毒蛇咬傷與抗蛇毒血清發展概況

自古以來,人們對蛇的印象,就是會咬人要敬而遠之。唐朝文學家韓愈寫給好友張署《八月十五夜贈張功曹》的詩詞中即提到:「下牀畏蛇食畏藥,海氣溼蟄薰腥臊」除了描述一般庶民對蛇的畏懼之心,也點出氣候溫暖潮濕的中國南方(南蠻)是蛇類棲息之地。迄今,全球已發現超過三千個不同的蛇種,有近六百種為有毒蛇類,多數棲息在熱帶與亞熱帶地區。依據世界衛生組織(WHO)最新的資料統計,每年約有一百八十至二百七十萬個蛇傷案件,並造成8.1至13.8萬人死亡,倖存者多半也留下永久性的殘疾,顯示毒蛇咬傷在熱帶及亞熱帶區域是一個嚴重的公共安全議題。

抗蛇毒血清是WHO建議用於治療毒蛇咬傷的製劑。血清製劑中主要成分為免疫球蛋白,俗稱抗體,能有效地與毒素結合以緩解蛇毒在患者體內引起的症狀。抗蛇毒血清發展的歷史,最早可以回溯至1887年,Henry Sewall將鴿子感染蝮蛇的蛇毒製作出全世界第一個抗蛇毒血清[1]。1894年,巴斯德研究所的Albert Calmette醫師則是第一位由馬匹免疫蛇毒製備出有效的抗蛇毒血清,並成功地治癒被眼鏡蛇咬傷的患者[2]。一個世紀以來,血清的製程也經過一系列優化,由最早期粗製的抗血清,加入提升抗體純度的鹽析純化步驟,後續利用胰蛋白酶去除Fc端的形成單股Fab或雙股F(ab’)2抗體片段,大幅改善其治療效果及產量。因此,抗蛇毒血清製造過程相當繁瑣且造價不斐,更遑論毒蛇的圈養以及蛇毒的採集更增添了血清製作的成本與複雜度。目前,全球約有四十六個血清製造單位,但WHO估計每年約需一千萬劑的抗蛇毒血清,供應不足與高昂的價格使蛇傷患者在取得抗蛇毒血清上產生困難與瓶頸。因此,WHO於2017年將毒蛇咬傷列為被忽略的熱帶疾病之一(neglect tropical diseases, NTD),同時也將抗蛇毒血清製劑列為熱帶地區國家必備之基本藥品。

傳統的抗蛇毒血清是以取得蛇毒作為免疫原製備而成;然而,取得這些蛇毒的過程不但風險極高,且保存不易。目前研究人員開發新型免疫原以取代傳統蛇毒,包含合成胜肽、重組(類)毒素、共有毒素與DNA鍊等。由於只針對免疫原進行改變,利用替代免疫原生產的馬血清可直接與現行抗蛇毒血清製程接軌,成品也較易被法規接受。舉例而言,科學家針對蝮蛇蛇毒的主要毒素(myotoxin和mutalysin ii)篩選出的抗原表位(epitopes),合成出胜肽作為免疫原,動物實驗結果顯示,可以產生有效的抗體中和粗鱗矛頭蝮(Bothrops asper)肌肉毒性[3]以及南美巨蝮(Lachesis muta)蛇毒所造成的出血毒性[4]。相同的概念也適用於神經毒性的蛇毒。Dolimbek博士等人發現,小鼠以雨傘節蛇毒當中致死性最高的bungarotoxin的3段合成抗原表位免疫後,可以承受靜脈注射高致死劑量的bungarotoxin [5]。相較於含抗原表位的合成胜肽,重組毒素為完整的蛇毒蛋白,不但內含了所有的抗原表位,且具有與天然毒素更相似的結構,是一種更合適的取代性免疫原。近期另有研究顯示,以12種蝙蝠蛇科蛇毒的短鍊神經毒素蛋白質序列所設計的重組毒素進行馬匹免疫,更可以產出廣效型的抗蛇毒血清,能有效中和16種蝙蝠蛇科的蛇毒[6];此免疫原已視為開發廣效型抗蛇毒血清的有效策略。第三種有潛力的替代免疫原是DNA疫苗。藉由注射基因工程DNA來產生抗蛇毒血清的另一種策略,其最大的優點是免去了上述化學合成或重組生產的繁瑣步驟,利用基因槍進行注射,攜帶蛇毒蛋白質的基因或抗原表位可以直接刺激皮下的Th2細胞,進而促使B淋巴球細胞產生出抗體。Wagstaff博士等人的研究顯示,以攜帶蛇毒金屬酶(SVMP)多抗原表位的DNA鍊進行免疫後產生的血清比起以粗蛇毒作為免疫原所產生的血清對鋸鱗蝰(Echis ocellatus)蛇毒有更佳的中和能力[7]。另外,Pergolizzi博士等人發現,無論是直接注射α-cobratoxin的DNA或是以重組腺病毒攜帶DNA感染小鼠,小鼠皆能100%通過孟加拉眼鏡蛇毒的攻毒測試[8]

台灣製備抗蛇毒血清已有百年的歷史[9,10]。迄今,疾病管制署每年可以生產4種總量近五千劑符合PIC/S GMP規範的高品質抗蛇毒血清,充分供應國內醫療使用,成果斐然。台灣身為地球村的一員,除了生產抗蛇毒血清外,也積極的投入研究能量,以期能開發具廣泛中和效果的新型抗蛇毒血清製劑,為解決此一被忽略的熱帶疾病盡一分心力。

參考資料

  1. Henry S. Experiments on the Preventive Inoculation of Rattlesnake Venom, physiol. 1887, 8(3-4), 203-10.
  2. Calmette A. The treatment of animals poisoned with snakevenom by the injection of antivenomous serum [J]. Br Med J. 1896, 2, 399-400.
  3. Cˇ urin-Šerbec, V.; Délot, E.; Faure, G.; Saliou, B.; Gubenšek, F.; Bon, C.; Choumet, V. Antipeptide antibodies directed to the C-terminal part of ammodytoxin A react with the PLA2 subunit of crotoxin and neutralize its pharmacological activity. Toxicon. 1994, 32, 1337–1348.
  4. Ferreira, R.N.; Machado de Avila, R.A.; Sanchez, E.F.; Maria, W.S.; Molina, F.; Granier, C.; Chávez-Olórtegui, C. Antibodies against synthetic epitopes inhibit the enzymatic activity of mutalysin II, a metalloproteinase from bushmaster snake venom. Toxicon. 2006, 48, 1098–1103.
  5. Dolimbek, B.Z.; Atassi, M.Z. Protection against alpha-bungarotoxin poisoning by immunization with synthetic toxin peptides. Immunol. 1996, 33, 681–689.
  6. Guillermo de la Rosa, Felipe Olvera, Irving G. Archundia, Bruno Lomonte, Alejandro Alagón & Gerardo Corzo. Horse immunization with short-chain consensus α-neurotoxin generates antibodies against broad spectrum of elapid venomous species. Nat Commun. 2019 Aug 13;10(1):3642.
  7. Wagstaff, S.C.; Laing, G.D.; Theakston, R.D.G.; Papaspyridis, C.; Harrison, R.A. Bioinformatics and multiepitope DNA immunization to design rational snake antivenom. PLoS Med. 2006, 3, e184.
  8. Ramos, H.R.; Junqueira-de-Azevedo, I.D.L.M.; Novo, J.B.; Castro, K.; Duarte, C.G.; Machado-de-Ávila, R.A.; Chavez-Olortegui, C.; Ho, P.L. A Heterologous Multiepitope DNA Prime/Recombinant Protein Boost Immunisation Strategy for the Development of an Antiserum against Micrurus corallines (Coral Snake) Venom. PLoS Negl. Trop. Dis. 2016, 10, e0004484.
  9. 陳振揚,臺灣大學醫用細菌血清學教師對臺灣防疫的貢獻:從臺灣醫學會雜誌回顧(下),景福醫訊,2017年,第34卷第九期, 1-13頁。
  10. 徐雅莉,吳佳蓉,周祖楨,謝文欽,鄭雅芬,江正榮,台灣抗蛇毒血清製造之回顧與展望,疫情報導,2013年,第29卷,第六期。

文/圖:感染症與疫苗研究所劉秉鑫研究助理、江柏蓉研究助理、胡凱傑研究助理、宋旺洲副研究員

 

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