COVID-19對科學家的挑戰

導讀
2019新型冠狀病毒疫情持續擴大,目前我們對此病毒的了解並不足,但有著對抗SARS與MERS的經驗與研究基礎,我們可以更加快對COVID-19的研究,全世界的科學家們所面臨的挑戰於本文簡述。
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一、前言

2019年12月,不明原因肺炎在中國武漢出現。2020年1月7日,經全基因組定序確認為新型冠狀病毒,「世界衛生組織」(WHO)2月11日宣布正名武漢肺炎為「COVID-19」,CO代表冠狀(corona)、VI代表病毒(virus)、D代表疾病(disease);19則為疫情爆發的年份:2019,俗稱武漢肺炎。截至2月21日,武漢肺炎根據中國大陸網站對確診病例的最新即時統計,中國境內已達7萬5,465例,死亡2,236例,香港68例,澳門10例。此外,中國以外國家,目前台灣26例、日本不含國際運輸工具(日本鑽石公主號)97例、新加坡85例、泰國35例、南韓156例、馬來西亞22例、澳洲15例、越南16例、德國16例、美國15例、法國12例、阿拉伯聯合大公國9例、加拿大8例、印度3例、英國9例、義大利3例、西班牙2例、俄羅斯2例、比利時1例、柬埔寨1例、斯里蘭卡1例、芬蘭1例、尼泊爾1例、瑞典1例、菲律賓3例、埃及1例,停泊在日本的郵輪鑽石公主號上有619例確診,總計其他國家共1,160例,全球共76,703例,並有2,247例死亡,疫情目前持續擴大,科學家們的挑戰仍然嚴峻。

二、COVID-19病毒來源

COVID-19屬beta冠狀病毒(coronavirus)是RNA病毒的一種,RNA病毒的特色就是基因非常容易突變,由於病毒快速地且數以萬計的複製,很可能發生隨機的基因突變。大部份的突變不利病毒生存,但少部份可讓病毒跨過物種的屏障,感染新的物種。例如2002-3年的嚴重急性呼吸道症候群(severe acute respiratory syndrome, 簡稱SARS)是蝙蝠的冠狀病毒突變後感染果子狸,再由果子狸傳染給人類;另一個例子是2012年在沙烏地阿拉伯出現的中東冠狀病毒,也是蝙蝠的冠狀病毒突變後傳染駱駝(Azhar et al., 2014) ,再由駱駝傳染給人類,間接導致的中東呼吸症候群冠狀病毒感染症(Middle East respiratory syndrome coronavirus [MERS-CoV],下稱MERS)2015年在韓國造成大流行。這次COVID-19真正的來源目前並不清楚,研究指出COVID-19與SARS基因約有80%相似序列(Virological.org., 2020, GSAID Database. 2020, Rambaut, A. , 2020, Bedford, T.et al., 2020),而和兩種來自菊頭蝙蝠科動物身上的冠狀病毒(SARS-like CoV ZC45和ZXC21)基因序列做比對,發現約89%相同;再拿同屬於菊頭蝠科的中菊頭蝠(Rhinolophus affinis)身上的冠狀病毒(RaTG13)基因序列做對比,發現有96%相同,故研究認為COVID-19是來自蝙蝠(Robertson, D. et ai.,2020, Xu, X. et al.2020),蝙蝠為COVID-19的自然宿主,蝙蝠的排泄物就存在著活病毒,其他的活禽及動物接觸或感染後,人類再接近或食用後將受的感染,但也有研究指出蝙蝠身上的病毒不需要中間宿主,可以直接感染人類細胞(Menachery, V.D. et al., 2015, Menachery, V.D. et al., 2016),並且COVID-19與SARS一樣都利用人類ACE2蛋白為受體(Shi, Z.L. et al., 2020, Letko, M.C. et al., 2020, Wan Y. et al., 2020)來進入人類細胞,所以是不是有中間宿主(或棲息的動物)及中間宿主(或棲息的動物)是誰也有待研究,以快速阻斷正在蔓延的疫情。

三、COVID-19傳播速度快及無症狀傳染者的威脅

病毒的傳播力定量指標為基本再傳播率(basic reproductive number,R0),表示每一個感染個案可造成幾個被傳染者,傳染病的擴散常是指數超過1,根據世界衛生組織在1月23日公布一個粗略的估計COVID-19的R0在1.4-2.5之間,另外也有其他團隊的模型預測出較高的數值(T. Liu et al., 2020, Zhao S, et al., 2020)約2.24-3.58並每6.4天擴增一倍,和2009流行的H1N1流感一樣具有高度的傳染力(H1N1 R0=1.5),相較於其他傳播速度慢的病毒不同,如2002-3年爆發的SARS及2012年發生群聚感染的MERS-CoV。由於研究者的計算模型不同、研究地區的差異、通報案例不全以及無症狀的傳染者,要模擬出準確的疫情擴散模型及思考阻斷疫情的辦法,都還需要進一步研究。

病毒的傳播從一開始所懷疑的是人畜共同的感染,到發現病毒人傳人的感染(Wuhan Municipal Health Commission., 2020, Wen, X., 2020),其是否如同像SARS在夏天時因著病毒不耐熱而疫情獲得控制,尚需要進一步驗證,即便如此,但是到了下一個冬天,很可能又如同流感一般再度流行,有研究MERS-CoV的團隊發現,隨著疫情的時間拉長,無症狀感染者的比例也會增加(Al-Tawfiq et al., 2019),無症狀或不易被辨識輕微症狀的傳染者,也可以經由飛沫、體液及糞口傳染,這些原因都是阻止疫情爆發的難題。另外,在SARS 和 MERS疫情爆發時,也證實有超級傳播者(Wong, G., 2015),粗估有10%的SARS 和 MERS病人和超級傳播者(R0>10)有過接觸,此次的COVID-19是否有超級傳播者或是超級傳播者為中間宿主,種種問題仍需要科學家的努力。

四、 抗COVID-19疫苗、藥物及檢驗試劑的研發

因著社群媒體的發達,疫情不容易被隱瞞,也因著公衛專家、病毒研究者以及期刊編輯的努力,這次的COVID-19病毒序列很快的被發表2-3,如此可加速全世界的科學家研發疫苗、藥物及檢驗試劑等等,目前雖然還沒有特定核准之有效疫苗或藥物及快篩試劑,但以過去對抗其他病毒的經驗,可以使用免疫調節用藥(immunomodulators)如干擾素(Zumla A. et al., 2016)或抑制病毒特定酵素的小分子藥物,最有潛力的治療COVID-19藥物為Remdesivir(瑞德西韋),它為RNA聚合酶抑制劑,在MERS-CoV動物實驗上的殺病毒效果和改善肺組織損傷的效果,比干擾素-β及治療HIV藥物lopinavir/ritonavir(HIV-1 protease inhibitor)效果顯著,Remdesivir原本是抗伊波拉病毒(Ebola virus),可用於抗COVID-19 (Wang, M. et al., 2020),現已進入第三期的臨床試驗(Bloomberg News, 2020),未來需更多的臨床研究以確認此藥物的安全性。另外還有許多類的分子也被用於抗病毒藥物的開發,如表1所列,台灣已成功分離出病毒,接著要如何在P3實驗室大量培養,建立研究病毒感染機制平台,病毒感染的細胞株可以提供來篩選抗病毒藥物,也可以來做抗體的篩選,建立COVID-19實驗動物的模型也極為重要,以測試各式疫苗或藥物誘發免疫反應的能力和免疫途徑。在疫苗的發展方面有Moderna公司正開發mRNA疫苗、Inovio公司的DNA疫苗,在香港的袁國勇教授團隊在已研發的流感疫苗模式下,開發COVID-19活病毒減毒疫苗(香港01新聞, 2020),在台灣也有中研院及國衛院團隊發展的重組抗原疫苗(Recombinant Antigen vaccine),另外Nanoparticle vaccine(M. Kheirollahpour et al., 2020) 以及類病毒顆粒(Virus like particle)方法製備疫苗也都是新興開發疫苗的技術。在檢測試劑方面,現在的檢測方法為RT-PCR,需要約2小時左右的時間,若是能生產出高準確度又快速的抗體檢測將幫助第一線的診斷。

表1 疫苗、藥物及檢驗試劑研發類型資料來源:本研究整理。

五、結語

COVID-19目前我們仍有許多不了解的地方,需要更深入及長期的研究資源投入,發展有效的抗病毒策略。又我國市場較小,在世界疫情爆發時採購國外疫苗較不容易,所以我們更需要持續感染症領域的研發,以強化疫苗研發基礎,建立我國自製疫苗之能力,以因應特殊傳染病應變與防疫能力。

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