立場新聞 Stand News

【病毒變種】英國新突變病毒株會否致疫苗無效仍未確定 先了解病毒如何入侵細胞

2020/12/23 — 12:47

英國出現新的冠狀病毒 SARS-CoV-2 突變病毒株 N501Y ,令人憂慮已推出的武漢肺炎 (COVID-19) 疫苗失效。要知道疫苗的效力,首先要了解 SARS-CoV-2 用以感染人類細胞的刺突蛋白。

與其他密切相關的突變病毒株相比, N501Y 病毒株同樣在刺突蛋白有些特殊變化。這亦是為何該病毒株比我們過去觀察到的其他無害突變更令人關注的原因之一。該病毒株有 23 處出現突變,其中最主要的突變就是 N501Y ,即在刺突蛋白氨基酸位置 501 中的天冬酰胺 (Asparagine, N) 變為酪氨酸 (Tyrosine, Y) ,導致病毒更具感染性。而刺突蛋白也是當前 COVID-19 疫苗針對的基礎,令人體產生針對 SARS-CoV-2 刺突蛋白的免疫反應。

病毒需要感染宿主細胞才能複製,並利用細胞自身的生化機制,在細胞中製造新的病毒顆粒,以傳播到其他細胞或個體。不過,人類細胞也已演化出可抵禦此類入侵,其主要防禦手段之一是細胞由脂肪層組成的外層,該脂肪層可包住細胞的所有酵素、蛋白質和 DNA 。由於脂肪的生化特性,其外表面會帶負電荷且具有很高的排斥性,病毒必須穿越此障礙才能進入細胞。

廣告

刺突蛋白感染原理與結構

如人類細胞一樣,冠狀病毒本身也被稱為包膜 (envelope) 的脂肪膜包圍。為了進入細胞內部,病毒會利用糖蛋白將其自身的膜融合到細胞的脂肪膜上並接管細胞。

廣告

冠狀病毒的刺突蛋白就是過程中所用的一種病毒糖蛋白;伊波拉病毒有一種、流感病毒有兩種,單純皰疹病毒則有五種。

刺突蛋白會由 1,273 個氨基酸的線性鏈組成,並會整齊地折疊成一個鑲嵌有多達 23 個糖分子的結構。刺突蛋白會黏在一起,而三個獨立的刺突蛋白分子會結合形成一個有功能的「三聚體 (trimeric) 」單元。

刺突蛋白可細分為不同的功能單元,其中一類稱為域 (domain) ,這些域可實現刺突蛋白的不同生化功能,例如與目標細胞結合,與細胞膜融合等。

SARS-CoV-2 進入細胞過程圖
Pislar, A. & et al. (2020).

SARS-CoV-2 進入細胞過程圖
Pislar, A. & et al. (2020).

SARS-CoV-2 的刺突蛋白則會黏附在大致呈球形的病毒顆粒上,嵌入包膜內並向外伸出,準備緊貼接觸到的細胞;每個 SARS-CoV-2 病毒顆粒估計大約有 26 個三聚體單元,會與人類細胞表面稱為 ACE2 的蛋白質結合,觸發人類細胞攝入病毒顆粒並最終引起脂肪膜融合。刺突蛋白還涉及其他過程,例如組裝病毒、保持病毒結構穩定性等。

疫苗與刺突蛋白

考慮到刺突蛋白對病毒感染非常重要,許多抗病毒疫苗或藥物都針對病毒糖蛋白。輝瑞和 Moderna 生產的 COVID-19 疫苗則可指導人類免疫系統製造自己的刺突蛋白版本。然後,這些自製的刺突蛋白會開始製造保護性抗體和 T 細胞。

SARS-CoV-2 一直都有基因突變,但大多數突變都對病毒無益、或無影響功能,但類似 N501Y 的突變則可能會令病毒更具傳染性,令該病毒株有演化上的選擇優勢。

另一種可能的突變方式是通過刺突蛋白一部分突變,來阻止保護性抗體與其結合;另一種演化方法是病毒使刺突蛋白對人類細胞黏合性更高。雖然這兩種變化仍未在 N501Y 病毒株中見到,但該病毒株在刺突蛋白上很多位置都有基因突變,進入細胞所使用的其他蛋白質同樣有基因突變,因此情況令人較為憂慮,必須在實驗室進行實驗,以確定這些突變是否以及如何顯著改變刺突蛋白,以及各國目前的防疫措施是否仍然有效。

此前香港已有學者指,雖然該病毒株變化複雜,可能會造成更深層免疫系統壓力,但相信不太影響疫苗效力。世衛也指,現時無太多證據與資料證明疫苗會因 N501Y 突變而無效或影響效力,但會進行更多研究與分析了解情況。

來源:
Science Alert, Will The New Coronavirus Mutation Affect The Vaccine? Here's What You Need to Know, 23 December 2020

文/Alan Chiu

發表意見