19 的 mRNA 疫苗，預計將於 2020 年 4 月開始臨床試驗。

DNA 疫苗：搶時效的重要策略之一

DNA 疫苗與 mRNA 疫苗的原理相似，也是只需擁有病毒序列就能製備，兩者差異在於進入體内表現病毒抗原的載體從 mRNA 變成 DNA。另一個差異則是，DNA 疫苗必須送進細胞最裡層的細胞核才能發揮作用，而 mRNA 只需進入細胞質即可。

DNA 疫苗的優點也是開發時程較短，同樣為利用人體細胞作為病毒抗原的代工廠。但缺點是需要特殊的傳輸方式才能進入細胞核，像是利用基因槍 （gene gun）、電脈衝穿孔術 （electroporation）、顯微注射 （microinjection） 等方式，此外 DNA 疫苗有可能會嵌入到人體基因組，而產生突變的風險變高，所以安全性方面有所疑慮。所以相對來說，不用進入細胞核又容易被降解的 mRNA 疫苗，其安全性高於 DNA 疫苗。

• 美國生物製藥公司 Inovio Pharmaceuticals 發展的 DNA 疫苗名為「INO-4800」，預計 2020 年 4 月進行臨床試驗。還有義大利的 Takis Biotech 公司、印度製藥商 Zydus Cadila 是都採用 DNA 疫苗的策略。

上述的核酸疫苗 （DNA 及 mRNA疫苗），一般開發時程也還仍需 4-7 年，是否這次會因為武漢肺炎的疫情緊急而加速通過，仍屬未知之數。

重組病毒疫苗、類病毒顆粒疫苗，運用不同「病毒替身」引發免疫反應

前面提到的核酸疫苗是利用「人體細胞」作為病毒抗原的代工廠；接下來要介紹的疫苗技術則都是在「人體外」製備病毒抗原，而不同策略的差異只在於運用的載體有所不同而已。

先來談談重組病毒疫苗與類病毒顆粒疫苗，重組病毒疫苗是利用活的「弱病毒」作為載體，並加入能表現出病原體抗原的基因；而類病毒顆粒疫苗則是利用不具病毒遺傳物質的「病毒空殼」作為載體，並加入病原體抗原的蛋白質。

這類體外製備病毒抗原的缺點是，技術門檻較為複雜，要耗費的時程也比較久；但好處是利用弱病毒作為疫苗，弱病毒能在被感染的人體內複製，通常可引發較佳的免疫刺激能力；而不具感染力的類病毒顆粒疫苗，其安全性較高，但免疫刺激效果稍差。

• 美國 GeoVax 生技公司攜手中國武漢的博沃公司 （BravoVax），共同開發 COVID-19 的重組病毒疫苗，值得注意的是 GeoVax 所使用的疫苗載體，名稱為 Modified Vaccinia virus Ankara （MVA），此載體平台已保持 50 多年的安全記錄，因此有望更快地取得 COVID-19 疫苗的監管許可。
• 此外，中國康希諾公司 （CanSino Biologics） 則是運用腺病毒 （adenovirus） 作為載體，名稱為 Ad5-nCoV，目前已快速地獲得中國的監管批准，正在進行人體試驗階段。

不僅僅是上述介紹的公司，投入 COVID-19 疫苗研發行列的，還有不少大型藥廠，例如﹕英國葛蘭素史克藥廠 （GlaxoSmithKline, GSK）、法國賽諾菲藥廠 （Sanofi） 等等，各有各的獨門疫苗技術。

台灣拼研發 COVID-19 疫苗，多管齊下

台灣這次也不落人後，疫苗國家隊在 2020 年 2 月 7 日啟動後，國家衛生研究院宣布同時投入四種疫苗的研發，包括 DNA、重組病毒、胜肽、次單位疫苗。後兩者尚未介紹到的胜肽、次單位疫苗，其原理是以病原體部分結構作為疫苗，也屬於在「人體外」製備病毒抗原。優點為不具感染性，安全性高，但缺點是必須深入了解病毒特性後，才可找出真正有效的抗原，以利產生正確的免疫記憶力。

台灣產業界方面，高端疫苗公司已與美國國家衛生研究所 （NIH） 簽約，合作開發 COVID-19 疫苗，成為 NIH 目前唯二授權合作的公司。國光生技公司也成立了專案研發團隊，正透過基因重組等方式開發 COVID-19 疫苗。

除此之外，台灣中央研究院還有兩項極具潛力的疫苗技術，可以應用於開發 COVID-19 疫苗，也都屬於在「人體外」製備病毒抗原。其一是「奈米疫苗」，原理是以生物材料製成中空的奈米粒子來模仿病毒結構，在表面附著病毒抗原，內部裝有可加強免疫反應的佐劑 （adjuvant）。其二是「醣蛋白疫苗」，原理是將病毒蛋白質表面的醣分子修飾並保留重要的核心結構來引發免疫反應，由於被醣分子蓋住的蛋白質序列不太會改變，因此醣蛋白疫苗具備應付病毒變異，並有成為廣效性疫苗的優勢。

• 講了這麼多種疫苗技術，簡易統整於下表（全球研發中的不只這些）

不管是哪種疫苗技術，重點是在疫情的陰影底下， COVID-19 疫苗盡早核准上市才是最要緊的關鍵，千萬別像當年 SARS 疫苗研發那般無果而終！衷心期盼安全有效的 COVID-19 疫苗能夠即時問世，讓全球疫情得以緩解。

註解

• 抗原 （Antigen，縮寫 Ag）：任何可以引起免疫反應的物質即為抗原，在疫苗製備時希望提供人體近似於目標病原體的抗原，如此免疫系統實際上遇到該病原體時，就能出現免疫反應將其消滅。

參考資料

1. 中央研究院生物醫學研究所，林宜玲副研究員，人體疫苗之發展
2. 新冠病毒 （COVID-19） 疫苗開發公共研發投資組合評估：以CEPI為例
3. 報導者，【全球疫苗競速關鍵】8種疫苗比一比，台灣競爭潛力在哪裡？
4. 生技中心產業技術評析，賴瓊雅分析師，讓身體自己變藥物製造工廠－從創史上最大生技 IPO 紀錄看 mRNA 療法之潛力
5. 硅谷洞察，新冠肺炎疫苗生死時速！中、美、歐疫苗研發五大賽道盤點
6. Jeff Craven, Regulatory Affairs Professionals Society （RAPS）. COVID-19 Vaccine Tracker.
7. 中央社，台灣生技抗疫國家隊成軍 檢測及疫苗成焦點
8. BBC 中文，武漢肺炎：新冠疫苗會像非典疫苗一樣無果而終嗎

截至目前為止，通過 WHO 緊急許可的疫苗已有六款，一起來看看吧！