科學文章筆記：冠狀病毒SARS-CoV-2疫苗競賽（圖解指南）

科學文章筆記
主題：冠狀病毒疫苗競賽（圖解指南）（The race for coronavirus vaccines: a graphical guide）
作者：Callaway E
出處：Nature
出版：2020年4月28日

至今（2020年4月28日），已經至少有六個臨床試驗在測試COVID-19疫苗的安全性，其他的則開始進行動物實驗中。

首先，先介紹人體免疫反應的發展？（如圖一）

第一部分：冠狀病毒感染人體細胞。
1. 病毒進入人體。
2. 病毒的棘蛋白（spike protein，請參考上一篇有關病毒的結構）與ACE2受體接觸，進而進入細胞。
3. 病毒與細胞中囊泡（Vesicle）結合，並釋放出病毒RNA。
4. 病毒RNA在人體細胞中轉譯（Translation）成蛋白質，並從新組合成新的病毒。
5. 大量新合成的病毒從細胞中釋出。

第二部分：誘發人體免疫反應。
1. 病毒被抗原呈現細胞（APC; Antigen presenting cell）消化，並呈現其抗原（antigens）。
2. 抗原呈現細胞會將此病毒的抗原，呈現給助手T細胞（T-helper cells）。
3. 助手T細胞則開始
(a) 促使B細胞產生對抗病毒的抗體，讓病毒被此抗體包圍住而抑制其感染細胞；
(b) 促使毒殺T細胞（Cytotoxic T cells），將被感染的細胞殺死。
4. 記憶型B細胞（Memory B cells）和記憶型T細胞（Memory T cells）會長期存在人體（數月至數年）。

疫苗主要的概念，是利用不致病的抗原，誘發人體免疫反應，讓人體可以抑制病毒感染細胞或殺死病毒。目前至少有八種疫苗（四大類）正在研發中：

1. 第一類病毒疫苗（Virus vaccines）：
(a) 利用化學方式，去除病毒活性，而製成不活化病毒疫苗（Inactivated vaccine）。
(b) 選取因突變，產生的低治病病毒株，而製成活性減毒疫苗（Weakened vaccine）。

2. 第二類病毒載體疫苗（Viral-vector vaccines）：
(a) 將冠狀病毒基因嵌入如弱化的麻疹病毒（weakened measles）載體，而製成複製型病毒載體（Replicating viral vector）疫苗。但假使對載體（如麻疹病毒載體）有免疫力，可能會削弱疫苗的有效性。
(b) 將冠狀病毒基因嵌入如腺病毒（adenovirus）載體，而製成非複製型病毒載體（Replicating viral vector）疫苗。目前市面上並沒有此型的疫苗，但腺病毒在基因治療上以存在很長的歷史。第二次以上的疫苗注射（booster shots），
可以用來增強免疫力的持久性。

3. 第三類核酸疫苗（Nucleic-acid vaccines）（目前市面上並沒有此型的疫苗）：
(a) 直接使用帶有冠狀病毒其中一段基因的DNA（並非完整基因，因此並不會產生病毒，也相對安全），及製程DNA核酸疫苗（DNA vaccine）。須搭配電穿孔技術，將病毒DNA直接送進細胞中，利用宿主細胞產生病毒部分蛋白（大部份是棘蛋白）。
(b) 直接使用帶有冠狀病毒其中一段基因的RNA（並非完整基因，因此並不會產生病毒，也相對安全），及製程RNA核酸疫苗（RNA vaccine）。將病毒RNA直接送進細胞中，利用宿主細胞產生病毒部分蛋白（大部份是棘蛋白）。

4. 第四類蛋白類疫苗（Protein-based vaccine）：
(a) 將冠狀病毒的部分蛋白（棘蛋白或M蛋白），搭配免疫刺激佐劑（Adjuvants），而製成蛋白質次單位疫苗（Protein subunits vaccine）。
(b) 將不帶有冠狀病毒的RNA病毒外殼，製成類病毒顆粒疫苗（Virus-like particles vaccine）。此種病毒外殼可以觸發強的免疫反應，但在量產上有難度。

以上這些疫苗的概念，都是送抗原進到人體中，讓抗原呈現細胞將訊息傳給免疫系統，用以產生免疫記憶能力。當遇到真正的冠狀病毒時，身體可以更快的產生免疫反應，清除外來致病的病毒。（如前一篇文章提到，施打疫苗過後，身體在遇到真正的病原菌時，免疫反應會更有效率的作用）。圖二為目前全世界，正在研發中的疫苗種類及數量。

疫苗研發是需要由動物實驗、小規模的臨床試驗到大型的臨床試驗，以確認其安全性和有效性。全世界的研究人員，正在加快進行，並期望在18個月內可以準備好疫苗。

Reference:
Callaway E (2020) The race for coronavirus vaccines: a graphical guide. Nature 580: 576-577