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利用「免疫橋接」研究審查國產疫苗合適嗎?現行的 EUA 有何不足?

miss9_96
・2021/06/29 ・4230字 ・閱讀時間約 8 分鐘

臺灣食品藥物管理署(以下簡稱食藥署)於 6 月10 日發佈國產 COVID-19 疫苗緊急使用授權審查基準,此項緊急使用授權(EUA, emergency use authorization)裡面採用了哪些方法評估疫苗的保護力?又有那些地方值得討論呢?

任何決策,都是建立在「取捨、利大於弊」的概念下,現實中沒有「唯一、最好」的選項,只有「當下」判斷、潛在成本和收益都可以接受的策略。

在 2020 年尚無任何 COVID-19 疫苗時,研發的藥廠要尋找到願意配合三期試驗的國家,並不會遇到太大的困難。但疫情發展至現在,已有六款世界衛生組織(WHO, World Health Organization)緊急許可的疫苗,各國已不太可能允許他國藥廠,將無效安慰劑注射在本國人民體內。

因此現實上,步伐稍慢的疫苗,想進行雙盲安慰劑的三期試驗,日趨困難 [1]。然而,各國疫情不曾停歇、且每個人都需接種疫苗的壓力,迫在眉睫。

有了可用疫苗後,各國越來越難同意為了試驗,將無效安慰劑注入國民體內。圖/envato elements

因此不久的未來,各國、各藥廠極可能透過比較接種者的免疫反應,也就是所謂的「免疫橋接研究」以預測、判斷候選疫苗的效果。

例如法國 Valneva 藥廠,已在四月展開免疫橋接的三期臨床試驗,對照組是 AZ 牛津疫苗,試圖比較兩支疫苗間的抗體和T細胞反應。

目前尚無任何國家以免疫橋接研究,審查通過 COVID-19 疫苗的緊急使用授權。但在現實壓力下,食藥署願意將此議題浮上檯面,讓社會、科學界討論,仍是值得嘉許之舉。

食藥署公布之國產 COVID-19 疫苗緊急使用授權標準。圖/食藥署

現行食藥署 EUA 裡可能有所忽略的地方

透明開放細節不足

可惜的是,儘管食藥署以新聞稿+製圖說明,但未詳述實驗方法、技術細節、對照組族群樣貌,甚至也未提供參考文獻、他國政府文件等等,使民眾無法更了解政府作法。

反觀美國,為了讓人民更相信疫苗,創新的開放態度令人驚嘆。目前通過的3支 COVID-19 疫苗在緊急使用授權的評估過程中,其專家會議討論與投票皆全程直播,相關資料更在會議前2天上網供全球下載瀏覽。

高度的開放文化,讓相信或不相信政府的美國人民,都能憑藉科學討論。

食藥署公布之國產 COVID-19 疫苗緊急使用授權標準中,療效部分。圖/食藥署

抗體中和病毒效價,不一定等同疫苗真實保護力

食藥署 EUA 的標準,以評估比較兩支疫苗的「抗體中和病毒效價」為主;換言之,食藥署認為抗體中和效價一定程度反應了疫苗的「真實保護力」(此部分數據以往由三期臨床取得)。

日前期刊《Nature Medicine》有一篇研究,就是透過研究輝瑞、AZ 等疫苗的中和病毒效價,和三期保護力數據,建構出預測模型,其趨勢的確一定程度支持:

抗體中和效價,可換算真實保護力 [1]。

疫苗在一或二期臨床試驗中,產生之抗體對於中和原始株病毒的強度(設康復者血清抗體強度為1),和其疫苗在三期試驗中表現之保護力的比較。

但是最近也出現反例,德國 CureVac 藥廠,近日公布 mRNA 疫苗(CVnCoV 12 µg)三期試驗數據,其保護力僅47%,未達預設的50%最低標準。

但回顧其疫苗的抗體中和病毒效價,數值和康復者血清相當,皆為 113(如下圖);若以《Nature Medicine》的研究而言,CureVac 的疫苗保護力應該要高於AZ疫苗、甚至應有八成以上,但三期試驗的結果卻僅有47%。

換言之,CureVac 藥廠的研究結果,為抗體中和效價可換算真實保護力的可能,帶來了一個鮮明的反例。

抗體中和病毒效價實驗中,CureVac疫苗和康復者血清之數值。中文資訊為本文作者加註。圖/參考文獻2

現有的標準忽略了T細胞的角色

食藥署 EUA 的標準中,僅提及「抗體」;然而,可能忽略了T細胞的重要性(也可能是較難評估)。

我們人體的免疫力分為兩個系統,分別承擔不同面向的防禦 [3]:

  • 「抗體」為主的體液免疫(humoral immunity)
  • 「T細胞」為主的細胞免疫(cellular immunity),又分為
    • 「殺手T細胞」:可搜尋被病毒感染的細胞並將之殲滅。
    • 「輔助T細胞」:可活化、誘導其他淋巴系統,如:即時反應、分泌抗體的漿細胞(plasma cell)、記憶型B細胞(memory B cell),其中記憶型B細胞可長期存活,即使血清裡沒有抗體,當它遭遇病毒,也能即刻反應、產生抗體擊退來敵。 [4, 5]

「抗體」能辨認、咬住尚在體液的病毒,阻止它侵入細胞;然而,當細胞被病毒感染、變成殭屍細胞,不斷地誕生病毒子代後,負責控制災區、清除殭屍細胞,就是殺手T細胞的工作了。

而輔助T細胞更是帶領整個免疫團隊全面反擊病毒,並且負責後續長期免疫力(記憶型B細胞)的關鍵 [4, 5]。

換言之,抗體可以避免感染,而T細胞也許是主導長期免疫、阻止疾病惡化、預防重症的關鍵

人類T細胞的掃描電子顯微鏡圖。圖/NIAID Flickr’s photostream

因此,食藥署 EUA 的標準裡,未納入T細胞的考量,是「難以評估」,還是「無須評估」?此部分尚待食藥署提出科學證據向民眾說明 [註1]。

而面臨 COVID-19 持續出現變異株的情況,更有研究逐漸顯示出,相較於抗體,T細胞可能才是對抗變異株病毒的強大幫手。

「臉盲」的抗體認不出變異病毒,但T細胞記得

我們常聽到「XX變異株的抗體效力下降6倍」等新聞,而擔心疫苗就此無效。但好消息是,科學家發現「就算抗體認不出變異病毒,但T細胞會記得」。

荷蘭科學家招募 98 名不曾感染 COVID-19 且接種過 輝瑞-BNT 疫苗的自願者,檢測其抗體和T細胞對冠狀病毒的反應 [6]。

在抗體方面,若將原始株的中和效價定為1,則 β 變異株(B.1.351, 俗稱南非變種病毒)的中和效價下降 3.3 倍,α 株(B.1.1.7, 俗稱英國變種病毒)效價增加 2.2 倍。

顯示棘蛋白的突變,影響了抗體辨認病毒的能力。

但T細胞似乎沒有「臉盲」的問題。不管是用原始株,或變異株棘蛋白刺激,T細胞都能被活化,且幅度不因病毒突變而減弱。

顯示疫苗訓練的T細胞,辨認病毒的能力,不受突變而影響。

輝瑞-BNT 疫苗接種者,體內抗體和T細胞對 SARS-CoV-2 原始株、α, β 變異株之反應。中文為本文作者加註。圖/參考文獻6

而腺病毒載體疫苗也有類似的情況,20 名嬌生疫苗接種者的研究裡,面對原始病毒抗體中和效價為 340,但針對各變異株時,抗體開始出現「臉盲」、中和效價皆下降。α 變異株效價為 121,而 β 變異株更僅為 67 [7]。

而嬌生疫苗活化的T細胞,也沒有「臉盲」的毛病。用原始株,和變異株的棘蛋白刺激殺手T細胞後,其活化的程度、效果都接近,不因病毒突變而減弱。

顯示嬌生疫苗訓練的T細胞,和 輝瑞-BNT 疫苗相同,攻擊變異株病毒的能力,不因突變而降低 [註2]。因此,變異株病毒的威脅日趨嚴重的現在,以疫苗誘發T細胞的評估,也許應該更加被重視。

嬌生疫苗接種者,體內抗體和T細胞對冠狀病毒原始株與變異株之反應。中文為本文作者加註。圖/參考文獻7

過往的理論已告訴我們,抗體和淋巴細胞分別保護人體的不同面向。

首條防線是抗體,目的是阻絕病毒感染細胞;若病毒已侵入細胞,就控制感染、清除殭屍細胞的工作,可能就得落在殺手T細胞的肩膀上;而帶領整體免疫大軍反攻、長期免疫的關鍵,可能就是輔助T細胞 [3]。

而去年初科學家也發現,降低 COVID-19 重症的關鍵,應該是輔助T細胞和殺手T細胞。54 名 COVID-19 感染者的資料顯示,病人的T細胞越活躍,疾病程度越輕微 [3]。同理可推論,若疫苗誘發的T細胞越活躍,預防重症的能力就可能越高。

作者個人意見

有鑒於未來國際間,必然會以免疫橋接方式審核 COVID-19 疫苗;食藥署率先認真研究此方法值得嘉許。

但希望能學習美國政府取信於民的精神,詳細說明抗體中和病毒之實驗方法、基礎資料,並向民眾說明選用抗體中和病毒效價之優劣,以及忽略T細胞可能的風險等。

也希望政府能在 EUA 會議之前,提前公布會議資料(直播就不強求了),讓民眾能更相信國產疫苗。

最後,若國產疫苗有幸通過 EUA,請務必讓民眾有選擇的權力。同時收集、追蹤,並研究首批接種者的各項數據。用科學,做國產疫苗最好的靠山。

保持冷靜,繼續前進。Keep Calm and Carry On.

  • 本文感謝 Tsai-Yi Lu 協助

註解

  • 註1:疫苗誘發的保護力中,尚有「非中和性抗體+細胞清除」等免疫反應,可協助清除病毒 [5]。目前食藥署EUA標準裡,皆忽略之。
  • 註2:輔助T細胞的結果類似殺手T細胞,可詳閱參考文獻6。

參考文獻

  1. 蔣維倫 (2021) 落後的COVID-19疫苗難進行三期臨床試驗,該怎麼辦?科技報導
  2. Peter Kremsner, Philipp Mann. et. al. (2020) Phase 1 Assessment of the Safety and Immunogenicity of an mRNA- Lipid Nanoparticle Vaccine Candidate Against SARS-CoV-2 in Human Volunteers. medRxiv. DOI: https://doi.org/10.1101/2020.11.09.20228551
  3. Carolyn Rydyznski Moderbacher, Sydney I. Ramirez. et. al. (2020) Antigen-Specific Adaptive Immunity to SARS-CoV-2 in Acute COVID-19 and Associations with Age and Disease Severity. Cell. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.09.038
  4. Isaak Quast and David Tarlinton (2021) B cell memory: understanding COVID-19. Immunity. DOI: 10.1016/j.immuni.2021.01.014
  5. Heidi Ledford (2021) Could mixing COVID vaccines boost immune response? Nature. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00315-5
  6. Daryl Geers, Marc C. Shamier. et. al. (2021) SARS-CoV-2 variants of concern partially escape humoral but not T-cell responses in COVID-19 convalescent donors and vaccinees. Science Immunology. DOI: 10.1126/sciimmunol.abj1750

Galit Alter, Jingyou Yu. et. al. (2021) Immunogenicity of Ad26.COV2.S vaccine against SARS-CoV-2 variants in humans. Nature. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-021-03681-2


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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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為何新冠病毒突變之後傳染力更強?——關鍵在於變異株的棘蛋白結構

研之有物│中央研究院_96
・2022/01/25 ・5088字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文/寒波
  • 美術設計/林洵安

為何新冠病毒突變之後傳染力更強?

COVID-19 至今仍深深影響全人類,新冠病毒持續演化,例如曾經造成臺灣大規模社區感染的 Alpha 變異株、傳染力更強的 Delta 變異株,近期出現的 Omicron 變異株等,它們逃避免疫系統的能力都不一樣,關鍵就在不同的棘蛋白(spike protein)結構。「研之有物」專訪中央研究院生物化學研究所徐尚德副研究員,他的團隊陸續解析各種新冠病毒變異株的棘蛋白結構,不但能釐清新的突變帶來的威脅,後續也可作為研發人造抗體的指引。

徐尚德手上拿著新冠病毒的棘蛋白模型,顯示棘蛋白與兩種不同抗體結合的情況。圖/研之有物

解析新型冠狀病毒棘蛋白

COVID-19 的病原體是一種冠狀病毒,和 SARS 病毒是近親,正式命名為 SARS-CoV-2,中文常稱作新型冠狀病毒。為了知道病毒如何感染人體細胞,以及如何逃避免疫系統的辨識,我們需要進一步瞭解冠狀病毒表面的棘蛋白結構。

結構為什麼重要?因為結構會影響蛋白質功能。蛋白質是由不同的氨基酸所組成的長鏈,實際作用時會摺疊形成特別立體結構,而冠狀病毒的蛋白質中,又以棘蛋白最為關鍵。

徐尚德強調,棘蛋白是冠狀病毒暴露在表面的蛋白質之一,絕大多數被感染者的免疫系統所產生的抗體都是辨識棘蛋白。因此現今臨床使用的蛋白質次單元疫苗、腺病毒疫苗以及 mRNA 疫苗,都是以棘蛋白為基礎來研發。

Cryo-EM 讓蛋白質結構無所遁形

工欲善其事,必先利其器。解析蛋白質結構的方法很多,早期的 X 光晶體繞射(X-ray diffraction),就像將影片定格截圖,但不一定為蛋白質實際作用的狀態。

再來是核磁共振(Nuclear Magnetic Resonanc,簡稱 NMR),這是徐尚德留學深造時的專業,可以重現蛋白質在水溶液中的結構及動態,更接近實際作用的形態,可惜不適合分子量較大的分子。

目前結構生物學最具潛力的新技術是:冷凍電子顯微鏡(Cryogenic Electron Microscopy,簡稱 Cryo-EM),Cryo-EM 可以拍出原子尺度下高解析度的三維結構,此技術於 2017 年獲得諾貝爾化學獎。中研院則於 2018 年開始添購 Cryo-EM 設備,而 Cryo-EM 正是徐尚德用來解析棘蛋白結構的主要利器!

在 COVID-19 疫情爆發初期(2020 年 1 月),徐尚德就率先啟動新冠病毒的結構分析,當時他的研究團隊剛好已分析過感染貓科動物的冠狀病毒,對於解析棘蛋白結構有一定經驗,可說是贏得先機。

具體來說,如何用 Cryo-EM 解析新冠病毒的棘蛋白結構?

首先要大量培養新冠病毒、再分離、純化得到棘蛋白。接下來,將大量蛋白質樣本鋪成薄薄一層液體,之後以 -190℃ 急速冷凍,讓蛋白質分子保持凍結前的形態,最後用程式重建棘蛋白的三維影像。徐尚德譬喻,就像一匹馬在高速移動時,連續拍攝許多照片,再將照片疊加起來,重建馬的形狀。

棘蛋白的體積已經算大,假如又與其他蛋白質結合,體積將會更大。能解析如此龐大結構為 Cryo-EM 一大優點,但是也會創造很大的資料量。徐尚德強調,用 Cryo-EM 分析蛋白質結構不只做實驗,也要協調資料處理等疑難雜症。

冷凍電子顯微鏡可以紀錄同一時間下、不同狀態的蛋白質三維立體結構。圖/研之有物

關鍵 D614G 突變,讓新冠病毒棘蛋白穩定性大增

儘管已有貓冠狀病毒的經驗,徐尚德研究團隊初期仍經歷一陣摸索,一大困難在於,做實驗時發現不少棘蛋白壞掉,不再保持原本的結構。

這是因為一般取得蛋白質樣本後會置於 4°C 冷藏,但 4°C 其實不適合保存棘蛋白。接著徐尚德細心觀察到,具備 D614G 突變的棘蛋白,保存期限竟然比沒突變的棘蛋白要長,可以從 1 天增加到至少 1 週。

什麼是 D614G 突變呢?武漢爆發 COVID-19 疫情的初版新冠病毒,其棘蛋白全長超過 1200 個胺基酸,D614G 突變的意思就是:第 614 號氨基酸由天門冬胺酸(aspartic acid,縮寫為 D)變成甘胺酸(glycine,縮寫為 G)。

D614G 突變誕生後,存在感持續上升,2020 年 6 月時已經成為全世界的主流,隨後新冠病毒 Alpha、Delta 等變異株,皆建立於 D614G 的基礎上。

儘管序列僅有微小差異,許多證據指出 D614G 突變會增加新冠病毒的傳染力。有趣的是,它也能大幅增加棘蛋白在體外的穩定性。因此在研究用途上,變種病毒的棘蛋白反而容易保存,徐尚德更指出,對抗變種病毒的蛋白質次單元疫苗(subunit vaccine)穩定性也會增加。

圖片為徐尚德實驗室提供的新冠病毒模型與三種不同的棘蛋白模型,棘蛋白的主體為白色,棘蛋白的受器結合區域(receptor binding domain,RBD)為藍綠色。圖/研之有物

新冠病毒棘蛋白的「三隻爪子」:受器結合區域

徐尚德參與的一系列新冠病毒結構研究,除了棘蛋白本身,還包含棘蛋白與細胞受器 ACE2 的結合、棘蛋白和人造抗體的結合。

既然要解析結構,儀器「解析度」能看清楚多小的尺度就很重要!蛋白質結構學的常見單位是 Å(10-10 公尺),原子與原子間的距離約為 2 Å,Cryo-EM 的極限將近 1 Å,不過棘蛋白大約到 3 Å 便足以重建立體結構。

冠狀病毒如何感染宿主細胞,和結構又有什麼關係?棘蛋白位於冠狀病毒的表面,直接接觸宿主細胞受器 ACE2 的部分,稱為受器結合區域(receptor binding domain,簡稱 RBD),結構可能展現「向上」(RBD-up)或是「向下」(RBD-down)的狀態。向下,RBD 便不會接觸宿主細胞的受器,缺乏感染能力,;向上,RBD 方能結合受器,引發後續入侵。

徐尚德團隊透過冷凍電子顯微鏡,拍攝新冠病毒 Alpha 株的棘蛋白結構,其中有三類棘蛋白的 RBD 為 1 個向上(佔 73%),有一類(類別3)的棘蛋白 RBD 則是 2 個向上(佔 27%)。圖/Nature Structural & Molecular Biology

新冠病毒表面的棘蛋白有「三隻爪子」(3 RBD),RBD 有可能同時向上(3 RBD-up),也可能只有 1~2 個向上,結構會影響病毒的感染能力。更詳細地說,棘蛋白某些胺基酸位置的差異,會影響結構的開放與封閉程度。

棘蛋白向上或向下是動態的,假如能保持穩定性,延長向上的時間,也有助於新冠病毒的感染。這正是徐尚德一系列研究下來,實際觀察到不同品系的變化。

截至 2022 年 01 月 18 日的新冠病毒品系發展歷史,其中 Delta 變異株擁有最多品系,而 Omicron 變異株則開始興起。雖然 Omicron 的品系並不多,但已逐漸成為主流。圖/Nextstrain; GISAID

一網打盡所有高關注變異株的結構變化

和武漢最初的新冠病毒相比,D614G 突變帶來什麼改變呢?簡單說:棘蛋白向上的比例增加了,導致整個結構變得更加開放,增加新冠病毒對宿主受器的親合力(affinity)。

以 D614G 為基礎,接下來又獨立衍生出數款品系,皆具備多個突變,傳染力、抵抗力更強 。影響最大的是首先於英國現身的 Alpha(B.1.1.7)、南非的 Beta(B.1.351)、巴西的 Gamma(P.1),以及更晚幾個月後,於印度誕生的 Kappa(B.167.1)與 Delta(B.167.2)。Alpha 一度於世界廣傳,導致包括臺灣在內的嚴重疫情,不過隨後不敵優勢更大的 Delta。

對於上述品系,徐尚德率隊一網打盡。 Alpha 的棘蛋白結構解析已經發表於 《自然-結構與分子生物學》(Nature Structural & Molecular Biology)期刊,其餘新冠病毒變異株的論文仍在等待審查,目前能在預印網站 bioRxiv 看到,該研究一次報告 38 個 Cryo-EM 結構,刷新紀錄。

圖 a 顯示新冠病毒 Alpha 變異株棘蛋白的突變氨基酸序列,一共有 9 處突變, D614G 突變以紫色表示。
圖 b 顯示突變的氨基酸在立體結構中的位置。
圖/Nature Structural & Molecular Biology

Alpha 變異株的 RBD 向上結構穩定

一度入侵台灣造成社區大規模感染的 Alpha 株有何優勢?其棘蛋白除了 D614G,還多出 8 處胺基酸突變,徐尚德發現 N501Y(天門冬酰胺變成酪胺酸)、A570D(丙胺酸變成天門冬胺酸)的影響相當關鍵。

直覺地想,棘蛋白的外層結構才會與受器接觸影響傳染力,立體結構中第 570 號胺基酸的位置比較裡面,乍看並不要緊。但是徐尚德敏銳地捕捉到,A570D 突變會改變局部的空間關係,令「RBD 向上」的結構更加穩定。徐尚德形容為「腳踏板」(pedal-bin)── A570D 突變的效果就像踩著垃圾桶的腳踏板,讓桶蓋(也就是 RBD)穩定保持開啟。

事實上,棘蛋白總體向上的比例,Alpha 還比單純的 D614G 突變株更少,不過 A570D 增進的穩定性似乎優勢更大。研究團隊製作缺乏 A570D 突變的人造模擬病毒,嘗試體外感染人類細胞,發現感染力明顯減少,證實 A570D 突變頗有貢獻。

新冠病毒 Alpha 株棘蛋白的「A570D 突變」,會改變棘蛋白內部的空間,讓「RBD 向上」的結構更加穩定,就像踩著垃圾桶的腳踏板,讓桶蓋保持開啟。圖/研之有物(資料來源/徐尚德、Nature Structural & Molecular Biology

Alpha 變異株的棘蛋白親近宿主細胞,干擾抗體作用

另一個重要突變是 N501Y,不只 Alpha 有,Beta 等許多品系也有,Delta 則無。N501Y 在眾多品系獨立誕生,似乎為趨同演化所致。N501Y 能為病毒帶來哪些優勢?

第 501 號胺基酸位於棘蛋白表面,會直接與宿主受器 ACE2 結合。此一位置變成酪胺酸(tyrosine,縮寫為 Y)後,和受器的 Y41 兩個酪胺酸之間,容易形成苯環和苯環的「π–π stacking」鍵結,從而大幅提升棘蛋白對細胞的親合力。

新冠病毒 Alpha 株棘蛋白的「N501Y 突變」,讓 RBD 的胺基酸與宿主細胞受器 ACE2 形成「π–π stacking」鍵結,大幅提升棘蛋白對宿主細胞的親合力。圖/Nature Structural & Molecular Biology

另一方面,N501Y 突變也會干擾抗體的作用。中研院細胞與個體生物學研究所的吳漢忠特聘研究員,率隊研發一批針對棘蛋白的人造抗體,測試發現有一款抗體 chAb25 對 D614G 突變株相當有效,但是對 Alpha 株無能為力。徐尚德由結構分析發現:N501Y 改變了棘蛋白表面的形狀,讓抗體 chAb25 無法附著。

好消息是,另外有兩款抗體 chAb15、chAb45,依然能有效對抗 Alpha 病毒,不受 N501Y 影響。這兩款抗體會附著在棘蛋白 RBD 的邊緣,避免棘蛋白和宿主細胞接觸。而且抗體 chAb15、chAb45 會各占一方,可以同時使用,多面協同打擊病毒。

雖然新冠病毒 Alpha 株的棘蛋白表面讓某些抗體難以附著,還好仍有兩款抗體 chAb15(綠色)、chAb45(黃色)能有效「卡住」棘蛋白,干擾棘蛋白與宿主細胞結合。抗體 chAb15、chAb45 附著的位置,正好就是棘蛋白與宿主細胞結合的地方。圖/Nature Structural & Molecular Biology

棘蛋白結構不只胺基酸,還要注意表面的醣

有了 Alpha 的經驗,接下來分析 Beta、Gamma、Kappa、Delta 便順手很多。這批新冠病毒的棘蛋白變化多端,但是「RBD 向上」的整體比例皆超過 Alpha 和 D614G 突變株,可見適應上各有巧妙。徐尚德也發現,要釐清棘蛋白的結構,不能只關心蛋白質,還要考慮棘蛋白表面的醣基化(glycosylation)修飾。

蛋白質在完工後,某些胺基酸還能加上各種醣基。病毒蛋白質表面的醣基可以作為防護罩,干擾抗體和免疫系統的辨識。醣基化修飾就像替病毒訂作一套迷彩外衣,不同變異株的情況都不一樣,假如醣基化的位置和數量,由於突變而改變,便有可能影響立體結構,有助於它們閃躲抗體。例如和武漢原版新冠病毒相比,Delta 株棘蛋白少了一個醣化修飾,Gamma 株棘蛋白則多了兩處醣化。

還好從結構看來,並沒有任何突變組合能完美逃避抗體。例如由美國的雷傑納榮製藥公司(Regeneron)製作並通過緊急使用授權的抗體;以及中研院吳漢忠率隊研發,有望投入實用的多款人造抗體,對變異品系依然有效。這場人類與病毒的長期抗戰中,同時使用多款抗體的「雞尾酒」療法,仍然是可行的醫療方案。

回顧將近兩年來的研究之路,徐尚德表示:時間壓力真的非常大!COVID-19 疫情爆發後,全世界投入相關研究的專家眾多,只要稍有遲疑,便會落在競爭者後頭。但是即使跑在最前端的研究者,也只能苦苦追趕病毒演化的速度,一篇論文還在審查時,現實世界的疫情已經邁向全新局面。

人類要贏得勝利,必需全方面認識病毒,而結構無疑是相當重要的一環。


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