mRNA疫苗發展快 益菌配合助免疫

今年的諾貝爾生理學/醫學獎由研發信使核糖核酸(mRNA)疫苗的美籍匈牙利裔科學家考里科(Katalin Karikó)和美國醫學家韋斯曼(Drew Weissman)獲得。雖然mRNA疫苗是一項新技術，但不少人都已有聽聞或注射過復必泰疫苗。復必泰疫苗是在新冠疫情中最早開始使用、接種率最高的新冠疫苗，單在美國已經接種超過四億劑。雖然mRNA疫苗的結構看似簡單，只有脂質體包裹著mRNA，但當中所應用的科學原理卻不簡單。

 

修飾鹼基調反應    mRNA疫苗快而準

傳統的疫苗是注射已減弱或「死亡」而不會致病的完整病原體(如水痘病毒)，用以「訓練」免疫系統。在真正受到感染時，免疫系統就能更快速擊退外表類似的致病病原體。而免疫細胞多以產生抗體(antibody)，來專責巡查及辨識病原體上的指定「外貌特徵」(抗原，如表面刺突蛋白)，再激發免疫反應。但這種傳統疫苗並不能控制哪種「外貌特徵」能產生抗體，如病原體的辨認特徵太普通，容易引發過度免疫反應；亦有部分病原體引發的反應太少，未能阻止真正病毒入侵；只有少數病原體能真正阻止病毒感染又不會引發過度免疫反應。故在傳統疫苗研究初期，需要投入大量的時間及人力物力，篩選能有效在實驗動物/細胞株中產生有效抗體但沒有嚴重副作用的疫苗。單是這一步便可用上數年，以至十年的時間。

隨著生物科技的發展，科學家現在已能掌握部分常見病原體的「特徵」，並以生物科技方法製造出模仿這些「特徵」的蛋白質片段，來給實驗動物/細胞株試驗產生有效抗體。這方法可以不使用完整病原體，大大減低意外受感染的機會，亦可用較獨特的病原體「特徵」製作疫苗，加快研發速度。

而復必泰mRNA疫苗就是把新冠病毒表面的刺突蛋白(Spike protein/S  protein)核酸基因改造為人工合成的mRNA，並以脂質體(liposomes)納米粒子包裹，幫助疫苗中的mRNA更容易進入接種者的細胞。進入細胞後，mRNA會作為模板用以製造新冠病毒的「外貌特徵」刺突蛋白作抗原，刺激接種者的免疫系統，從而增加巨噬細胞和其他免疫細胞，以增強接種者對新冠病毒的免疫反應。人工合成mRNA不像傳統疫苗般需進行分離、培養、滅活病原體的工序，故生產時間及成本較低。而在面對現在不斷快速變種的病毒，mRNA疫苗能針對其改變快速修改，以刺激身體製造新的抗體應對。

mRNA疫苗這個概念在早三十年前已經存在，但在科學界並未熱門。除了因 mRNA 本身並不穩定，不易存放及運輸外，初期的mRNA疫苗以基本的mRNA製作，進入細胞後未能製造足夠針對病原的「特徵」抗原，便先引發細胞的過度先天免疫反應(被細胞認出是外來之物)，令實驗動物死亡，故當時以mRNA製作疫苗被認為並不可行。直到今年的諾獎爾得獎者考里科和韋斯曼發現，以tRNA(經修飾的mRNA) 製作的疫苗並沒有引發過度的先天免疫反應，但製作抗原的效率並不高。再經過多番研究試驗後，考里科和韋斯曼發現只需將 mRNA 中的一種分子尿嘧啶核苷「U」修飾為假尿嘧啶核苷「ψ」，就既能避免過度先天免疫反應，又能有效地令細胞製造足夠的特定抗原，給免疫系統作「訓練」，從此奠定mRNA疫苗的基礎。

 

新冠mRNA疫苗助抗疫    腸道菌助長疫苗功效

考里科和韋斯曼最初製作的mRNA疫苗是針對愛滋病病毒HIV的，和呼吸道感染全無關係。直至2020年新冠疫情迅速爆發，全球急需開發新冠疫苗來減低感染和避免重症。而能快速開發、試驗及生產的mRNA疫苗便因此走進大家的視線。再加上近年納米脂質體的包裹技術日漸成熟，解決了mRNA在載入細胞、儲存及運輸的不穩定性問題，令新冠mRNA疫苗以破紀錄的速度通過三期臨床試驗，拯救生命及令全球社會加速復常。考里科和韋斯曼亦因此被諾貝爾評審委員會選為今年諾貝爾生理學/醫學獎得主。

新冠mRNA疫苗除了是目前最快完成研發的疫苗外，亦是最多人在短時間一同接種的疫苗，故各地最近亦有不少有關新冠mRNA疫苗效用的研究。美國、日韓，以至香港的研究都發現，新冠mRNA疫苗在不同受試者中發揮的免疫強度(抗體水平)與其腸道菌組成亦有關係。香港中文大學的研究指出，腸道菌中雙歧桿菌(Bifidobacterium)及羅斯氏菌(Roseburia) 水平較高的受試者，在注射新冠mRNA疫苗後的免疫抗體水平亦較高。在韓國類似的研究中，除了羅斯氏菌外， 瘤胃菌(Ruminococcaceae)和毛螺菌(Lachnospiraceae)水平都明顯與較佳免疫反應有關。美國的研究則發現注射新冠mRNA疫苗的抗體水平高低，與腸道菌如嗜膽菌(Bilophila)及另枝菌 (Alistipes) 有正面關係，卻與擬桿菌(Bacteroides)及無害梭菌(Clostridium innocuum)水平有相反關係。團隊再以小鼠作實驗，發現以抗生素殺減腸道大部分細菌後，注射新冠mRNA疫苗的抗體水平比沒有服用抗生素的明顯低30%。另有動物研究分別給無菌小鼠及正常小鼠注射DNA及mRNA疫苗，發現mRNA疫苗在無菌小鼠中的免疫反應明顯比正常小鼠為低；而在注射DNA疫苗的小鼠中，有沒有腸道菌對免疫反應的影響則不明顯，可見腸道菌對mRNA疫苗的作用有著重要的影響。

mRNA疫苗作為一種新技術，其發展及應用性還有更大的改進空間。除新冠mRNA疫苗外，mRNA疫苗更可運用於預防其他傳染病、治療疾病如癌症及遺傳病等。這項新技術為人類的疾病治療及預防帶來新希望。

 

 

參考資料/延伸閱讀:

 ＜益生第一關＞2021/01/08--『疫苗固然好重要 防疫措施莫鬆懈』

https://hskgene.com/blogs/probiolife-first/covid_vaccine?_pos=1&_sid=5cc87d03b&_ss=r

 

 ＜益生第一關＞2022/03/11--『打3針增強免疫 「HN019」益生菌添助力』

https://hskgene.com/blogs/probiolife-first/3rd-vaccination?_pos=2&_sid=5cc87d03b&_ss=r

 

 ＜益生第一關＞2021/12/10--『益生菌促進益菌 適當補充保健康』

https://hskgene.com/blogs/probiolife-first/beneficial_bacteria?_pos=1&_sid=e13f3afcd&_ss=r

 

Easy Reading:

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How Pfizer's MRNA Coronavirus Vaccine Compares to Other US Candidates| Business Insider | 2020-11-09

https://www.businessinsider.com/leading-us-coronavirus-vaccines-how-they-work-compare-2020-10

 

mRNA 疫苗摘下諾貝爾桂冠，專家剖析劃時代技術亮點 | GeneOnline News|2023-10-04

https://geneonline.news/mrna-vaccine-2023-nobel-prize-expert-interview/

 

【2023 諾貝爾生理醫學獎】mRNA 疫苗背後的辛酸血淚，為何 mRNA 研究不受待見？|PanSci 泛科學| 2023-11-05

https://pansci.asia/archives/371366

 

 

Google Images:

mRNA 疫苗 mRNA vaccine

 

 

學術論文：

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