第38屆美國病毒學年會參與紀實

會議背景簡介

美國病毒學年會為病毒學界年度重要會議之一,今年於7月20日至24日假明尼蘇達大學雙城校區舉辦,會議包含4個討論會(symposia)與57個研習會(workshop)。會議主題囊括各類病毒、致病機轉、免疫學與疫苗開發等。由於會議主題眾多,筆者選擇幾組有興趣的題目摘要如下。

會議主題1:共同感染與器官培養模型
Tanya Miura博士分享上呼吸道病毒共同感染之研究,發現弱毒性病毒(如鼻病毒rhinovirus)感染後二天再進行強毒性病毒感染(如流感病毒influenza virus),強病毒的感染的嚴重程度會下降。主要是因為由弱病毒所激起的先天性免疫反應而有了保護作用。Mary Estes博士介紹利用組織培養建構微腸道(human intestinal enteroids, HIT)探討輪狀病毒(rotavirus)與諾羅病毒(norovirus)的感染。輪狀病毒在微腸道中的生長會提高細胞質中鈣離子的濃度,擾亂細胞內部鈣離子的平衡。此現象由輪狀病毒的NSP4蛋白所引發,造成鈣離子由內質體中移往細胞質。此外,之前諾羅病毒的研究已指出缺乏具有功能的FUT2(fucosyltransferase 2)酵素可以避免諾羅病毒的感染。在Estes博士的研究中也證實了此事,只有由secretor-positive的自願者所培養出來的微腸道(具有有功能的FUT2酵素)可以支持諾羅病毒的生長,而膽汁也在培養諾羅病毒中扮演重要角色。Hengli Tang博士介紹利用iPSC建構2D與3D腦結構以研究茲卡病毒(Zika virus)。Tang博士的研究指出,茲卡病毒主要感染人類神經前驅細胞(neural progenitor cells),細胞經感染後會停止細胞週期、核酸複製與DNA修復,並感染腦類器官(brain organoid),感染的類器官明顯小於未感染的類器官。

會議主題2:性別對病毒感染之影響
Sabra Klein博士介紹性別影響免疫後的抗體反應。先前已有老鼠實驗與人類疫苗接種後的監測資料指出,女性在疫苗接種後有較高的抗體反應。Klein博士進一步研究此現象生成的原因,其中之一是TLR7基因位於X性染色體,且女性的TLR7甲基化低於男性所致。研究指出,TLR7基因移除的老鼠,其免疫後的抗體反應便不再受性別影響。另外,Klein博士也研究性別與老化對免疫反應的影響,顯示雌激素在抗體活化扮演重要角色。體內雌激素高低與免疫後抗體反應有正相關的趨勢,女性抗體反應在更年期前高於男性,在更年期後則有明顯下降趨勢。但睪固酮的高低與抗體反應並沒有關聯性。筆者於2019年發表於《Viruses》期刊的研究,也發現性別對雪貂免疫反應的影響(Chen PL et al., Viruses),母雪貂接種疫苗後的抗體反應明顯高於公雪貂。

會議主題3H3N2季節性流感
世界衛生組織於2017至2018年流感季所選用的H3N2疫苗與流行株的抗原性差異不大,然而,同時期美國國內的統計資料顯示,因類流感症狀的就診率與流感相關的死亡病例皆有上升的趨勢。Jason Westerbeck博士對此現象研究發現,H3N2發生同群重組(intraclade reassortment)現象。重組後的病毒雖然抗原性並未改變,但病毒在人類鼻腔上皮細胞的生長速率提高,感染細胞的病毒釋放量也有上升的趨勢。另外,也有二位學者分享H3N2季節性流感之神經胺酸脢(neuraminidase, NA)上醣位點的改變,對神經胺酸脢的活性與抗原辨識的影響。Hsuan Liu博士報導NA329位置上因突變而消失的醣位點的影響;NA329突變於2016-17年流感季中分離出的病毒,只占30%,但2017至18年上升至90%。NA329醣位點的消失並不影響病毒的生長與病毒對抗流感藥物(neuraminidase inhibitor)的抗性。Harrison Powell博士發表新增加的醣位點NA245的影響。NA245接近神經胺酸脢的活化位,此位點所增加的醣基會影響神經胺酸脢的酵素活性,並使病毒在人類鼻腔上皮細胞的生長能力下降。但NA245醣基也遮蔽住抗體的辨識位,因此病毒便可以避開NA抗體的辨識。Powell博士指出,帶有NA245醣位點的病毒可以避免癒後病人血清的中和效應。

會議主題4:血球凝集素(hemagglutinin, HA的酸穩定與流感空氣傳播之間的關聯
Meng Hu博士與Seema Lakdawala博士皆發表關於血球凝集素的酸穩定對流感空氣傳播之影響的雪貂模式研究。先前雪貂研究已指出,H1N1病毒的血球凝集素融合的酸鹼值若低於5.5,將有利於空氣傳播。因此,Hu博士分析H1N1豬流感,並依照其融合所需的酸鹼值分為二大類:gamma lineage(大於pH 5.5)與pandemic lineage(小於pH 5.5)。Hu博士選擇其中二隻gamma lineage的病毒p24(pH 5.6)與p19(pH 5.9),此二株病毒的血球凝集素只有一個位點的差異(HA2-117N/T)。在雪貂傳播試驗中,Hu博士設計帶原組(donor)、接觸組(contact)與空氣傳播組(acceptor)。接觸組與帶原組養在同一籠,而空氣傳播組則養在相隔一定間距的籠子中。在Hu博士的試驗中,p19病毒成功傳播給接觸組跟空氣傳播組,但p24的病毒只傳給接觸組。分析p19帶原組、接觸組跟空氣傳播組所分離出的病毒其血球凝集素融合的pH值顯示,帶原組的病毒pH值為5.9、接觸組為5.7,而空氣傳播組為5.5。顯示血球凝集素融合之酸鹼值越低越有利於空氣傳播。

Lakdawala博士發表H3N2流感也有相似的情況,pandemic strain其血清凝集素的融合酸鹼值約為5.4,而H3N2豬流感則高於5.5。Lakdawala博士將A/Perth/16/2009(Perth-WT)H3N2馴化至狗腎細胞(Perth-MDCK),其血清凝集素融合之pH值由5.5(Perth-WT)上升至5.8(Perth-MDCK)。將這二株病毒一同在雪貂進行空氣傳播試驗,Perth-WT的傳播率為100%,而Perth-MDCK傳播率約為百分之三十。

會議主題5H7N9疫苗之老鼠試驗
Peter Radvak博士介紹第一波與第五波H7N9疫苗之老鼠試驗。Radvak博士實驗中使用第一波低致病性H7N9病毒(A/Shanghai/2/2013, SH/02)、第五波低致病性病毒(A/Hong Kong/125/2017, HK/125)與高致病性病毒(A/Guangdong/17SF003/2016, GD/16)。Radvak博士以純化HA抗原免疫小鼠並添加MF59-like佐劑;結果顯示,GD/16能激起最高的抗體反應。進行攻毒試驗,只有免疫過GD/16的小鼠在異源性攻毒試驗中(SH/02與HK/125)有較高的存活率,而免疫SH/02或HK/125的小鼠,在以GD/16進行攻毒試驗下,存活率較差。因此,Radvak博士認為以GD/16作為疫苗株能提供較佳的保護力。

筆者也於會議中發表研究評估,以猴腎細胞生產平台生產流感疫苗所適用的全能病毒母株(master donor virus, MDV)。雖然雞胚蛋生產平台是目前生產季節性流感疫苗的主要平台,高產率是其優點。然而,根據2009年流感大流行的疫苗生產經驗顯示,雞胚蛋平台難以應付大流行的緊急需求。而且,目前雞胚蛋所生產的季節性流感疫苗已供過於求,若為了提高大流行時的疫苗產率而擴建新廠並不實際;此外,為了不可預期的大流行而興建新的雞胚蛋疫苗廠亦不符合經濟效益。因此,筆者實驗室提出多功能生產平台的概念,此平台平時用於生產流感以外的人用疫苗,並在大流行時轉投入流感疫苗的生產。猴腎細胞(vero cells)是最常用的人用疫苗生產平台,然而多數流感病毒在猴腎細胞的繁殖狀況並不理想。因此,若要利用猴腎細胞發展多功能生產平台,提高流感病毒的產能是此平台的首要任務。筆者實驗室在多年前已開發出一株MDV(vero-15)以提高H5N1病毒在猴腎細胞的產能,然而,將此MDV應用到H5N2與H7N9病毒時,卻無法順利製備高成長株;因此,實驗室便著手利用反向基因工程平台開發新一代MDV。新型MDV(vB5)的設計結合了病毒馴化至猴腎細胞後所產生的突變點位,應用在H5N1、H5N2與H7N9病毒株其抗原力價約為128~256 HAU,病毒力價為107~108 TCID50/ml。搭配微載體培養系統可進一步提高第五波H7N9病毒抗原力價至800 HAU,且純化後產率可達7 mg/L,深獲美國疾病預防管制中心學者的肯定。

 心得、感想及建議
美國病毒學年會提供學者們分享交流最新研究,是病毒學中一個重要的年度會議。由每年會議的討論主題可以看出近期的熱門研究。本次會議在疫苗研習會中特別獨立嵌合/電腦(chimeric/computer)這一部分。以電腦分析預測,希望能找到合適的抗原作為流感廣效性疫苗的開發。而次世代定序(next-generation sequencing, NGS)與電腦演算的結合,也反應在眾多轉錄體學(transcriptome)的研究。除了電腦科學,幹細胞與組織培養也應用在病毒學領域,未來研究勢必會整合多方技術進行更深入的探討。

致謝
筆者感謝美國病毒學年會提供獎助金,國衛院、科技部與國立清華大學提供經費補助。並感謝指導教授感染症與疫苗研究所李敏西研究員與國立清華大學王慧菁副教授在研究上的幫助。

文/圖:感染症與疫苗研究所陳柏伶博士生;審校:感染症與疫苗研究所李敏西研究員

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