COVID-19病毒變異株與疫苗效果

這次COVID-19的世紀大流行對人類社會造成重創,原本以為疫苗發展出來後,就可恢復原來的生活,但是最近新聞報導指出,COVID-19出現了很多變異株,而且疫苗效果還不太好,究竟為什麼會有變異株?其實,這與大家聽過的「適者生存」有關。生物在繁衍後代都會產生一點變異,這樣群體裡每個個體都會有點不同,萬一環境突然變得不適合生存,才不至於全部滅亡,會有少數的變異個體可以活下來;所以,不會變異的物種其實都已經滅絕了,現在的物種都是會變異的,COVID-19病毒也是一樣。

隨著大流行已經一年,現在應該有很多變異株了吧,但為何只有聽過英國、南非與巴西這幾株變異株呢?它們之所以有名,是因為感染能力特別強,傳播速度特別快,所以數量持續增加。那究竟是哪些變異使它們的感染力變強呢?病毒感染人類的時候需要很多工具,也就是病毒蛋白的協助,而最常提到的就是S蛋白,S蛋白像是一把鑰匙,用來打開人類細胞的大門。這些變異株的鑰匙做得特別好,所以病毒可輕易地進入人體,也就是剛提到的感染力特別強。不過,這些變異株不僅僅只有S蛋白有變異,它們在其他蛋白(也就是其他工具)上也有變異,所以會有其他的特性,例如:有些變異株致死力高,更容易造成患者死亡。

現有的疫苗對於變異株究竟有沒有效果?為什麼科學界會有這樣的擔憂呢?
在研發疫苗時,絕大部分是針對先前提到的鑰匙—S蛋白,如果我們可以在體內誘發抗體的產生,抗體就會黏上S蛋白,就好比鑰匙上面黏了一大塊東西,無法插入鑰匙孔,如此一來,病毒就無法進入細胞,無法感染;所以,S蛋白是一個很好的標的。當病毒變異株?在S蛋白產生變異時,會導致S蛋白的形狀改變,而體內疫苗誘發出的抗體,變得認不太出S蛋白,導致有些抗體能黏得上去,有些抗體黏不上去,病毒可利用那些沒有被黏到的S蛋白,進到細胞裡面,造成感染。所以,這些S蛋白有變異的病毒一出來的時候,科學家都很害怕疫苗對他們效果不好。

現有哪些科學證據檢驗這些疫苗的效果呢?
驗證疫苗效果的方法有二大類,第一大類是臨床研究,也就是直接在「人」身上看疫苗效果,像是新疫苗的三期臨床試驗,或者是上市之後,再去追蹤疫苗在真實世界的效果;第二大類是在實驗室裡面測試疫苗效果,可以用動物、或者在試管裡,測試抗體殺病毒的能力。第一大類因為要在人身上做驗證,情況比較複雜,不好掌控,需要觀察幾個月或好幾年才能得到可信的結果,第二大類因為是在實驗室裡進行,情況比較單純,科學家可以掌控絕大部分的狀況,所以幾天或幾週就會有結果。

第二大類驗證疫苗效果相對較快,並分成二種方法:第一種為動物實驗,就是在動物身上看疫苗效果,不用「人」做實驗;第二種則是在試管裡,加入人類的抗體和變異的S蛋白,觀察它們是否能黏在一起。第二大類的方法雖然很快,但是人體很複雜,要把試管或動物的結果套用到人身上,有時還是會不準確。

綜上所述,要知道疫苗對於變異株的效果,有二大類方法。第一大類是在「人」身上做實驗,需要比較長的時間,但是結果很可信;第二大類是在試管裡或動物身上做實驗,很快就有結果,但是結果不一定能套用到人的身上。

那這次科學界是如何檢驗疫苗對變異株的效果呢?當變異株出現時,科學家都很想馬上知道結果,所以就先在試管裡做實驗。實驗告訴我們,無論輝瑞還是莫德納(Moderna)的RNA疫苗,接種這些疫苗的人,他們產生的抗體都可以黏到這些變異的S蛋白上;但是,與沒有變異的S蛋白比起來,抗體黏到變異蛋白的能力就沒有那麼好。對於南非變異的S蛋白,莫德納疫苗產生的抗體,效果只有六分之一1,輝瑞疫苗產生的抗體效果也只剩下三分之一2。不過要強調的是,因為原本接種疫苗後抗體效果就很好,所以就算只剩下六分之一或三分之一,抗體還是有效果的。

變異株在臨床研究或真實世界的資料為何?
因為輝瑞或莫德納的臨床試驗都是在變異株出現前完成,所以目前這二家疫苗無變異株的臨床試驗資料。現在,只能等待真實世界的資料,觀察各國接種疫苗者能不能免於變異株的感染;而這些資料可能還要好幾個月才會出來。不過,牛津發展的阿斯特捷利康(Astra/Zeneca)腺病毒疫苗,近期的南非臨床實驗就碰到了變異病毒,臨床研究結果顯示,疫苗引發的抗體可以很有效地對抗一般病毒,但對於變異株效果就不太好,在防範中度或輕微感染的效果只有10%3

這是不是代表疫苗無效了?大家先不接種,等到新一代的疫苗出來再打呢?
專家建議最好還是要接種的二個理由是:一、疫苗的效果有分很多種,除了預防感染之外,還有預防重症與預防死亡;媒體大多著重在「預防感染」這個項目,不常強調疫苗可以預防重症和死亡,所以大眾可能都不熟悉,但這其實是非常重要的二個指標。而剛提到的南非疫苗臨床試驗,為什麼只分析「預防感染」這個項目?不是說「預防重症」和「死亡」是很重要的嗎?其實,該臨床試驗的確想觀察這二個項目,但是,因受試者都是身強力壯的年輕人,所以有接種疫苗與沒接種疫苗的二組,都沒有重症也沒有死亡,導致無資料可以分析。不過,還有其他臨床試驗顯示4,接種疫苗者雖然可能會感染變異株,但是症狀比較輕微,也比較不容易進展成重症,也不會死亡,所以,專家們建議不要等了,應盡速接種疫苗。

二、如果大家都接種疫苗,可減少及放慢病毒的傳播與複製,也就是說會產生比較少的變異株,機率上就不容易產生會讓疫苗完全沒效的變異株。但是如果大家都不接種,或者只有一些人接種,等於一直給病毒練功的機會,使它一直產生變異株,總有一天,它會練功練出一株能完全對抗疫苗的變異株。

Alpha與Delta變異株
今(2021)年6月,Lancet期刊上有一篇專門探討疫苗對英國與印度變異株效果的臨床研究。英國與印度變異株現正名為alpha跟delta變異株。蘇格蘭的觀察性研究發現,delta變異株比alpha異株的毒力更強。感染delta變異株者,住院機率會比感染alpha變異株者高出85%。所幸,疫苗還是有效的。接種第一針28天後,住院風險會顯著下降。可惜該篇研究沒有細分是AZ或輝瑞,總體來看,只要有接種疫苗就可以預防重症住院,對於alpha變異株可以下降72%,對於delta變異株可以下降62%。讀者可能會覺得疫苗對於alpha變異株效果較好,對於delta變異株效果較差,畢竟一個下降72%,一個下降62%,有10%的差距,直觀來說就是有差別;但是,臨床研究不能這樣直接比較,是需經過統計分析才能知曉。因此,統計學家分析結果顯示,二者是沒有差別的。也就是疫苗對於alpha或delta變異株,都一樣有效果。

第二個研究為英格蘭的觀察性研究,該研究顯示不管是AZ或輝瑞,對於alpha或delta變異株都有非常好的「預防重症與預防住院」效果。大致來說,只要接種第1劑就會有70~80%的效果,第2劑則提升到80~90%。該研究個別分析AZ與輝瑞對於alpha變異株的效果結果顯示,接種第1劑的話,AZ有76%效果,輝瑞有83%,第2劑的話,分別會提升至86%與95%;對於delta變異株的效果,接種第1劑,AZ有71%效果,輝瑞有94%,第2劑分別可以提高至92%跟96%。總結來說,不管是哪種變異株,只要完成接種2劑的疫苗,效果都會很好,可以保護大家不會因重症住院。

為何不同研究的住院下降率數據不同?
須考慮二個因素:1. 不同的研究對於疫苗效果的定義不同;2. 情境不一樣,所以不同的研究其實不能互相比較。先說明第一個因素,疫苗效果的定義有很多種,有的研究看「所有感染」會減少多少,包括有症狀和無症狀患者減少多少。有的研究則單看「有症狀感染」可以減少多少,不看無症狀感染減少的數目。也有研究只看重症、住院、或者死亡人數會減少多少。所以,在A研究裡所說的疫苗效果,可能是指疫苗可以減少多少感染,但是在B研究裡說的疫苗效果,可能是指減少多少死亡。所以簡單說,比較二個不一樣的東西是不合理的事情。

第二個因素是,不同研究是不建議拿來互相比較,因為裡面的族群及狀況通常不一樣。舉例來說,一般認為考試分數愈高就愈好,直覺認為考90分就是比80分好;但是小學的數學測驗拿90分,與高等微積分拿80分,應該是高等微積分拿80分的比較厲害吧?因為考題不同,所以不能直接比較分數。同理,研究族群不同,也不能把百分比直接拿來相比。不能說輝瑞在以前研究有90%效果,現在輝瑞在變異株研究裡效果只有80%,就直接說90%變80%,所以疫苗對於變異株效果比較不好。再者,A研究的輝瑞疫苗效果和B研究的AZ疫苗效果也不能直接相比;要回答疫苗對於變異株的效果為何,就需要在同一項研究中觀察。同理,要回答哪種疫苗比較有效,也必須在同一項研究中觀察。

為何疫苗覆蓋率很高的國家的delta變異株案例還是持續增加?
剛剛提到的效果都是指「預防重症」或是「預防死亡」。如果看「預防感染」這項,疫苗效果的確不是很理想,也就是說,接種完二劑疫苗,可能還是會感染,但症狀會比較輕微;這也是為什麼在疫苗覆蓋率很高的國家,delta變種的感染人數一直上升。但是接種疫苗還很重要,因為重症會減少很多,醫療體系不會崩潰,染病也不太會死亡,社會可以維持一定的活絡,不用完全封城。所以,疫苗在對抗delta變異株上,還是非常有用的策略。

盡早接種疫苗預防變異株感染的三大理由
有人覺得,既然現階段的疫苗預防變異株感染的效果不太好,那就等第二代的疫苗出來再打就好。這其實是非常危險的做法,理由為:

  1. 在等待第二代疫苗的同時,可能就被感染
  2. 疫苗研發需要時間,而且就算研發完成也是歐美國家優先接種,可能要等非常久
  3. 當第二代疫苗開始使用時,對抗第二代疫苗的變異株就會出現。等到終於可以施打第二代疫苗的時候,又會遇到一樣的問題,預防感染的效果又不好了,這樣一直無限迴圈,永遠都打不到疫苗。

所以,不需要等新的疫苗,不要觀望,有機會就快接種疫苗!

總結,目前這二篇臨床研究告訴我們,針對變異株只要接種二劑,不管你是接種AZ還是輝瑞,預防重症的效果都非常好。讀者不要互相比較不同研究,因為很可能會產出錯誤的結論,建議聽專家解析較安全。目前疫苗效果良好,變種病毒來勢洶洶,有接種疫苗的機會就快接種,不須要挑疫苗。接種疫苗,保護自己,也能保護家人。

參考文獻:

  1. Wu K, Werner AP, Koch M et al. Serum Neutralizing Activity Elicited by mRNA-1273 Vaccine. N Engl J Med
  2. Liu Y, Liu J, Xia H et al. Neutralizing Activity of BNT162b2-Elicited Serum. N Engl J Med
  3. Madhi SA, Baillie V, Cutland CL et al. Efficacy of the ChAdOx1 nCoV-19 Covid-19 Vaccine against the B.1.351 Variant. N Engl J Med
  4. Rubin R. COVID-19 Vaccines vs Variants-Determining How Much Immunity Is Enough. JAMA
  5. SARS-CoV-2 Delta VOC in Scotland: demographics, risk of hospital admission, and vaccine effectiveness. Lancet. 2021
  6. Effectiveness of COVID-19 vaccines against hospital admission with the Delta (B.1.617.2) variant. Preprint. Public Health England (PHE).

 

文:感染症與疫苗研究所郭書辰副研究員級主治醫師/圖:WHO Western Pacific

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