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得過SARS且康復,體內的專一性抗體可以持續多久?

miss9_96
・2020/04/30 ・1715字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 596 ・九年級

追蹤 2003 年的 SARS 康復者,發現抗體可維持到 2 年;但到了第 3 年,只剩半數還有抗體。

17 年前的 SARS 病毒,至今仍讓人心有餘悸。當時的倖存者至今是否還有抗體,讓我們相當好奇。圖/wikimedia

對抗病毒,最好的策略就是體內已有抗體能抵禦入侵。然而,面對新型冠狀病毒(SARS-CoV-2),我們不僅沒有疫苗,更不知道就算注射疫苗,體內抗體能維持多久的保護力?

然而,透過研究 17 年前感染了 SARS 病毒後的倖存者,我們能一窺「如果感染冠狀病毒後,抗體能保護我多久?」的可能解答!

阻絕再感染的 2 條防線:抗體、B和T細胞

針對病毒再感染的防禦線,包括三個關鍵成分:先備好的抗體記憶B細胞 (memory B cell)和記憶T細胞(memory T cell) 1

2003 年的 SARS 肆虐時,科學界已發現康復者血清裡有高專一性的抗體(IgG, Immunoglobulin G),能快速辨認冠狀病毒(SARS-CoV-1)蛋白質 2。血清抗體會隨著時間自然消失。倘若病毒再入侵,後續防線-記憶B細胞能否快速活化、擊殺病毒?成了避免再感染的關鍵。

然而,不同疾病的記憶 B 細胞壽命也不相同。以天花病毒而言,辨認該病毒的記憶 B 細胞壽命超過 50 年以上 1,因此天花被認為終生只會得一次。而針對其他疾病的記憶 B 細胞,則不一定如此長壽,因此有些疫苗需要補打,以重新訓練體內的白血球。

今日常用的天花疫苗組件:稀釋液、痘苗病毒液、岔針。圖/wikipedia

如果感染過SARS,抗體可維持多久?

持續追蹤 176 名SARS的康復者,發現 200 天內,100% 有抗體(IgG),而 1 和 2 年後,分別約 93.9 %和 89.6% 的康復者仍有抗體;然而 3 年後,擁有抗體的人,掉到僅剩 50%。

換言之,血清裡 SARS 病毒抗體,平均維持 2 年。而第三年時,血清抗體百分比和效價(titers)顯著降低。因此,SARS 康復者 3 年後,就可能會再次感染 3

2003 年 SARS 病毒感染的康復者,血清中抗體隨時間衰退的變化。
橫軸為被病毒感染後的時間,縱軸為擁有血清抗體的比例(%)。圖/參考文獻 4

如果感染過 SARS,記憶性 B 和 T 細胞可維持多久?

如前文所述,血清的抗體是第一道防禦線;而記憶性 B、T 細胞則是免疫力能維持多久的關鍵。

研究發現六年後,23 名康復者裡,沒有人帶有對 SARS 有專一性的記憶性B細胞;而具有對 SARS 有專一性的記憶性T細胞的康復者,則有 14 例(60.9%) 1

但需注意,單只擁有記憶性 T 細胞,不一定能對抗再感染,因免疫作用的複雜性極高,僅有記憶性 T 細胞的人體,不代表免疫系統再遭遇 SARS 病毒時,也能快速反應、避免感染 1

除上述發現之外,研究也發現男性抗體下降明顯快於女性,且有統計意義,目前並不清楚其原因2

被SARS病毒感染六年後,康復者白血球對SARS病毒抗原的反應性。中文資料為本文作者加註。From: 參考文獻1

遭遇病毒或施打疫苗後,抗體的維持時間及記憶性 B 細胞壽命,是評估疫苗保護力,甚至是預測下一次大流行的依據之一。

我們並不知道人體對新型冠狀病毒,產生抗體的時間能維持多久。然而研究告訴我們,2003 年的 SARS 康復者,抗體僅能維持二年。且參考另兩株冠狀病毒(HCoV-OC43 和 HCoV-HKU1),其人體的抗體約維持 40 週 5。也許可大膽的推測,未來即使有疫苗,也將變成每年施打的措施;而因瘟疫(COVID-19)而改變、疏離的社交,未來也將變成常態。

保持冷靜,繼續前進。Keep Calm and Carry On.

參考文獻

  1. Fang Tang, Yan Quan, Zhong-Tao Xin, Jens Wrammert, Mai-Juan Ma, Hui Lv, Tian-Bao Wang, Hong Yang, Jan H. Richardus, Wei Liu and Wu-Chun Cao (2011) Lack of Peripheral Memory B Cell Responses in Recovered Patients with Severe Acute Respiratory Syndrome: A Six-Year Follow-Up Study. The Journal of Immunology. DOI: https://doi.org/10.4049/jimmunol.0903490
  2. Wei Liu, Arnaud Fontanet, Pan-He Zhang, Lin Zhan, Zhong-Tao Xin, Laurence Baril, Fang Tang, Hui Lv, and Wu-Chun Cao (2006) Two-Year Prospective Study of the Humoral Immune Response of Patients with Severe Acute Respiratory Syndrome. The Journal of Infectious Diseases. DOI: 10.1086/500469
  3. Li-Ping Wu, Nai-Chang Wang, Yi-Hua Chang, Xiang-Yi Tian, Dan-Yu Na, Li-Yuan Zhang,* Lei Zheng, Tao Lan, Lin-Fa Wang, Guo-Dong Liang (2007) Duration of Antibody Responses after Severe Acute Respiratory Syndrome. Emerging Infectious Diseases. DOI: 10.3201/eid1310.070576
  4. Qingqing Lin (2020) Duration of serum neutralizing antibodies for SARS-CoV-2: Lessons from SARS-CoV infection. Journal of Microbiology, Immunology and Infection. DOI: 10.1016/j.jmii.2020.03.015
  5. Stephen M. Kissler, Christine Tedijanto, Edward Goldstein, Yonatan H. Grad, Marc Lipsitch (2020) Projecting the transmission dynamics of SARS-CoV-2 through the postpandemic period. Science. DOI: 10.1126/science.abb5793

文章難易度
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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9


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什麼是「造父變星」?標準燭光如何幫助人類量測天體距離?——天文學中的距離(四)

CASE PRESS_96
・2021/10/22 ・3033字 ・閱讀時間約 6 分鐘
  • 撰文|許世穎

「造父」是周穆王的專屬司機,也是現在「趙」姓的始祖。以它為名的「造父變星」則是標準燭光的一種,讓我們可以量測外星系的距離。這幫助哈柏發現了宇宙膨脹,大大開拓了人們對宇宙的視野。然而發現這件事情的天文學家勒梅特卻沒有獲得她該有的榮譽。

宇宙中的距離指引:標準燭光

經過了三篇文章的鋪陳以後,我們終於要離開銀河系,開始量測銀河系以外的星系距離。在前作<天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」>中,介紹了距離和亮度的關係。想像一支燃燒中、正在發光的蠟燭。距離愈遠,發出來的光照射到的範圍就愈大,看起來就會愈暗。

我們把「所有發射出來的光」稱為「光度」,而用「亮度」來描述實際上看到的亮暗程度,而它們之間的關係就是平方反比。一旦我們知道一支蠟燭的光度,再搭配我們看到的亮度,很自然地就可以推算出這支蠟燭所在區域的距離。

舉例來說,我們可以在台北望遠鏡觀測金門上的某支路燈亮度。如果能夠找到到那支路燈的規格書,得知這支路燈的光度,就可以用亮度、光度來得到這支路燈的距離。如果英國倫敦也安裝了這支路燈,那我們也可以用一樣的方法來得知倫敦離我們有多遠。

我們把「知道光度的天體」稱為「標準燭光(Standard Candle)」。可是下一個問題馬上就來了:我們哪知道誰是標準燭光啊?經過許多的研究、推論、歸納、計算等方法,我們還是可以去「猜」出一些標準燭光的候選。接下來,我們就來實際認識一個最著名的標準燭光吧!

「造父」與「造父變星」

「造父」是中國的星官之一。傳說中,「造父」原本是五帝之一「顓頊」的後代。根據《史記‧本紀‧秦本紀》記載:造父很會駕車,因此當了西周天子周穆王的專屬司機。後來徐偃王叛亂,造父駕車載周穆王火速回城平亂。平亂後,周穆王把「趙城」(現在的中國山西省洪洞縣一帶)封給造父,而後造父就把他的姓氏就從本來地「嬴」改成了「趙」。因此,造父可是趙姓的始祖呢!(《史記‧本紀‧秦本紀》:造父以善御幸於周繆王……徐偃王作亂,造父為繆王御,長驅歸周,一日千里以救亂。繆王以趙城封造父,造父族由此為趙氏。)

圖一:危宿敦煌星圖。造父在最上方。圖片來源/參考資料 2

回到星官「造父」上。造父是「北方七宿」中「危宿」的一員(圖一),位於西洋星座中的「仙王座(Cepheus)」。一共有五顆恆星(造父一到造父五),清代的星表《儀象考成》又加了另外五顆(造父增一到造父增五)。[3]

英籍荷蘭裔天文學家約翰‧古德利克(John Goodricke,1764-1786)幼年因為發燒而失聰,也無法說話。1784 年古德利克(John Goodricke,1764-1786)發現「造父一」的光度會變化,代表它是一顆「變星(Variable)」。2 年後,年僅 22 歲的他就當選了英國皇家學會的會員。卻在 2 週後就就不幸因病去世。[4]

造父一這顆變星的星等在 3.48 至 4.73 間週期性地變化,變化週期大約是 5.36 天(圖二)。經由後人持續的觀測,發現了更多不同的變星。其中一群變星的性質(週期、光譜類型、質量……等)與造父一接近,因此將這一類變星統稱為「造父變星(Cepheid Variable)」。[5]

圖二:造父一的亮度變化圖。橫軸可以看成時間,縱軸可以看成亮度。圖片來源:ThomasK Vbg [5]

勒維特定律:週光關係

時間接著來到 1893 年,年僅 25 歲的亨麗埃塔‧勒維特(Henrietta Leavitt,1868-1921)她在哈佛大學天文台的工作。當時的哈佛天文台台長愛德華‧皮克林(Edward Pickering,1846-1919)為了減少人事開銷,將負責計算的男性職員換成了女性(當時的薪資只有男性的一半)。[6]

這些「哈佛計算員(Harvard computers)」(圖三)的工作就是將已經拍攝好的感光板拿來分析、計算、紀錄等。這些計算員們在狹小的空間中分析龐大的天文數據,然而薪資卻比當時一般文書工作來的低。以勒維特來說,她的薪資是時薪 0.3 美元。順帶一提,這相當於現在時薪 9 美元左右,約略是台灣最低時薪的 1.5 倍。[6][7][8]

圖三:哈佛計算員。左三為勒維特。圖片來源:參考資料 9

勒維特接到的目標是「變星」,工作就是量測、記錄那些感光板上變星的亮度 。她在麥哲倫星雲中標示了上千個變星,包含了 47 顆造父變星。從這些造父變星的數據中她注意到:這些造父變星的亮度變化週期與它們的平均亮度有關!愈亮的造父變星,變化的週期就愈久。麥哲倫星雲離地球的距離並不遠,可以利用視差法量測出距離。用距離把亮度還原成光度以後,就能得到一個「光度與週期」的關係(圖四),稱為「週光關係(Period-luminosity relation)」,又稱為「勒維特定律(Leavitt’s Law)」。藉由週光關係,搭配觀測到的造父變星變化週期,就能得知它的平均光度,能把它當作一支標準燭光![6][8][10]

圖四:造父變星的週光關係。縱軸為平均光度,橫軸是週期。光度愈大,週期就愈久。圖片來源:NASA [11]

從「造父變星」與「宇宙膨脹」

發現造父變星的週光關係的數年後,埃德溫‧哈柏(Edwin Hubble,1889-1953)就在 M31 仙女座大星系中也發現了造父變星(圖五)。數個世紀以來,人們普遍認為 M31 只是銀河系中的一個天體。但在哈柏觀測造父變星之後才發現, M31 的距離遠遠遠遠超出銀河系的大小,最終確認了 M31 是一個獨立於銀河系之外的星系,也更進一步開拓了人類對宇宙尺度的想像。後來哈柏利用造父變星,得到了愈來愈多、愈來愈遠的星系距離。發現距離我們愈遠的星系,就以愈快的速度遠離我們。從中得到了「宇宙膨脹」的結論。[10]

圖五:M31 仙女座大星系裡的造父變星亮度隨時間改變。圖片來源:NASA/ESA/STSci/AURA/Hubble Heritage Team [1]

造父變星作為量測銀河系外星系距離的重要工具,然而勒維特卻沒有獲得該有的榮耀與待遇。當時的週光關係甚至是時任天文台的台長自己掛名發表的,而勒維特只作為一個「負責準備工作」的角色出現在該論文的第一句話。哈柏自己曾數度表示勒維特應受頒諾貝爾獎。1925 年,諾貝爾獎的評選委員之一打算將她列入提名,才得知勒維特已經因為癌症逝世了三年,由於諾貝爾獎原則上不會頒給逝世的學者,勒維特再也無法獲得這個該屬於她的殊榮。[12]

本系列其它文章:

天有多大?宇宙中的距離(1)—從地球到太陽
天有多大?宇宙中的距離(2)—從太陽到鄰近恆星
天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」
天有多大?宇宙中的距離(4)—造父變星

參考資料:

[1] Astronomy / Meet Henrietta Leavitt, the woman who gave us a universal ruler
[2] wiki / 危宿敦煌星圖
[3] wiki / 造父 (星官)
[4] wiki / John Goodricke
[5] wiki / Classical Cepheid variable
[6] wiki / Henrietta Swan Leavitt
[7] Inflation Calculator
[8] aavso / Henrietta Leavitt – Celebrating the Forgotten Astronomer
[9] wiki / Harvard Computers
[10] wiki / Period-luminosity relation
[11] Universe Today / What are Cepheid Variables?
[12] Mile Markers to the Galaxies

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CASE的全名是 Center for the Advancement of Science Education,也就是台灣大學科學教育發展中心。創立於2008年10月,成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源,奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。
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