RNA病毒小學堂：歲歲有今朝但年年不一樣？狡猾的流感病毒與它的疫苗——台灣疫苗推動協會榮譽理事長 李秉穎醫師 專訪
你每年都有打流感疫苗嗎？幹嘛不作個「長效型」的流感疫苗呢？
各種流感病毒的困惑，就讓台大醫院小兒科醫師、暨台灣疫苗推動協會榮譽理事長 李秉穎醫師，來幫大家上一門「狡猾的流感病毒與它的疫苗」吧
李秉穎醫師。圖／李秉穎醫師提供
流感病毒感染細胞的關鍵蛋白－血凝素/HA
流感病毒長的像顆圓圓的球型水雷，而球體上的引信就是血凝素（hemagglutinin, HA）和神經氨酸酶（neuraminidase, NA）這兩種表面抗原；這兩個表面蛋白，可刺激人體白血球產生可以對付流感病毒抗體，換言之，它們是疫苗的最重要素材 。而流感病毒尚有其他蛋白質，如：M2離子通道蛋白等，可協助病毒釋出RNA等功能。
李秉穎醫師表示，在疫苗設計裡，科學家最關注血凝素/HA，因為它跟細胞表面的唾液酸受器（sialic acid receptors）結合，進而誘使細胞吞下病毒、感染細胞。換言之，流感病毒的血凝素/HA，如同新冠病毒/SARS-CoV-2的棘蛋白（spike protein），是感染細胞的鑰匙、同時也是製作疫苗的最佳素材。
因此，如果體內有充足的抗體可以咬住血凝素，病毒就無法接觸唾液酸受器，也就無法侵入細胞（此類能阻止病毒進入細胞的抗體，被稱為中和抗體）。所以流感疫苗所含的抗原，都至少有血凝素，試圖刺激白血球產生中和抗體 ；而在實驗室裡，預估每年新的季節性流感疫苗效力的方式，也用中和抗體效價進行評估。
為何每年都要打流感疫苗？
「主要原因是『流感病毒非常容易突變』，而且更麻煩的是，一旦變異、突破免疫系統後，『在脆弱族群裡容易引起重症』」 李秉穎醫師這麼說道。
流感病毒是RNA病毒，生存策略是「不限制變異，盡可能產生基因多樣的子代」。所以它缺乏校正機制，突變的速度遠比其他病毒（如：水痘病毒）更加快速 。
流感病毒在複製時，常出現微小的錯誤，有時會導致蛋白質的胺基酸產生改變，被稱為「抗原微變（antigenic drift）」。若變化發生在抗體所辨識的關鍵部位，就可能影響抗體辨認血凝素/HA，使疫苗誘發的保護力降低。
而有別於上述單點胺基酸的突變，另一種變異是巨大、劇烈地改變，被稱為「抗原移型（antigenic shift）」－不同流感病毒株、互換彼此8段RNA中的任意數段RNA，產生巨大改變的新病毒、甚至獲得跨物種傳染的能力。如：2009年於墨西哥暴發的豬流感大流行，就是人流感和禽流感在同一個細胞裡發生了基因互換，進而產生了全新、極危險的流感病毒。
抗原微變（antigenic drift）和抗原移型（antigenic shift）的示意圖。資訊來源：Journal of Biology
流感病毒的高突變速度，對人類有很大的威脅，不僅是非結構性病毒蛋白質的突變，可能會改變病毒對細胞的毒性，可能引起更多細胞凋亡、更劇烈的體內發炎等，對脆弱族群的殺傷性更增。而突變位置若在血凝素/HA等表面抗原，將使前一年的疫苗誘發的抗體難以辨認、保護力降低。
李醫師也提醒，像流感病毒的這種特性，對年長者等族群的威脅甚大。疫苗在銀髮族誘發的抗體濃度、效力本來就比青壯年低，而血清抗體隨時間逐步衰退的情況下，流感對年長者的威脅更劇。一篇來自《傳染性疾病雜誌/The Journal of Infectious Diseases》的回顧性研究發現，大於60歲以上的族群，流感疫苗誘發的抗體保護力，約僅維持四至五個月。此時若病毒透過突變，獲得穿透抗體保護網的能力，就更可能侵犯這些脆弱族群（所以高風險族群，記得每年都要打流感疫苗喔）。
流感病毒的狡獪之處
而除了病毒的高突變速度外，李秉穎醫師還提出一種假說，來解釋「流感疫苗的保護力，似乎比其他疾病的疫苗短？」和「1976年流感疫苗疑似引發多發性神經炎（GBS, Guillain-Barre syndrome）」
李醫師說：「對人體而言，流感病毒是種『想揍它，但又不敢出全力』的奇特敵人。」
人體有種保護機制，稱為免疫耐受性（immune tolerance），指病原雖然存在於人體，但某些機制使身體不發揮足夠的免疫力來攻擊病原。這類機制在正常情況下，可避免母體攻擊胎兒、降低自體免疫疾病發生 。
但部分病毒似乎能借道此機制，躲避白血球的攻擊，流感病毒可能是其中的佼佼者。目前推論，流感病毒透過分子類似（molecular mimicry），模仿人體組織。流感病毒的蛋白質，和人體神經組織的蛋白質－神經節苷脂 (ganglioside)，其立體結構近似。換言之，雖然病毒蛋白質和神經節苷脂，來自不同基因，但部分的立體結構類似，因此在病毒入侵、或接種疫苗後，若產生的抗體，辨認這兩種蛋白質的共同類似結構，就可能出現自體免疫疾病。
所以對人體而言，「想揍流感病毒，但又不敢出全力」，因此疫苗產生的抗體效力衰退速度快。但「想揍病毒，但出了全力」時，其抗體也會攻擊神經節苷脂，此時就會出現免疫失調、多發性神經炎，因此可以看到每年流感季時，罹患多發性神經炎的人數可能會變多，這同時也可能是1976年x, 流感疫苗有多發性神經炎副作用的原因 [9]（註：目前僅有1976年豬流感疫苗在動物實驗、流行病學上有證據顯示疫苗會誘導多發性神經炎，但不可擴大推論所有的流感疫苗都會誘導多發性神經炎）。
更精細說明，免疫系統為了避免錯誤地攻擊自我組織，本身就有「敵我辨識系統」，但流感病毒的分子，和人體正常組織的分子過於類似，反而鑽了系統的漏洞，免疫系統在自我克制的情況下，無法發揮全力。所以流感病毒對人體來說，是種很特別、難以對付的病毒。
WHO怎麼知道那些病毒株會流行？
各國的科學家會從流感病人收集檢體，透過解析基因序列、和血球凝集抑制試驗（HI, The Hemagglutinin Inhibition Assay）結果，作為推薦未來一季流感疫苗的依據。
而世界衛生組織（WHO, World Health Organization）會和重要的國家級衛生單位合作，如：美國疾病控制與預防中心（US CDC, Centers for Disease Control and Prevention）、澳洲維多利亞傳染疾病實驗室（Victorian Infectious Diseases Reference Laboratory）等，透過她們的資訊，預測秋冬的流行病毒株。因為疫苗的製程至少需6個月，所以世界衛生組織在每年2月召開會議，推薦北半球的疫苗抗原（預測年底北半球流行株）；而9月的會議，推薦南半球的疫苗抗原（預測隔年年中南半球流行株）。
透過收集眾多病人，以分析、推測半年後秋冬流行的流感作業示意圖。資料來源：US CDC
而血球凝集抑制試驗，主要目的是測試前文所述的「中和抗體」。流感病毒表面的血凝素/HA，會黏住紅血球們，將血球們凝集在一起。若抗體能有效辨認病毒的血凝素、阻止其作用，就能抑制凝血作用，證明該濃度下，疫苗誘發的抗體能中和病毒、避免感染 。
血球凝集抑制試驗結果說明。A列為控制組，僅有紅血球，結果是血球沉澱於孔底。B列為摻入病毒，且無抗體或抗體不足以中和病毒，紅血球因病毒表面的血凝素/HA而凝集，結果是血球不沉澱，孔內液體為紅色。C列為抗體足以中和病毒，阻止凝血反應，血球將沉澱於孔底。資料來源: US CDC
如前文所述，透過收集各地病人檢體，並排出候選病毒株，將和去年流感疫苗的病毒株進行比較。研究者用接種過疫苗的動物（如：雪貂）血清做實驗，觀察中和抗體對抗候選病毒株，其中和效價是否大幅降低，若降低4倍以上，就會被定義為該候選病毒株，和去年流行的病毒已不類似；換言之，過去使用的疫苗可能無法保護該候選病毒的感染 ，因此會被認為「需被關注的病毒株」，而科學家再進一步檢視候選病毒流行範圍等資訊，推測是否將成為「優勢流行」病毒株，綜合判斷下，決定是否推薦給藥廠。
世界衛生組織透過各種數據，預測秋冬來臨時，那些病毒株最可能流行，或最需疫苗防治的病毒株。儘管有時會失準，因為2月時的資訊，無法完全反應病毒在未來的演化，但這種推測，仍是絕大多數藥廠製備疫苗的重要依據。
為什麼不選擇不易突變的蛋白質作為抗原呢？
如前文所述，現行流感疫苗誘發的抗體，都是辨認血凝素的特定部位HA淺藍色部件，通常被稱為血凝素「頭部」）。然而，由於病毒的高突變速度，且血凝素並非病毒複製、生存過程中，極度必須的蛋白質，所以有較高的變異容忍度，所以病毒可以產出大量、血凝素頭部略有差異的多樣子代病毒。也因此疫苗帶來的保護力，隔年效果就不盡理想。
有鑑於此，部分團隊想發展長效型疫苗，例如：抗原選用血凝素/HA、但不和受器結合的部位。選用該處作為抗原，有理論之優勢。該處靠近病毒核心，不易出現突變（因為若產生突變，可能對病毒結構產生致命性的破壞，故在演化上，越靠近病毒核心的部位，突變的可能性越低）。理論上，若疫苗誘發的抗體，是針對病毒不易突變的蛋白質（如：血凝素「莖部」），就能做出長效、甚至廣譜型的流感疫苗。
但此概念有個致命的問題。流感疫苗的目標是「避免感染」，而病毒入侵細胞的鑰匙就是血凝素「頭部」。選用其他部位當作疫苗抗原，誘發的抗體將無法直接卡住血凝素和唾液酸受器，等同打蛇不打七吋，阻止感染、中和病毒的效果有先天的缺陷。研究團隊試圖透過其他方式彌補此缺陷，如：添加佐劑等提高抗體濃度，如同幫疫苗打超級士兵血清、期待變成美國隊長，但目前尚未看到有效的研究成果，都仍停留在實驗室階段。
聽說有種新製程的流感疫苗，保護力比較好，真的嗎？
美國在研究歷年的流感疫苗時，發現有時疫苗的病毒株，雖然和真實流行的病毒株相符，但效果不如預期。進一步研究發現，疫苗內的抗原，其胺基酸序列和原始設計稍有差異。深入研究後，科學家觀察到，用雞胚培養的流感病毒，在培養過程中會自然突變。
人類使用雞蛋培養病毒，作為疫苗抗原的技術，已有七十多年的歷史。科學家使用特製的疫苗用無菌蛋，將候選病毒注入已受精的雞蛋，培養數天、讓病毒大量繁殖後，再萃取病毒後製成疫苗。然而，本質上習慣人類環境的流感病毒，在雞胚裡生長時，有時會突變、適應鳥類細胞環境（egg-adaptive mutations），因此最終收集的疫苗抗原和原始預期有差距。目前已知A型流感的H3N2病毒株，在雞胚的生長效率較差，也較容易發生雞蛋適應性突變。
因此科學家發展出另一種技術，改採用哺乳類細胞培養病毒。由於病毒生活的細胞和人體類似，病毒不用特別突變去適應生長環境，所以最終製出的抗原將和預期相符，理論上疫苗的保護效果較雞胚培養的疫苗稍高；但需注意，此為新技術，目前的數據尚不夠充分。
除了理論的優點外，細胞培養疫苗也有製程上的優勢。雞胚培養需要特殊的疫苗蛋，製程耗時較長。若改採細胞培養生產，將無須選購、等待大量的疫苗蛋，可擁有更快的速度和彈性。由於上述的優勢，未來流感疫苗可能會慢慢轉向細胞培養技術。
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健康減重門診、
戒菸門診、
青春痘特診、
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張肇烜（醫師）簡介
Introduction of Dr. Chang Chao-Hsuan
張肇烜醫師（烜，音讀ㄒㄩㄢˇ）畢業於台灣中山醫學大學醫學系，醫學系7年每學年均為書卷獎。以最優異的成績從醫學系畢業後，繼續攻讀醫學研究所，論文研究為門診老年慢性病患之多重用藥及藥物不良反應，並於2018年取得『醫學碩士』學位。
2017年於台中南區創立「張肇烜診所」。
CHANG CLINIC
Tel: 886-4-22659556
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