被怀疑了30年mRNA疫苗: 疫情该打不该打
【留美学子】第2030期
国际视角的精选文摘
教育·历史·人物·旅游·读书·财经
仰望星空，脚踏实地
导语
作者雷春老师一如既往的严谨和翔实的文字，再次为读者呈现了疫情里大家谈论的疫苗！
本期分享内容由六部分组成：
第一部分 免疫反应之一：海陆军短刃相接
第二部分 免疫反应之二：空军或航母作战
第三部分 抗原和抗体
第四部分 传统灭活疫苗
第五部分 新冠mRNA疫苗
第六部分 mRNA疫苗的功过
在美国感恩节的前夕，作者奉献此文，希望给读者带来启迪和参考借鉴！也是雷春老师送给读者最棒的感恩节礼物！
前言
人体的防御系统，是一个有条有理、精确细致的复杂体系。
如果拿司法和军队做比喻，对于少量的，对国家整体安全威胁不大的“不法分子”, 一些白细胞警察会自动将它们“逮捕”、“法办”。这相当于解决国家内部问题、甚至国际间谍组织的活动。免疫学称作先天免疫 Innate immunity。
以上这些长相不同的白细胞，是身体的第一道安全防线。
但是，如果边防哨所的巡逻兵或者散布各地的特工人员（抗体），发现了敌人（抗原），入侵国家边境或者企图制造恐怖袭击时，会上报“军事领导”，组织“擒拿”、“防御”或“反攻”。这种防御机制，根据事态的严重性，需要调集不同的军事、政治力量。免疫学称作后天免疫 adaptive immunity。
疫苗是帮助身体建立adaptive immunity的一个途径。其中，B细胞和T细胞是两大不同但又互作的防御力量，如果说B细胞是冲锋陷阵的海陆军官兵，T细胞可以说成是高级指挥、国家安全部、国防部，以及具有大规模杀伤力的“空军”甚至“航母”；B细胞具有快速反应能力，T细胞面向全局。
第一部分
免疫反应之一 ：海陆军短刃相接
体液免疫 Humoral Immunity
这个图显示：由B细胞演化来的浆细胞大量产生抗体的过程。
B细胞表面的抗体对病源的识别，相当于边防哨所的官兵捕抓了间谍或小股敌军。经过严密审讯，敌军的信息被写成报告（抗源和MHC分子结合），报给有军事指挥权的上级（T细胞 a mature matching T-cell）。
军事长官（T细胞）认定敌军的意图后，（通过细胞因子cytokines）下达指令，增加识别这种敌人的边防部队（大量增殖对这种抗源有特异性的B细胞），其中的武装部队（浆细胞plasma cell）对所有发现的敌军展开进攻（释放抗体），力图在敌人还没站住脚的时候，一举将其消灭。同时，设置专门应对这类敌人的机构（记忆B细胞Memory B Cell）。
这个图显示：B细胞会演变成两类：记忆B细胞和浆细胞。记忆B细胞对病源的再次入侵会有极快的反应，产生大量的抗体，迅速铲除病源。
第二部分
免疫反应之二：空军或航母作战
细胞免疫 Cell Mediated Immunity
这个图显示：T细胞演化成杀手T细胞（Killer T Cell）又称细胞毒性T细胞（cytotoxic T cell）的过程。
当敌人已经突破第一道海陆军防线，集结于境内（侵入细胞）后，炮兵坦克军（巨噬细胞macrophage）开始围攻被敌军占领的地区（被感染的细胞），在消灭并抓捕到其司令头子后，向国防部（记忆T细胞Memory T Cell）呈递战略部署文件（抗源-MHC与记忆T细胞受体结合），同时，也向国家安全部 (辅助 T细胞Helper T Cell) 提供信息（抗源-MHC与辅助T细胞受体结合）。
国家安全部 (辅助T细胞)发信息（细胞因子Cytokines）给国防部（记忆T细胞），确定敌人的规模（大量被感染的细胞）后，集结空军（增殖T细胞），根据地标（感染细胞表面的抗源标记），通过轰炸机投放毒气弹（杀手T细胞释放细胞因子），歼灭整个阵营的敌人（杀死被感染的细胞）。同时，国防部（记忆T细胞）对敌人备案，时刻监控，一旦再度入侵，会迅速出击，消灭敌人于初期。
第三部分
抗原和抗体
Antigen and Antibody
这个图显示：抗原和抗体是一把钥匙开一把锁的关系，有精准的特异性。
这个图显示抗体的三种作用：
1. 中和作用，抗体阻止病毒或者毒性蛋白与受体细胞结合；
2. 协助吞噬作用，病源菌或病毒，因抗体的附着而被识别并吞噬；
3. 补体系统作用，抗体的附着直接导致病原表面形成孔洞而解体。
这个图显示：巨噬细胞不仅吞入病菌或者受病毒感染的细胞，还会帮助免疫细胞识别这些入侵者。
第四部分
传统灭活疫苗
传统的灭活疫苗，以流感RNA病毒为例，是经过在受精的鸡蛋胚胎中生长、分离后，在一定的温度作用下导致其失去活性，再注入人体的。人体的免疫系统，识别表面蛋白，对它产生免疫反应，制造浆细胞和记忆B细胞。
因为流感RNA变异很快，每年流行的病毒表面蛋白的结构都有变化，必须每年都预测后重组疫苗。包括的病毒种类越多，有效性越好，目前有四价疫苗。这种传统疫苗生产的周期比较长，对鸡蛋过敏的人不适合打。
病毒再次侵袭时，记忆B细胞会迅速繁殖特异的浆细胞、产生大量抗体。
第五部分
新冠mRNA疫苗
这个图显示：新冠病毒表面的突起蛋白(Spike Protein)，简称S蛋白，是诱发免疫反应的主要因素。这种蛋白还有不同的亚基（subunit）。
制造mRNA疫苗的公司：
首先，要根据S蛋白的立体空间结构及序列的保守性设计最佳抗原；
其次，要设计5’ Cap端的非蛋白翻译序列，保证其在细胞中的高产性及分子的稳定性；
第三，要设计出最佳的多A尾巴（Poly A Tail）的长度，使得人工合成的mRNA分子在细胞中有较长的不被降解的时间，达到大量产生S蛋白，诱发免疫反应的目的。
这个图显示：裸露的mRNA很容易被空气中、水中无处不在的RNA酶降解，几乎不可能直接注射后到达细胞内部，翻译蛋白。它需要保护和载体。mRNA疫苗是利用纳米脂质的包装来避免被RNA酶降解的。脂质作为载体，起着保护和运输两个作用。
这个图显示：脂质包装的mRNA与细胞膜融合后进入细胞，并利用细胞的蛋白合成系统生产S蛋白。
这个图显示：细胞分泌的游离于体液的S蛋白会诱导B细胞产生抗体，并产生记忆B细胞。图中没有显示的情况还有，细胞膜表面的S蛋白，会诱发T细胞的免疫反应，产生记忆T细胞，为杀死被病毒入侵的细胞做准备。
大部分mRNA在人体细胞里的寿命只有几分钟，这是高等生物的基因调控机制的一部分。因此，相当长的时间里，几乎没有人认为mRNA可以制作成疫苗。
经过三十多年科学家们的不断努力，mRNA疫苗的关键技术有了突破：
1.设计合成的mRNA的稳定性相对较好，不容易被降解失活；
2.融合进入细胞后，其寿命和翻译蛋白的活性延长至几天；
3. 包装mRNA的脂质（lipid）是正电纳米粒子，不仅稳定性好，可以保护负电的mRNA，还可以和双层负电磷酸酯（phosphate lipid bilayer）细胞膜亲和，帮助mRNA输入细胞。
纳米脂质如果过大，不容易降解，对细胞会有毒性；如果过小，对mRNA的保护性、以及与细胞膜的融合性都会差。Pfizer和Maderna两家公司在这方面的技术会有一些差异。
Pfizer的疫苗稳定性差，需要零下负70摄氏度的低温保存，而Moderna可以在零下20摄氏度保存6个月。其差异很可能是脂质大小不同。Pfizer虽然稳定性差，但因为脂质较小、降解快，副作用也就相对轻一点。
这个图显示：第二次注射疫苗会大大增加记忆细胞的数量，为抗体的产生和杀手细胞的形成提供条件，达到防病毒侵害的目的。
Pfizer的mRNA疫苗图示。
AstraZeneca的腺病毒载体新冠疫苗图示。
AstraZeneca公司的腺病毒作为载体的新冠疫苗也在临床实验中取得了很大成功。其激活免疫系统的机制和mRNA疫苗类似，需要其转入细胞的遗传物质DNA转录翻译成蛋白，并被分泌到细胞表面和细胞外后才能诱导记忆T细胞、记忆B细胞以及抗体的产生。腺病毒新冠疫苗的优点是可以常温保存，便于运输。
第六部分
mRNA疫苗的功过
从理论上说，mRNA的作用有以下几种考虑：
1. 脂质的毒性。这些人工合成的脂质，作为载体，将侵入细胞。注射部位的细胞种类不同，对这种脂质的反应也就不同。脂质颗粒越大，毒性越大，降解也越慢。目前看到的两家公司的临床结果，副作用时间不长，都在可以耐受范围内。
2. mRNA的序列和翻译的蛋白也可能造成某种反应。有篇文章中提到通过加入RNA复制酶系列来延长蛋白质产出时间。这解释了一般只能存在几分钟的mRNA，如何在几天后还能翻译生产蛋白。这种酶不是人体本身有的，是否会被人体免疫系统识别，造成没有预料到的反应，还需要观察。
3. mRNA疫苗没有逆转录酶的序列，侵入人体细胞的基因组的可能性为零。这是优于有逆转录酶的RNA病毒载体，以及DNA载体疫苗的地方。
4. mRNA疫苗保存和运输所需的低温，如果没有严格执行，不知会造成什么样的毒副作用；或者打了无效，也会是负面的因素。
5. ADE（Antibody-dependent enhancement）抗体依赖的增强作用是“非中和性抗体”附着病毒后吸引巨噬细胞吞噬，但又不导致其降解，反而在细胞内复制，造成更大感染性的副作用。今年5月发表在自然杂志上的文章，综述了疫苗和抗体的ADE致病机理。二期和三期临床会对ADE进行深入观察和研究，疫苗公司在这方面应该不敢马虎。目前出结果的三家公司（Pfizer、Moderna和AstraZeneca）还没有病例。
这张图的RBD部分是S蛋白的免疫识别位点，也是mRNA疫苗的序列设计部分。相对整个病毒或者完整的S蛋白，这是亚基subunit的序列，不容易诱发非中和性抗体。
结束语
mRNA疫苗是一个全新的疫苗，在过去的三十多年间，从科学研究角度，有了极大的发展。这次新冠的肆虐，给了它大展身手的机会，但也给人们心理带来不小的挑战。是否相信它的安全性、可靠性和有效性，成了民众关切的话题。
我这篇科普文章的目的不是给你一个确切的答案，而是希望大家根据科学知识来为自己的健康做决定。即使在医学界，也有赞同和反对的声音。
我先生作为医生，接触到无症状有感染性的新冠病人的机会较高，他会义无反顾地接受第一批疫苗。我作为全职高中老师，在过去的几个月，已经和新冠学生擦肩而过了几次，心有余悸，如果有疫苗可以接种，我不会错过时机。
希望大家都安全度过这个难关，曙光在前。
祝福感恩节快乐！
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3597572/#!po=0.510204
https://www.nature.com/articles/nrd.2017.243
https://www.nature.com/articles/s41541-020-0159-8
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Humoral_immunity
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Cell-mediated_immunity
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Antigen
https://openstax.org/books/concepts-biology/pages/17-3-adaptive-immunity#fig-ch17_03_04
https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/vaccines/different-vaccines/how-they-work.html?CDC_AA_refVal=https%3A%2F%2Fwww.cdc.gov%2Fcoronavirus%2F2019-ncov%2Fvaccines%2Fabout-vaccines%2Fhow-they-work.html
https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/vaccines/different-vaccines/mRNA.html
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)31237-X
https://www.pei.de/SharedDocs/Downloads/EN/newsroom-en/dossiers/ppt-erste-studie-sars-cov-2-impfstoff-en.pdf?__blob=publicationFile&v=7
https://pfe-pfizercom-d8-prod.s3.amazonaws.com/PFIZER-MRNA_Vaccine-COVID_Infographic_final_square.png
https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/nejmoa2022483 (Moderna Clinical trial result)
https://www.modernatx.com/modernas-work-potential-vaccine-against-covid-19
https://www.astrazeneca.com/media-centre/press-releases/2020/azd1222hlr.html
https://www.statnews.com/2020/11/10/the-story-of-mrna-how-a-once-dismissed-idea-became-a-leading-technology-in-the-covid-vaccine-race/
https://www.cnbc.com/2020/11/23/covid-vaccine-cdc-should-warn-people-the-side-effects-from-shots-wont-be-walk-in-the-park-.html
https://www.nature.com/articles/s41564-020-00789-5.pdf
https://www.pfizer.com/news/hot-topics/covid_19_vaccine_u_s_distribution_fact_sheet
作者雷春
写于2020年感恩节前夕
雷春其他作品链接
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
【留美学子】已发2029期
国际视角的精选文摘
脚踏实地·坚守6年公益分享
公众号：留美学子
投稿/联系：studyusa88@yahoo.com
喜欢就点个好看吧