人生沒有用不到的經歷

歐美疫情再起，美國最近一週每日平均確診人數26513，死亡人數284，死亡率1.07%。抗體失效不能歸咎病毒突變，因為變種病毒逃過疫苗所產生的中和抗體是自然界的常態。最近輝瑞藥廠提出施打第三劑疫苗的申請，FDA及CDC都表達暫時不用。Pfizer-BNT與Moderna疫苗所造成的死亡率與心肌炎發生率已足以讓這兩個疫苗走入歷史，It's enough！

新冠病毒本身含有S(Spike)、M(Membrane)、E(Envelope)、N(Nucleocapsid)四種結構蛋白(Structural proteins)，只有對抗Spike protein的抗體才可能是中和抗體，因此成為各種疫苗的主要抗原。病毒進入細胞後，會用病毒的RNA合成16種非結構蛋白(Nonstructural proteins, Nsp1-16)。S、M、E、N + Nsp1-16，共20種蛋白都會成為T cell辨識為Non-self antigen的對象。
       
圖一：新冠病毒的蛋白S、M、E、N + NS1-16，以及副屬蛋白(3a,3b,6,7a,7b----)。

T cell immunity與B cell (humoral) immunity最大的不同處是B cell所產生的抗體是與蛋白質的某個立體部位結合(例如一個小突起)，T cell receptor則辨識小胜肽(Peptide)上幾個胺基酸，Peptide全長可能只有12-20個胺基酸。
     
圖二：mRNA疫苗、腺病毒疫苗、次單位蛋白疫苗都是用Native protein為抗原；滅活疫苗則是用Denatured protein為抗原。

滅活疫苗與mRNA疫苗產生抗體的差別在，打滅活疫苗產生的的抗體是針對變性(Denatured)蛋白的一、二級結構(Primary & secondary structure)；mRNA疫苗能使細胞合成天然(Native)蛋白，因而打mRNA疫苗產生的抗體是針對蛋白的立體三級結構(Folded tertiary structure)。B cell針對一、二級結構所產生的抗體不同於針對三級結構產生的抗體，這並不奇怪，因為人體現存的Naïve B cell的種類高達10¹¹，大部分的人可對新冠病毒的Spike protein產生數種或數十種Neutralizing Ab或Binding Ab。現存的10¹¹種Naïve B cell有沒有可能對某種病毒外膜上的蛋白無法產生抗體？有，B型肝炎就是！

   
圖三：B型肝炎病毒的表面抗原(HBsAg)相當於新冠病毒的Spike protein，成人10¹¹種Naïve Naive B cell之中，沒有IgM-B cell能緊緊抓住HBsAg。Anti-HBs Ab是抗體基因在骨髓重組分化出新的B cell製造出來的，換句話說，骨髓為HBs量身訂做一個抗體。

現在不斷有Top-notched Journal在討論Pfizer-BNT或Moderna疫苗對變種病毒的保護力，尤其是Epsilon突變株，現有的疫苗都失效。因此中和抗體的保護力非常不可靠，Spike protein只要有ㄧ個胺基酸發生突變，就能微調蛋白的立體三級結構，原本打mRNA疫苗所產生的抗體結合部位就會消失，但滅活疫苗所產生的抗體是針對蛋白的一、二級結構，保護力可能仍然存在，缺點是會產生對抗Nucleocapsid的抗體，這種抗體沒有任何保護力。

一個胺基酸突變而使蛋白質結構微調最古老的案例是非洲人的鐮形貧血症(Sickle cell anemia)。
 
圖四：血紅素第六個胺基酸由Glutamate突變成Valine(Sickle cell anemia)之後蛋白立體結構的變化。

 
圖五：Spike protein第614個胺基酸由Asparate突變成Glycine之後蛋白立體結構的變化。
https://www.ctvnews.ca/health/coronavirus/sturdier-spike-protein-may-explain-coronavirus-variants-faster-spread-study-1.5355457  

突變是病毒的特性，免疫系統可以強迫病毒突變成Inactive mutant，若不行，病毒就可能自己突變成另一種Infectiou mutant。不管怎麼說，抗體的最佳保護期限大約三個月，過了保護期限，不要期望自己能靠抗體免疫，而且不管甚麼權威期刊說保護力有多長多久，都是依據實驗結果的推測，真實的情況還沒發生，沒人說得準。T cell的保護力就不同了，因為CD8⁺ T cell receptor(TCR)只辨識Class I HLA(human leukocyte antigen) 挾帶的12-20個胺基酸的小胜肽上的9個胺基酸。

 
圖六：TCR-Peptide-HLA的立體關係。一個人有10⁷-10⁸種TCR。華人之間Class I HLA的變異性約10⁵，不同人種之間的變異性約10¹⁰，這可解釋為何歐美及南亞人種新冠病毒的死亡率高於東亞人種，華人又特別低，疫情容易控制。

T cell receptor(TCR)如何辨識Class I HLA挾帶的Peptide？如下圖：
 
圖七：TCR與Class I HLA的立體結構關係圖，兩者靠關鍵的九個胺基酸來讓T cell辨識Self or Non-self。

 
圖八：CD8⁺ T cell辨識出Class I HLA所挾帶的小Peptide為外來抗原而攻擊細胞。注射mRNA疫苗，mRNA分布在肝、脾、淋巴結以外的組織濃度是0.5-2.5 ng/gm，若用莫耳數來估算，每個細胞平均會有至少10個分子的mRNA表現Spike protein。心肌細胞若表現Spike protein，當Spike protein老化，或蛋白合成一半發生錯誤，或蛋白無法形成正確的立體結構，或蛋白合成太多，會被Proteasome分解成小Peptide，然後被Class I HLA推向細胞膜，95%以上的機會會被CD8⁺ T cell視為外來抗原而被攻擊。mRNA疫苗引發心肌炎的機轉在此。

呼吸道上皮若被新冠病毒感染，Tc(CD8⁺ T cell)辨識HLA-peptide為外來抗原(Non-self)，不會只辨識Spike protein上單一的HLA-Peptide，也不會只辨識Spike protein，S、M、E、N + NS1-16 + Accessory proteins共20多種蛋白都可能成為Tc辨識的標的，有些人的Tc能認出新冠病毒50個HLA-Peptide為Non-self，有些人的Tc能認出5個，有些人認出零個，這在青春期已決定哪些是Self，若不是Self，就Non-self，Tc遇到Non-self peptide，就會活化並攻擊表現Non-self的細胞。

一個人Tc若能辨識50個新冠病毒的HLA-peptide為Non-self，基本上不需要打疫苗，即使感染也只是很小的感冒或根本沒有症狀，病毒在鼻咽就被Tc清除。Tc若只能辨識出5個Non-self，很難保證這五個HLA-peptide會在感染病毒時被Tc辨識出來，這樣打疫苗提前活化Tc就會有用。如果Tc完全辨識不出新冠病毒為外來抗原，打疫苗也不會生出一個有辨識能力的Tc，因為原本就不存在的東西，不會無中生有，這種人一旦讓病毒突破抗體的防線進入細胞，病毒很快就會溜進肺臟因發重症，發病一兩天就可能死亡，臨床案例很多。

mRNA疫苗的優點是中和抗體針對蛋白的三級結構，注射少量mRNA-lipid nanoparticle，蛋白即可大量在細胞表現，中和抗體效價高，缺點是mRNA進入細胞表現Spike protein沒有選擇性，會招引Tc(即CTL)去攻擊表現Spike protein的心臟、腎臟、神經細胞，造成的細胞死亡是Silent，從心肌炎及高死亡率來看，Silent cell death發生在每個注射mRNA疫苗的人，除非那人沒有Tc辨識Spike protein為外來抗原(他的Tc可能辨識其它病毒蛋白為外來抗原而活化)。mRNA疫苗的另一缺點是只可能活化辨識Spike protein的Tc，既然有人完全沒有辨識新冠病毒為外來抗原的Tc，就會有人Tc辨識的目標在M、E、N + NS1-16 + Accessory proteins，不在Spike protein。滅活疫苗含有S、M、E、N四種病毒蛋白，活化Tc的範圍較其它疫苗廣，如果天生能辨識新冠病毒為外來抗原的Tc很少(病毒有進入氣管或支氣管，引發重感冒；甚至進入肺臟，但僥倖痊癒)，若想定期活化Tc，滅活疫苗才是首選。