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mRNA疫苗發展快 益菌配合助免疫

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:

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2023 - Advanced information| NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2023| 2023-11-24

https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2023/advanced-information/

 

COVID vaccinations administered number by manufacturer U.S. 2023 | Statista| 2023-04-26

https://www.statista.com/statistics/1198516/covid-19-vaccinations-administered-us-by-company/

 

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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https://www.mdpi.com/1999-4923/15/7/1972

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Karikó K, Muramatsu H, Welsh FA, Ludwig J, Kato H, Akira S, et al. Incorporation of Pseudouridine Into mRNA Yields Superior Nonimmunogenic Vector With Increased Translational Capacity and Biological Stability. Molecular Therapy. 2008;16: 1833–1840. doi:10.1038/mt.2008.200

https://www.cell.com/molecular-therapy-family/molecular-therapy/fulltext/S1525-0016(16)32681-8

 

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