■ 中文摘要

SARS-CoV-2利用棘(S)蛋白與宿主細胞結合。S蛋白由S1及S2組成,其中S1包含C端、N端及受體結合區域(receptor-binding domain; RBD),病毒利用RBD與宿主細胞表面的ACE2受體結合,進入宿主細胞。S2則是與病毒和宿主細胞間的融合有關。

迄今仍不清楚何者是評估免疫保護力(即免於SARS-CoV-2感染)的有效指標(correlate of protection),但目前認為中和抗體(neutralizing antibody)是對抗SARS-CoV-2的重要保護成分。研究顯示,SARS-CoV-2感染後,中和抗體會快速被誘導出且維持數月之久。而RBD是自然感染後產生的血清中和抗體最主要的標的,目前已有多種抗RBD的單株抗體被辨識出。

Pfizer/BioNTech BNT162b2和Moderna mRNA-1273兩種mRNA疫苗已在許多國家緊急授權使用。兩者都是以疫情早期的武漢病毒株(Wuhan-Hu-1)之S蛋白進行疫苗設計,兩疫苗保護力可達94%。由於疫情仍嚴峻、病毒在社區持續傳播演化,病毒變異株陸續出現,如英國變異株(B.1.1.7)、南非變異株(B.1.351)及巴西變異株(P.1)。這些變異株的S蛋白出現變異,導致傳播能力增加。以南非株為例,其蛋白的N端帶有D80A及D215G突變、RBD帶有K417N、E484K及N501Y 突變,S2則帶有D614G突變。三變異株在RBD都帶有N501Y突變,此突變會增加病毒與宿主ACE2受體結合的親和力。D614則會增加S蛋白密度、感染力及傳播能力。另南非變異株及巴西變異株的RBD都帶有E484K突變。這些變異株對先前已感染過新冠肺炎的患者或已接種新冠疫苗的民眾所產生的中和抗體是否有抗性,令人關注。為解答上述問題,美國及加拿大的研究團隊進行了病毒血清學研究。

■ 方法

分析染疫康復者及疫苗接種者在施打mRNA疫苗(任一品牌)前後的血清對早期武漢病毒株及新興南非變異株的病毒中和能力及相關抗體效價。

受試者族群:包括以下3組

  • 曾感染SARS-CoV-2、並已接種1或2劑mRNA疫苗(染疫/1劑疫苗或染疫/2劑疫苗)的受試者,共15位,取其疫苗接種前後的血清。
  • 未曾感染SARS-CoV-2、已接種2劑mRNA疫苗(未染疫/2劑疫苗)的受試者,共13位,取其疫苗接種前後的血清。
  • 疫情早期感染過SARS-CoV-2、但尚未接種疫苗的受試者之血清所分離出的抗棘蛋白單株抗體。

病毒中和試驗:採用表現以下3種S蛋白全長的假病毒株(pseudovirus)進行試驗

  • 武漢病毒株(Wuhan-Hu-1)。
  • 南非變異株(B.1.351),帶有D80A、D215G、K417N、E484K、N501Y、D614G及A701V突變。
  • 南非變異株(B.1.351Δ242-243),除上述1.351病毒株的變異外,也帶有Δ242-243缺失突變。

■ 結果

  • 疫情早期感染過SARS-CoV-2、但尚未接種疫苗的受試者之血清所分離出的單株抗體對兩南非變異株的中和能力降低,表示南非變異株對早期染疫患者的血清有抗性。
  • 若將染疫/1劑疫苗受試者及未染疫/2劑疫苗受試者血清中的抗RBD抗體去除,血清中和武漢病毒株的能力即會消失,顯示大部分被誘發的中和抗體的標的抗原是RBD。
  • 疫苗接種前即有抗RBD IgG的染疫受試者在接種1劑疫苗後,其抗(武漢病毒株)RBD IgG效價增加為500倍,抗RBD IgA效價增加為200倍。染疫/1劑疫苗受試者和未染疫/2劑疫苗的受試者相比,前者抗RBD IgG及IgA的效價分別為後者的5倍及7.7倍。不論是否曾染疫,施打疫苗對抗RBD IgM效價影響不大,效價都偏低。
  • 以武漢病毒株進行血清抗體中和試驗,若以可以中和50%病毒的抗體效價ID50而言,疫苗接種前即有抗RBD IgG的染疫受試者在接種1劑疫苗後,ID50效價上升至1000倍,追加第二劑疫苗效果則不顯著。未染疫/2劑疫苗受試者ID50較染疫/1-2劑疫苗受試者約低5-10倍。
  • 在染疫康復者中,疫苗前血清對武漢病毒株的ID50明顯較兩南非變異株ID50高。約僅33%至7%的受試者疫苗前血清可部分中和兩南非變異株,且只有少數受試者血清ID50高於100。施打1劑疫苗則可增加血清對武漢株及南非兩變異株的中和抗體效價,但和武漢病毒株ID50相比,血清對南非變異株B.1.351及B.1.351Δ242-243的ID50分別低了3倍及10倍。染疫/1劑疫苗受試者血清對3種病毒株的中和效價,均較未染疫/2劑疫苗受試者高(7-30倍)。約61.5% (8/13)的未染疫/接受2劑受試者之血清可以達到抑制80%的南非變異株B.1.351-Δ242-243。

■ 總結

抗RBD抗體為血清中能中和病毒的主要成分。染疫康復者/疫苗前的血清可有效中和武漢病毒株,但只有部分的受試者血清可以中和南非變異株;然而,施打一劑mRNA疫苗後,血清對武漢病毒株及兩南非變異株的中和抗體效價都會上升,部分可達1000倍之高,但施打第二劑並不會增加抗體效價。未曾染疫的受試者接種兩劑疫苗,也會產生對兩南非變異株的中和抗體,但效價都偏低。綜合而言,不論是否曾感染過SARS-CoV-2,都應接種新冠疫苗;藉由疫苗的施打,獲得對變異株的交叉保護力。

 

(財團法人國家衛生研究院 吳綺容醫師摘要整理)

 Author:Leonidas Stamatatos, Julie Czartoski, Yu-Hsin Wan, et al.
連結:https://science.sciencemag.org/content/early/2021/03/24/science.abg9175