次單位疫苗(高端 & Novavax)和 mRNA 疫苗的差異

之前看到網路上在吵高端和 Moderna 到底一不一樣，基本上以疫苗型態來講，是不一樣的，因為一個是 mRNA，一個是蛋白質。不過，為什麼有人說高端是把 Moderna 的東西搬過來呢？這裡要先瞭解一下生物最基本的 central dogma。生科的應該都學過 central dogma，就是一個基因序列 (DNA) 要先轉成 mRNA (transcription)，再轉譯成蛋白質 (translation)。



然後，再來說一下高端和 Moderna 疫苗相同和不同地方：

1. 相同：Spike cDNA sequence（因為一個是 DNA，一個是 mRNA，所以我用 cDNA 來表示他們序列是相同的。）根據高端第一期臨床報告內寫的，他用來表現的 Spike 基因序列是根據 Moderna mRNA 的序列 [1]，Moderna 的 Spike mRNA 序列是把兩個氨基酸突變，讓它更穩定 [2]，蛋白結構是根據德州大學 Wrapp et al 第一個發表 Spike cryo-EM 的那篇 [3]。不過雖然 Spike 的 cDNA 序列是一樣的，但不能說技術是相同的。



2. 不同：一個是 mRNA 直接打入人體內，一個是把 cDNA 放進 expression vector，然後在動物細胞裡表現 Spike 蛋白之後，把 Spike 蛋白純化出來後，再打進人體。所以，基本上是不同的技術。另外，兩者的佐劑也不同。



那效果會不會一樣呢？很難講，因為有很多變因。

「理論上」抗原（也就是 Spike）應該會是一樣的（不看 post-translational modification，然後也都 folding properly 的話），因為都是在動物細胞裡表現，只是一個是人類細胞，一個是倉鼠細胞(CHO cells)，不過雖然在細胞裡表現出來是一樣的，但純化的過程中有可能會改變蛋白質的 conformation。另外的變因就是疫苗的佐劑，不同的佐劑引起的免疫反應也會不同，然後就是 mRNA 和蛋白質引起的免疫反應也會有差，所以就算是從相同的 DNA 序列做出來的不同種的疫苗，效果也不見得會相同。

另外，最近 Novavax 的三期臨床結果出來了，效果非常的好，讓有些人認為同是次單位疫苗的高端會不會效果也這麼好。我個人是覺得 Novavax 的效果會這麼好，是因為它的佐劑會讓 Spike protein 黏在一起變得像 virus-like particle (VLP)，整體結構更像病毒，高端是不是這樣就不知道了。





References:

[1] S Hsieh et al, First-in-Human Trial of a Recombinant Stabilized Prefusion SARS-CoV-2 Spike Protein Vaccine with Adjuvant of Aluminum Hydroxide and CpG 1018. medRxiv (2021)

高端的 phase I 報告裡寫它用的設計是依據這個："S-2P protein is a recombinant version of the S protein developed by the laboratory of Dr. Barney S. Graham (Vaccine Research Center, National Institute of Allergy and Infectious Diseases[NIAID], U.S.A.), and is a stabilized prefusion S ectodomain, encoding residues 1-1208 of SARS-CoV-2 spike protein with two proline substitutions at residues 986 and 987, a “GSAS” substitution at residues 682–685 to abolish the furin cleavage site, and a T4 fibritin trimerization motif at the C-terminus."

[2] KS Corbett et al, SARS-CoV-2 mRNA vaccine design enabled by prototype pathogen preparedness. Nature (2020)

Moderna mRNA publication: "Within 24 h of the release of genomic sequences of SARS-CoV-2 isolates on 10 January 2020, the 2P mutations were substituted into S protein residues 986 and 987 to produce prefusion-stabilized SARS-CoV-2 S(2P) protein for structural analysis and serological assay development in silico, without additional experimental validation. Within 5 days of the release of the sequence, current good manufacturing practice (cGMP) production of mRNA–LNP encoding the SARS-CoV-2 S(2P) as a transmembrane-anchored protein with the native furin cleavage site (mRNA-1273) was initiated in parallel with preclinical evaluation."

[3] Wrapp et al, Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation. Science (2020)

相關文章：近期和新冠病毒抗體相關的研究

AZ/mRNA 疫苗混打的研究整理(20210725 update)

疫苗混合施打似乎是種趨勢，加拿大也加入了，因為 AZ 的罕見血栓問題，National Advisory Committee on Immunization (NACI) 前兩週也建議第一劑施打 AZ 的第二劑可以改選 Pfizer 或 Moderna。因為 Moderna 不足，第一劑施打 Moderna 的第二劑也可以改打 Pfizer。

Science / Mixing COVID-19 vaccines appears to boost immune responses

[2020-06-17 更新] NACI 宣布第一劑施打 AZ 的人第二劑建議改成 mRNA 疫苗。

CBC News / Vaccine committee says provinces should give AstraZeneca recipients a different vaccine for second dose

"An mRNA vaccine is now preferred as the second dose for individuals who received a first dose of the AstraZeneca/COVISHIELD vaccine, based on emerging evidence of a potentially better immune response from this mixed vaccine schedule," NACI said in a statement released today. The "mixed vaccine schedule" refers to the practice of using different products for the first and second doses.

Summary of National Advisory Committee on Immunization statement of June 17, 2021

For second doses, NACI recommends that:
An mRNA vaccine is now preferred as the second dose for individuals who received a first dose of the AstraZeneca/COVISHIELD vaccine, based on emerging evidence of a potentially better immune response from this mixed vaccine schedule and to mitigate the potential risk of VITT associated with viral vector vaccines.

Second doses: What you need to know
- Emerging evidence from studies in Germany suggests a potentially better immune response, including against variants of concern, when a first dose of the AstraZeneca vaccine is followed by a second dose of the Pfizer-BioNTech mRNA vaccine, compared to two doses of the AstraZeneca vaccine.
- Evidence continues to suggest a first dose of the AstraZeneca vaccine followed by a second dose of the Pfizer-BioNTech mRNA vaccine has a good safety profile. As such, NACI recommends that an mRNA COVID-19 vaccine is now preferred as the second dose for individuals who received a first dose of the AstraZeneca/COVISHIELD vaccine.
- Receiving an mRNA vaccine as a second dose also mitigates the rare risk of VITT that is associated with viral vector vaccines. The rate of VITT after the second dose of the AstraZeneca/COVISHIELD vaccine appears to be lower than with the first dose but has increased over time, with current estimates of approximately 1 per 600,000 people vaccinated.
- Individuals should consider talking to a health care professional to help understand the best option for their situation.

目前有四個臨床實驗報告，分別是英國、西班牙和德國的三個。

英國：AZ & BNT (Com-COV, Phase II)
RH Shaw et al, Heterologous prime-boost COVID-19 vaccination: initial reactogenicity data. Lancet (2021)

X Liu et al, Safety and Immunogenicity Report from the Com-COV Study – a Single-Blind Randomised Non-Inferiority Trial Comparing Heterologous And Homologous Prime-Boost Schedules with An Adenoviral Vectored and mRNA COVID-19 Vaccine. SSRN (2021)

時間：Feb 21-26, 2021

Participants: 50-69 years, total 830 participants



Combination (prime - boost):
1. AZ - AZ (10%)
2. AZ - BNT (34%)
3. BNT - BNT (21%)
4. BNT - AZ (41%)
(): 第二劑後的發燒比例

Interval: 28-day (4-week, 463 participants), 84-day (12-week, 367 participants)

疫苗反應(reactogenicity)：AZ - BNT 的在第二劑後的反應，包括發燒、頭痛、肌肉痠痛、疲倦等等，比兩劑都是 AZ 的比例高，BNT - AZ 的則是第二劑後的反應比兩劑都是 BNT 的比例高。沒有比較間隔四週和十二週的差別，間隔十二週的有疫苗反應的比例是否比間隔四週的低？

免疫反應(immunogenicity)：以抗 Spike IgG 的抗體量來說，第一劑施打的兩週後，BNT 是 AZ 的 6.5 倍（GMC 843 & 129 ELU/ml, respectively)：四週後，BNT 是 AZ 的三倍左右（GMC 1597 & 555 ELU/ml, respectively）。免疫細胞反應的話，則是 AZ 比較高，第一劑兩週後 AZ 是 BNT 的 4.6 倍(160 vs. 35 SFC/10^6 PBMCs)，四週後 AZ 則是 BNT 的 3.4 倍(54 vs. 16)，不過跟兩週後的反應相比，兩者都下降了不少。

第二劑施打的 28 天後，測到的 anti-Spike IgG 抗體量 AZ/BNT 是 AZ/AZ 的 9.2 倍（GMC 12,906 ELU/ml & 1,392 ELU/ml, respectively)，BNT/AZ 則只有 BNT/BNT 的一半左右（GMC 7,133 ELU/ml & 14,080 ELU/ml, respectively)。AZ/BNT 則和兩劑都是 BNT 的差不多。中和抗體量的話，AZ/BNT 則是 AZ/AZ 的 8.5 倍。他們也測了免疫 T cells 的反應，AZ/BNT (185 SFC/10^6 PBMCs)的最高，是 AZ/AZ (50 SFC) 的三倍多，BNT/BNT (80 SFC) 和 BNT/AZ (99 SFC) 的兩倍左右。

註：SFC/10^6 PBMCs = spot forming cells (SFC) per 10^6 peripheral blood mononuclear cells (PBMCs)

西班牙：AZ & BNT (CombiVacS, Phase II)
AM Borobia et al, Immunogenicity and reactogenicity of BNT162b2 booster in ChAdOx1-S-primed participants (CombiVacS): a multicentre, open-label, randomised, controlled, phase 2 trial. Lancet (2021)

時間：April 24 -30, 2021
Participants: 18-60 years, 663 participants (448 BNT, 225 no vaccine)
Combination:
1. AZ (prime) - BNT (boost)
2. AZ (prime) only

Interval: 8-9 weeks (273 participants, 61%), 10-12 weeks (176 participants, 39%)

疫苗反應(reactogenicity)：對疫苗反應的比例，輕微的有 68%，中度的有 30%，其中打針部位疼痛的有 88%，頭痛的有 44%，肌肉酸痛的有 43%，發燒的只有 2.5%，沒有觀察到有嚴重副作用，觀察時間為第二劑施打後十四天內。

免疫反應(immunogenicity)：第二劑施打十四天內便觀察到強烈的免疫反應，所以人兩週後都可檢測到中和抗體，比控制組多 45 倍，並且也有強烈的 T cell 反應。但要注意的是控制組是沒施打第二劑的，而不是兩劑都施打 AZ 或 BNT 的。

德國 #1：AZ & BNT (COVIM, Phase 2/3)
D Hillus et al, Safety, reactogenicity, and immunogenicity of homologous and heterologous prime-boost immunisation with ChAdOx1-nCoV19 and BNT162b2: a prospective cohort study. medRxiv (2021)

時間：Dec 27, 2020 - May 21, 2021

Participants: 29-51 years, 340 healthcare workers

Combination & Interval:
1. BNT (prime) - BNT (boost): 3 weeks
2. AZ (prime) - BNT (boost): 10-12 weeks



疫苗反應(reactogenicity)：對疫苗的反應比較嚴重情況大多是在第一劑 AZ 施打後和兩劑都是 BNT 的第二劑 BNT，包括發燒、疲憊、頭痛和肌肉酸痛等等，AZ/BNT 在第二季後的反應稍微低一點。

AZ (prime, 86%) - BNT (boost, 51.5%)
BNT (prime, 39%) - BNT (boost, 65%)
(): 第一劑或第二劑後的副作用比例

免疫反應(immunogenicity)：打了第二劑的三週後，兩組的 anti-Spike IgG 抗體量差不多，中和抗體量也差不多，但是 AZ/BNT 那組的 T cell 反應比較高。

由以上知道，AZ/BNT 兩者間隔 10-12 週是可行的，疫苗的副作用在可以忍受的範圍，沒有觀察到嚴重副作用，而且免疫反應很好。限制就是沒跟 AZ/AZ 比較，不知道疫苗副作用和疫苗反應是否比較大，另外就是這個臨床試驗的參與者年紀都在六十歲以下，不知道六十歲以上是否可行，不過這個年齡層的研究英國有做。

德國 #2：AZ & BNT
R Groß et al, Heterologous ChAdOx1 nCoV-19 and BNT162b2 prime-boost vaccination elicits potent neutralizing antibody responses and T cell reactivity. medRxiv (2021)

時間：not mentioned
Participants: 26, aged 25-46

Combination & Interval: 8 weeks (56 days)（都是 AZ/BNT，沒有對照組。）

疫苗反應(reactogenicity)：大部分人多是第一劑 AZ (prime)後比較大，第二劑 BNT (boost)後比較小。88% 的人表示在第一劑 AZ 後有輕微到中度副作用，以頭痛、畏寒、發燒和疲憊居多。81% 的人表示在第二劑 BNT 後有輕微到中度副作用，主要是疲憊和一點肌肉酸痛。兩劑後都有的副作用是施打部位疼痛，分別為 92% (AZ) 和 85% (BNT)。相較之下，間隔四週的疫苗反應比較大，相隔八週和十二週的都還好。

免疫反應(immunogenicity)：有六成的人在第一劑的兩週後就可測到抗體，IgG 在一個月到達到高峰。在第二劑的 BNT 施打一週後，所有人都可測到 IgG，九成的人可測到 IgA，但是在兩週後所有人都可測到 IgG 和 IgA，抗體量也在第二劑一週到兩週後增加了一百到八千倍，是兩劑都打 BNT 的八倍。所有人在第二劑的兩週後也都有中和抗體，對抗 VOC (variant of concern) B.1.1.7 (alpha, 英國株)的抗體是兩劑都打 BNT 的近四倍，對抗 VOC B1.351 (beta, 南非株)和 B.1.617 (delta, 印度株)的效力也比較好。另外，AZ/BNT 引起的 T cell 反應在第二劑的兩週後也很好。不過，文章裡面並沒有兩劑都是 BNT 對照組的資料，例如人數和年齡層等等，不知道是怎麼比出來的。

德國 #3：AZ & BNT/Moderna (not clinical trial, recruited from real world)
T Schmidt et al, Immunogenicity and reactogenicity of heterologous ChAdOx1 nCoV-19/mRNA vaccination. Nature Medicine (2021)

時間：Jan - April, 2021
Participants: 250 (mostly Saarland University Medical Center employee)

1. AZ (prime) - AZ (boost): 55, aged (mean) 48.6
2. AZ (prime) - BNT or Moderna (boost): 97, aged (mean) 40.7
3. homologous BNT/Moderna (prime) - BNT/Moderna (boost): 64, aged (mean) 44.5

註：在今年三月德國宣佈暫時停止施打 AZ 疫苗後，六十歲以上的被建議第二劑還是打 AZ，六十歲以下的則是建議換打 mRNA 疫苗，不過要選第二劑還是打 AZ 也是可以的，因此兩劑都打 AZ 的那組年齡層會比較高。

Combination & Interval:
1. AZ (prime) - AZ (boost): 10.8 weeks
2. AZ (prime) - BNT or Moderna (boost): 11.2 weeks
3. homologous BNT/Moderna (prime) - BNT/Moderna (boost): 4.3 weeks

疫苗反應(reactogenicity)：大部分都出現在施打後一週內，不管第一劑還是第二劑，都有施打部位疼痛的現象。以第一劑來講，AZ 疫苗引起的反意比較大，包括發燒、畏寒、頭痛和疲憊等等。第二劑的話，AZ 產生不適感的比例少很多，mRNA 疫苗的話則不管第一劑是打 AZ 還是 mRNA 疫苗，兩者的不適感都差不多，雖然比第二劑是 AZ 的還要大，但是比第一劑打 AZ 後的小很多，且在可以忍受的範圍內。雖然英國 Com-COV 的臨床試驗中，混打的不適反應比兩者打一樣的嚴重很多，不過可能是因為英國的兩劑只相隔四週，這個結果和德國的另一個報告(Groß et al, medRvix 2021)相符合。

免疫反應(immunogenicity)：所有人體內都有抗 Spike IgG 抗體，不過施打 AZ-mRNA 疫苗和兩劑 mRNA 疫苗的 IgG 比兩劑都 AZ 還要高十倍左右。中和抗體的話，AZ-mRNA 疫苗和兩劑都是 mRNA 疫苗用 sNT (surrogate neutralization test)測出來都有 100% 的抑制力(inhibitory activity)，兩劑都是 AZ 的比較低。另外，AZ-mRNA 疫苗和兩劑 mRNA 疫苗可以引起顯著的 CD4+ T (helper) cells 反應，比兩劑都是 AZ 的高很多。有趣的是 AZ-mRNA 疫苗引起最高的 CD8+ (killer) T cell 反應，不只比兩劑都是 AZ 的高很多，也比兩劑都是 mRNA 疫苗的還高。

新聞稿：idw / Medical study: Mix-and-match vaccines generate a particularly strong immune response

"This provides quite striking evidence that a double dose of the AstraZeneca vaccine is not able to mobilize the body’s immune responses as strongly as the other two vaccination regimens."

其實我覺得這也不算很意外，J&J 都可以只有一劑了，AZ 為什麼需要兩劑，而且 AZ 用的還是人類體內不會有的黑猩猩腺病毒？照理說效果應該要比 J&J 還要好，一個可能的原因就是 J&J 評估過後認為第二劑並沒有讓效果更好，所以就乾脆不要第二劑。如果是這樣的話，兩劑的 AZ 沒有比第一劑 AZ 第二劑 BNT 的效果好，也算是預料之內吧？

德國 #4：AZ & BNT (CoCo Study, Phase I/II)
J Barros-Martins et al, Immune responses against SARS-CoV-2 variants after heterologous and homologous ChAdOx1 nCoV-19/BNT162b2 vaccination. Nature Medicine (2021)

時間：Jan 2021 - ongoing
Participants: 1493 healthcare professionals (HCPs) from Hannover Medical School with potential contact to SARS-CoV-2, 19-64 yrs (mean = 38 yrs)

Combination & intervals:
1. AZ (prime) - BNT (boost): 2-3 months; 55 participants
2. AZ (prime) - AZ (boost): 2-3 months; 32 participants
3. BNT (prime) - BNT (boost): 21 days; 46 participants

疫苗反應(reactogenicity)：n/a

免疫反應(immunogenicity)：
1. AZ primed: anti-Spike IgG declined by 42%; anti-Spike IgA declined by 66% after 30 days; only 44%-53% individuals have detectable Spike-specific memory B cells; 施打兩到三週後，大多數人都有產生抗武漢株的中和抗體，但有產生抗英國株(alpha, B.1.1.7)、南非株(beta, B.1.135)和巴西株(gamma, P.1)的中和抗體的人卻不多，只有 19% (alpha), 5.7% (beta), 14% (gamma) 的人有產生中和抗體，而且中和抗體量也很低。
2. AZ/AZ: anti-Spike IgG increases 2.9-fold; Spike-specific memory B cells increases (~2.5-fold) in all individuals; 抗武漢株和英國株的中和抗體皆有增加，但抗南非株和巴西株的中和抗體沒什麼增加，也就是非常低。CD4+ (helper) 和 CD8+ (killer) T cells 皆有增加。 3. AZ/BNT: anti-Spike IgG increases 11.5-fold; Spike-specific memory B cells increases (~6.5-fold) in all individuals; 抗武漢株、英國株、南非株和巴西株的中和抗體皆大幅增加，但中和抗體量以抗武漢株的最高，再來是英國株，抗南非株和巴西株的較低。CD4+ (helper) 和 CD8+ (killer) T cells 皆有增加，而且比 AZ/AZ 組合高很多。

總結：不管在抗武漢株和 VOCs 的中和抗體，還是 T cells 免疫反應上，AZ/BNT 的效果都比 AZ/AZ 組好，而中和抗體量則和 BNT/BNT 的則差不多。

瑞典：AZ/Moderna (CoVacc)
J Normark et al, Heterologous ChAdOx1 nCoV-19 and mRNA-1273 Vaccination. NEJM (2021)

時間：March 2021 - ongoing
Participants: 88; plan to enroll up to 3000

Combination:
1. AZ/AZ: 37 participants; 28-62 yrs (mean = 46 yrs)
2. AZ/Moderna: 51 participants, 23-59 yrs (mean = 40 yrs)

Intervals: 9-12 weeks

疫苗反應(reactogenicity)：頭痛、畏寒和肌肉酸痛的情況在第二劑 Moderna 組的比例比較多，但嚴重程度兩組差不多。

免疫反應(immunogenicity)：
1. AZ/AZ: 第二劑施打七到十天後，anti-Spike & anti-RBD IgG 比施打當天高五倍，anti-Spike IgG 量則維持到施打後三十天後。中和抗體量則比施打當天高一倍，一個月後則比一週後高了 1.6-1.7 倍，但沒有可對抗南非株的中和抗體，和德國(#4)的結果一致。
2. AZ/Moderna: 第二季施打七到十天後，anti-Spike IgG 比施打當天高 115 倍，而且維持到施打後三十天後，anti-RBD 則比施打當天高 125 倍。中和抗體量則比施打當天高 20 倍，第二季施打七到十天後，一個月後則比一週後高了 1.6-1.7 倍，並且有抗南非株(B.1.135)的中和抗體。



（按圖可以放大）

CH 上關於新冠疫苗的討論 20210604

這篇只是簡單記錄一下昨天在 ClubHouse 上聽到的討論，前半段是討論 Nature Medicine 那篇論文 [1]，應該很多人都看過了，就不在這篇裡敘述（除非哪天心血來潮想寫一下）。



1.
台灣的 CDMO：台康、永昕產能 2000 L，之前有接洽過 AZ 看能不能代工，但似乎因為量產達不到而不了了之。要擴大量產需要大量資金，需要政府幫忙，like Samsung Biologics。

韓國的 CDMO：1,5000L bioreactor x 8~10

2.
瑞士的疫苗施打率很低，因為買不到，於是和 Moderna 合作，由瑞士公司 Lonza 生產以供內需，徵召碩博士生去做疫苗，月薪七千瑞士法郎，為期三到六個月。

3.
有人問：聯亞有二期三期合併，高端感覺還要很久，為什麼現在都在討論高端，沒有在討論聯亞？

答：因為高端有股票上市吧哈哈 XD

4.
台灣的二期要多少人？當初有人在討論要一千人還是三千人，講一千人想的是還是要三期，擴大到三千人想的是二期過了就直接 EUA。三千人的來源是 FDA 的 safety guideline，TFDA 先設了這個 criteria 後高端和聯亞才把臨床設計做成第二期三千人。

5.
高端計畫在巴拉圭做 1:7 的三期臨床試驗。台灣的二期沒有真的雙盲，三期才有雙盲。二期預計六月解盲，但沒什麼好解盲的，一定是成功的，有抗體就是打疫苗，沒抗體就是打食鹽水，二期只看一點點 efficacy 沒那麼重要，三期看 efficacy 比較重要。

6.
台灣和後來才出來的新冠疫苗會越來越沒有做傳統三期的條件，因此 WHO 前兩天才開會討論 Nature Medicine 那篇 paper [1]，看能不能做 immunobridging，用中和抗體效價取代傳統三期。

7.
台灣好像有兩家公司做 mRNA，但是技術不夠。

8.
mRNA & adenoviral vaccine CQA (critical quality attribute) 應該沒有 biological potency assays，mRNA 所知的 guideline 是看 purity, identity, in vitro expression (WB)。Adenovirus 的話可能是 strain identity, TCID50 assay, qPCR，但是病毒的 batch-to-batch variability 很高，包括用於 gene therapy 的 AAV，不知道各廠是如何確定每個 batch 的品質是一致的。

9.
關於 Nature Medicine 那篇有些 limitations，例如每個疫苗檢測的方法都不一樣、不知道康復者的抗體是感染幾天後的，要怎麼知道康復者體內的哪幾株中和抗體(neutralizaing antibodies)是有保護力的等等。

註：那篇裡面分析的疫苗有 Moderna (mRNA-1273), Novavax (NVX-CoV2373), BioNtech/Pfizer (BNT162b2), Sputnik V (rAd26-S+rAd5-S), Oxfored/AZ (ChAdOx1 nCoV-19), J&J Janssen (Ad26.COV2.S) 和中國的科興疫苗 CoronaVac (inactivated)，中和抗體的分析結果和 Phase III 的差不多，兩支 mRNA 的表現最好，中和抗體也最多，科興的最差，中和抗體也最少。

相關文章：又一篇新冠病毒的小抗體研究

如果真的要做 immunobridging，要用哪些抗體當作 markers 或 reference，每隻疫苗產生的抗體都不太一樣，要怎麼確定有產生那幾株抗體就表示有保護力？如果某個疫苗沒產生那些抗體，就代表沒保護力嗎？之前有研究顯示，不只抗體有保護力，感染後產生的 T cells 也有保護力，這些要包括在內嗎？

相關文章：新冠病毒感染者體內 T 細胞的免疫反應

Moderna 在青少年的臨床試驗上，便是看免疫反應 [2, 3]，但那是因為是同一隻抗體，檢測的方法也是一致的。

10.
Regeneron mAb cocktail 只有兩株抗體 [4]，是從老鼠體內釣出來後再 humanized。



References:

1. DS Khoury et al, Neutralizing antibody levels are highly predictive of immune protection from symptomatic SARS-CoV-2 infection. Nature Medicine (2021)

2. Moderna Press Release / Moderna Announces TeenCOVE Study of its COVID-19 Vaccine in Adolescents Meets Primary Endpoint and Plans to Submit Data to Regulators in Early June (May 2021)

3. UMass Med News / Moderna’s TeenCOVE study of COVID-19 vaccine, with UMMS participants, meets primary endpoints (May 2021)

4. FDA / Coronavirus (COVID-19) Update: FDA Authorizes Monoclonal Antibodies for Treatment of COVID-19 (Nov 2020)

校正回歸才不是蓋牌！

這兩天在吵 #校正回歸，想到去年看 BC CDC 的圖時剛開始也沒看懂，在 VCH 當護士的朋友幫我解釋了一下。剛剛找了一下去年的資料，發現其實 CDC 花了不少功夫在分析(BC CDC COVID-19 Data)，去年三月到六月中幾乎每天都有一個報告。剛開始 symptom onset date 的圖和 date reported to PH 的是合在一起的(Figure 1)，後來分開了(Figure 2-4)。


Figure 1. 去年疫情剛開始時，三月的確診人數和感染人數是放在同一張圖，可以看到確診高峰期和感染高峰期差了兩個禮拜。

台灣過去一年因為確診數少，所以當日確診數有一個就報一個，沒有出現 delay 的問題。BC 省在疫情爆發剛開始也是這樣，每天只有一個確診數字，但沒多久後人數就暴增，症狀出現去檢驗，BC 疾管局檢驗陽性後再報給中央，這樣來來回回的 turnaround time 就要至少一天以上，今天檢驗出來確診的不見得是今天的人數，很可能是幾天前，甚至是一、兩個禮拜前的。之後人數太多就不用再報給中央，BC CDC 驗出來後就可以直接宣布確診。


Figure 2. 實施禁令後，感染人數和確診人數的變化，禁令實施後的結果約一個禮拜後才會看到。

BC CDC 後來把數字分成兩個，一個是當日確診數(Date report to public health)，就是當天回報給 public health (PH) 的確診人數，這個數字是不會變的，當天回報給 PH 的是多少就是多少。另一個是當日症狀出現的人數，也就是當日感染人數(Symptom onset date)，但這個人數會是幾天後的確診人數往回調的，例如 5/22 確診的人，可能是一個禮拜前 5/15 感染的，幾天後出現症狀去檢驗，5/22 檢驗結果確診，這個確診一人除了會加在當日確診數(date reported to PH)之外，還會往回加在 5/15 那天的 Symptom onset date 的人數，所以這個人數在兩週內可能會一直增加，都是之後往回推感染日期後加上去的。

相關文章：新冠病毒(SARS-CoV-2)的檢測 -- qPCR 和抗體

可以看到在去年三月中禁令開始後，感染人數開始下降，但確診人數上升，這個上升是幾天前的感染人數，禁令的效用在一週後才看見確診數下降(Figure 2)。確診人數的高峰期和感染人數的高峰期中間差了約兩個禮拜，感染人數不會立刻知道，都是之後的確診數回推後加上去的，這個 delay 目前觀察到大概都是一個禮拜左右，去年疫情開始暴增的時候大概會 delay 到兩個禮拜吧。台灣過去一年公佈的可能都是以當日感染人數為主，人數少到還可以有行動足跡，這邊人數多到根本不可能這樣，只能先公布當日確診人數，之後再回調感染人數，也就是校正回歸。


Figure 3. 擴大檢驗後確診數增加不少，但感染人數沒有。

How to interpret the epidemic curves: Figure 2 shows the date that a case’s illness started. Figure 3 shows the date the illness was confirmed and reported by the laboratory. There is a delay between the beginning of a person’s illness (symptom onset date) and the date the laboratory confirms and reports the illness (reported date). New cases only have a reported date available and appear on the right of the curve in Figure 3, but their symptom onset would have occurred prior. As information on symptom onset becomes available through public health investigation, cases are expected to appear on earlier dates in Figure 2.

禁令包括：
3/14 春假開始學校關閉
3/16 開始禁止五十人以上的聚會、禁止外國人入境、禁止有症狀者進入加拿大、限制國際班機。
3/17 BC 疾管局宣布緊急命令，所有入境者要自我隔離十四天。
3/18 BC 省政府宣布緊急命令，所有餐飲業者關閉。
3/20 宣布美加邊境關閉，禁止 non-essential travel。
3/21 禁止私人服務業務，包括沙龍和按摩(salons, spas)等等。


Figure 4. 去年五月的時候，開始擴大篩檢，有症狀都可以去檢驗，確診人數有增加，但感染人數持續下降。

疫情剛爆發的時候各項不足，人手不足，檢驗試劑不足，因此只有出現症狀和有接觸史的才驗，外國回來的就是自己在家隔離十四天。如果只是有感冒症狀，但沒有接觸史的，就是待在家到症狀結束，不要出門也不要去看家醫，不會有檢驗，如果有疑慮就打 811。如果症狀嚴重，例如高燒不退或是呼吸困難，就打 911 或是去急診。後來比較上軌道後，檢驗站也增加了後，才擴大到有感冒症狀就可以去檢驗。

BC 去年疫情爆發後三階段的實施措施：

Phase 1 – Public health measures enacted: March 14: Spring break started for most schools; March 16: Mass gatherings public health order implemented (>50 people), entry of foreign nationals banned, symptomatic individuals banned from flights to Canada, international flights restricted to four national airports; March 17: BC public health emergency declared, traveller self-isolation public health order implemented; March 18: Provincial state of emergency declared, food and drink service restrictions public health order implemented; March 20: US/Canada border closed to non-essential travel; March 21: closure of personal service establishments.

Phase 2 – Start of reopening: May 19: Restoration of health services, retail, hair salons, in-person counselling, restaurants, cafes, pubs, museums, libraries, office based worksites, sports, outdoor spaces, and child care. June 1: Students in K-12 return to school on a gradual and part-time basis.

Phase 3 – Continued reopening: June 24: essential travel within BC permitted with reopening of accommodation industry (hotels, motels, RV parks, cabins, etc.), overnight camping in BC parks, motion pictures and television production, and movie theatres.

又一篇新冠病毒的小抗體研究

這集的標題雖然是駱馬的小抗體(nanobodies)，但前半個小時是討論中國的 CoronaVac，同時他們也收到很多 email 詢問為什麼美國不也做 inactivated virus vaccine。



第一個用病毒做的疫苗是 Edward Jenner 的天花疫苗(smallpox, 1798)，為 inactivated Vaccinia virus。第二個 Pasteur 的狂犬病疫苗(rabies, 1885)，再來是黃熱症疫苗(yellow fever, 1935)和流感疫苗(influenza, 1936) [1]，流感疫苗剛開始是給軍方用，因為在第一次世界大戰時美軍人力因流感而有所損失 [2]。

至於為什麼美國不用病毒做新冠病毒的疫苗呢？他們解釋是美國已經研發其他種類的疫苗很久了，包括 mRNA 疫苗和 subunit 疫苗，所以可以直接拿來用，加上大藥廠已經砸很多錢在研發新型疫苗，因此拿來研發新冠病毒疫苗相對來講反而是比較簡單的。另一個可能原因是用病毒做疫苗需要用到 BSL3 的實驗室，不方便大量生產。

關於中國的 CoronaVac，他們提到 inactivated virus vaccine 通常是用 UV 或福馬林(formalin)去 inactivate viruses，但中國的這支疫苗是用 β-propiolactone (C3H4O2)，雖然它也被用來 inactivate viruses，不過它會和蛋白質反應，可能會改變蛋白結構，而且最近有幾篇研究顯示 β-propiolactone 會使 Spike 的 S1 脫離 [3, 4]，而可讓免疫系統產生中和抗體的 RBD 就在 S1，如果新冠病毒疫苗少惹 S1，那疫苗效用還剩多少？另外，如果要做 inactivated viruses，也會先評估用來 inactivate 的物質會不會改變病毒結構，是否每個 batch 的品質都穩定一致。之前的疫苗之所以用 inactivated viruses，是因為當時那個年代的技術就只能用 inactivated viruses，並不是因為它比較安全，如今的科技使疫苗不再局限於用 inactivated viruses。

相關文章：近期和新冠病毒抗體相關的研究

裡面還有一段對話滿好笑的(30:25)，CoronaVac 的臨床實驗是 Phase I/II 合在一起，通常是 Phase I 安全測試過了以後，換一批測試者做 Phase II。SinoVac 是一二期一起做，第一期只有七天，七天後如果沒出現問題就進入 Phase II [5]。然後其中一位就說，因為是用 inactivated viruses，如果真的有問題的話，七天後試驗者可能就掰掰了，既然七天後沒人死，就表示疫苗算是安全的。XD

(33:50) "... that the Chinese government enlisted army personnel for at least one of the phases for their trial and I thought we were critical of that for a while, but I think that's no longer a criticism."

".... yeah, we got a lot of pushback from people in China who said this is often done and it is often done, but they said it was licensed and it was actually a Phase II trial, so they should have just said it's a Phase III trial, right? instead of saying it was licensed for you."

"I think the issue there was is it okay to do that in troops, ..... I think I pointed out the U.S. can't exactly get on a moral high horse about what's been done."

還有一段莫名戳中我的笑點，是討論到 Phase III 是在中國、巴西和土耳其做的，最近還加了印尼。

(44:10) "I don't think they had enough cases in China to do the Phase III, right?"

"I think because at that point the pandemic was really under control such through lockdowns in China, they were actually having a hard time getting cases for their clinical trials, but uhh unfortunately, plenty of other countries had plenty of cases."

之後駱馬小抗體的部分是討論德國研究團隊於上個月發表在 Science 的研究。之前有提過駱馬除了正常的 IgG，還有一種只有 heavy chain 的抗體 HCAb，以及釣出小抗體的噬菌體展示(phage display)。

相關文章：Phage display 和小抗體製造

在這篇之前，德州大學(U Texas)也在去年發表過他們抗 SARS 的小抗體，他們是把 SARS Spike 打入駱馬體內，然後釣出小抗體，經過 cyro-EM 分析發現效果最好的小抗體 VHH-72 是把 Spike RBD 固定在某個 conformation，使它無法動。他們把這個小抗體測試在假新冠病毒上(pseudovirus)，發現它也可以抑制新冠病毒。

相關文章：從駱馬體內得到的新冠病毒小抗體

德國的這個研究則是把新冠病毒的 Spike RBD 和用福馬林去活性過的新冠病毒打入駱馬後釣出小抗體，然後測試這些小抗體的中和效用(neutralizing activity)，發現其中一株中和效果最強的小抗體 VHH E 的 IC50 可到 60 nM [6]。VHH E 和其他小抗體不太一樣，它的 CDR3 特別長，雖然和 ACE2 結合的點和之前發現的小抗體 CC12.3 和 H11-D4 相同，但方向不一樣。之前研究發現，Spike RBD trimer 通常處在一個 up & down conformation 平衡的一個狀態，較常發生的狀態是沒有或三個中只有一個 RBD 處於 up conformation。雖然三個 RBD 都為 up conformation 的狀態很少見，但只有 up conformation 才可以和 ACE2 結合，只是不知道需要幾個 RBD 為 up conformation。

他們用 cryo-EM 分析 VHH E 和 ACE2 結合的狀態，發現和 VHH E 結合的大多是三個 RBD 都為 up conformation，並且各和一個 VHH E 結合，顯示 VHH E 會把 RBD 固定在 3-up conformation，而且一旦結合，RBD 就無法變回 down conformation。不免俗的，也要試試把兩、三個 VHH 連在一起看看效果會不會更好，當然也是用常用的 (GGGS)3 linker，結果發現 IC50 可以降到 pM range (930 pM for VHH EE, 520 pM for VHH EEE)。這篇研究和其他不同的地方是他們還有測試哪些突變會逃過 VHH 的中和作用，有趣的是如果某個突變可以逃過某個 VHH，大多的情況是它會對其他 VHH 更敏感，所以如果把兩個不同的 VHH 結合在一起，便沒有突變可以逃過 VHH。相反的，雖然 VHH EEE 有很強的中和作用，single mutantion 就可以讓病毒逃掉。



References:

1. S Plotkin, History of vaccination. PNAS (2014)

2. US CDC / Influenza Historic Timeline

3. Y Cai et al, Distinct conformational states of SARS-CoV-2 spike protein. Science (2020)

4. AV Letarov et al, Free SARS-CoV-2 Spike Protein S1 Particles May Play a Role in the Pathogenesis of COVID-19 Infection. Biochemistry (2020)

5. Z Wu et al, Safety, tolerability, and immunogenicity of an inactivated SARS-CoV-2 vaccine (CoronaVac) in healthy adults aged 60 years and older: a randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 1/2 clinical trial. The Lancet (2021)

6. P Koenig et al, Structure-guided multivalent nanobodies block SARS-CoV-2 infection and suppress mutational escape. Science (2021)

新冠病毒患者的免疫力可維持超過半年

根據感冒冠狀病毒和流感病毒的經驗，大多數人都認為人類體內對抗新冠病毒的免疫保護可能很短，大概感染後半年左右抗體就會降到測不到，尤其是無症狀和輕症的患者可能感染後抗體量本來就不高，不過到底可以維持多久呢？這個資訊可以讓我們預測疫苗提供的免疫保護持久力。從疫情開始至今也一年了，各國的資料也收集得差不多了吧。XD

La Jolla Institute 的研究團隊之前已經發表了兩篇相關研究，他們先是分析健康個體和 COVID-19 康復患者的血清，發現所有康復患者都有可辨識新冠病毒 Spike protein 的 CD4+ (helper) T cells，T cells 的反應程度和 IgG 量成正向相關，七成的康復患者有可對抗新冠病毒的 CD8+ (killer) T cells，而且反應強烈。康復患者除了帶有可辨識 Spike protein 的免疫細胞外，他們也帶有可辨識其他病毒蛋白的 T cells，像是 M protein 和 N protein。另外，他們也分析了疫情前採集到的血清，同樣帶有可辨識新冠病毒的 T cells。

相關文章：新冠病毒感染者體內 T 細胞的免疫反應

「他們檢測了於 2015-2018 年採樣到、沒有感染過新冠病毒的血液檢體，結果發現其中有 40% - 60% 含有可以辨識新冠病毒的 helper T cells，不過和康復患者不同的是他們的 T cells 反應雖然也是以 Spike 為主，但幾乎沒有對 N protein 或 M protein 有反應的 T cells，次主要的是 NSPs (non-structural proteins)。而之所以會有這些 T cells，可能是因為這些人之前感染過其他種類的冠狀病毒，cross-reactivity 使他們體內也有能辨識新冠病毒的 T cells。研究者們認為這是之前感染其他四種引起感冒症狀的冠狀病毒時產生的，因為這些血液檢體裡都有針對至少其中三種常見冠狀病毒的 T cells，血清檢測也顯示全部都有 HCoV-OC43 和 HCoV-NL43 Spike protein 的 IgG 抗體，表示大多數人都感染過常見的四種感冒冠狀病毒，而且至少感染過超過三種，而這也可能是為什麼大部分的人感染到新冠病毒後都只是輕症或無症狀。」

註：常見的四種感冒冠狀病毒為 NL63, 229E, OC43 和 HKU1。

在之後發表在 Science 研究裡，他們則是分析是哪些病毒片段使 CD4+ T cells 有 cross-reactivity，讓未感染個體的免疫系統能夠對新冠病毒有反應。

相關文章：抗新冠病毒的 T cells 和抗感冒冠狀病毒的有 cross-reactivity

在之前的研究裡，他們以分析 CD4+ T cells 的反應為主，而他們這個月發表的研究，三種 adaptive immunity 都分析了 -- CD4+ (helper) T cells, CD8+ (killer) T cells, memory B cells。在他們分析的近兩百位患者包括了無症狀患者、輕症、中度和重症患者，不過大多數(93%)為不需住院的輕症患者，年齡為 19 歲到 81 歲。其中有些患者的提供不同時期的血清檢體，間隔大約幾個月採集一次，其中有 63 個檢體是感染後超過半年後採集的。

他們分析了血清內的抗體後，發現九成患者的 anti-Spike IgG 可以六到八個月都穩定存在著，anti-nucleocapsid IgG 也差不多持續八個月穩定存在著，中和抗體主要為 anti-Spike RBD IgG，90% 患者的中和抗體也是穩定存在六到八個月。產生抗 Spike 抗體的 memory B cells 比症狀出現一個月後更多，倒是 CD4+ (helper) 和 CD8+ (killer) T cells 減少，存活週期(half-life)約為三到五個月。那生產抗體的 memory B cells 呢？他們發現患者體內針對新冠病毒的 memory B cells 在症狀出現後的 120 天內持續增加，之後呈現一個 plateau 的狀態。針對 Spike 的 memory B cells 中有約 10%-30% 是特別針對 Spike RBD。RBD-specific memory B cells 的狀況也差不多，不過可以早在症狀出現後十六天左右就開始持續增加，並且持續增加四到五個月。未感染者體內則幾乎沒有 Spike-specific memory B cells。既然有 anti-N protein 的抗體，當然就會有生產它的 nucleocapsid-specific memory B cells，也同樣是症狀出現後的四到五個月內持續穩定增加。

再來是 memory T cells。大約 70% 的患者在症狀出現後一個月(20-50 days)開始測得到針對新冠病毒的 memory CD8+ T cells，目標蛋白有 Spike, Membrane (M), Nucleocapsid (N) 和 ORF3a，其中約有 50% 患者體內的 CD8+ T cells 在六個月後仍穩定存在著，在感染後一個月，約有 93% 的患者可以測得到針對新冠病毒的 CD4+ T cells，目標蛋白除了 Spike, M, N, ORF3a 外，還有 nsp3，在六個月後體內 CD4+ T cells 仍穩定存在的患者有 92%。Spike-specific (CD4+ / CD8+) T cells 的穩定存在情況和針對新冠病毒的 T cells 類似，同樣可以穩定存在六個月以上。

最後，他們比較了免疫系統裡的其中五樣指標，看看他們維持多久。他們比較的五樣為 RBD IgG, RBD memory B cells, Spike IgA, total SARS-CoV-2-specific CD8+ T cells 和 total SARS-CoV-2-specific CD4+ T cells，因為這五樣在免疫保護力中扮演著重要角色。他們發現，大多數人(64%)在症狀出現後一到兩個月內，這五樣都穩定存在著，但在五到八個月後，這五樣在體內仍穩定存在的只剩 43%。不過呢，雖然五樣都降的人站了以半以上，但有 95% 的人在五到八個月後，至少有三樣仍穩定存在著，也就是說抗新冠病毒的免疫力並沒有之前以為的短，至少能夠維持半年以上，算是個好消息。

La Jolla 的研究已輕症為主，去年年底英國有個研究則是針對感染後無症狀或輕微症狀的醫護人員。倫敦醫院從去年三月底疫情爆發初期就開始每週驗 PCR 和血清，檢測和分析他們在英國封城後十六到十八週的 T cells 和抗體反應。

他們分析了倫敦醫院醫護人員的 T cells 和抗體，發現他們的 T cells 對新冠病毒 Spike 有反應的比例不高，只有 49%，反而對 N protein (neucleocapsid) 有反應的比例高達 85%。相較之下，疫情前的控制組對 Spike 和 N protein 有反應的比例為 29% 和 12%。不意外的，和 La Jolla 研究團隊的結果類似，未感染者血清也測得到對新冠病毒有反應的 T cells，不過到底是新冠病毒的哪個蛋白片段和感冒冠狀病毒有 cross-reactivity，是否和 La Jolla 研究團隊的結果一樣，則需要進一步的分析。

那抗體呢？有 97% 有抗 S1 IgG 或抗 N protein IgG/IgM，而且有 89% 的抗體是有抑制病毒作用的中和抗體，不過無症狀或輕微症狀患者的抗體量比症狀明顯的患者低。之前有研究顯示，新冠病毒患者的抗體量降的很快，可以在幾週內就降到測不到，不過有的研究卻顯示可以維持幾個月，而在這個研究顯示，是不管是無症狀、輕微症狀還是症狀明顯的患者，他們的中和抗體量在這 16 到 18 週中都維持固定的量，並沒有減低。另外，有趣的是五十歲以上的醫護人員中，有八成的中和抗體量很高(IC50 >200)[註]；相對的，24 歲到 49 歲有高中和抗體量的比例為 58%。

註：中和抗體量 IC50 = 0-49 為測不到，50-199 為低，200+ 為高。

那抗體和 T cell 反應是否有關聯，是否有抗新冠病毒 T cell 反應的人就有抗體，或是抗體量比較高呢？似乎關沒有絕對的關聯性，而這也和之前的研究結果類似，有不少人沒抗新冠病毒的抗體，但卻帶有對新冠病毒有反應的 T cells。

結論：目前看來，新冠病毒患者體內的抗體、生產抗體的 B cells，和前線對抗感染的 T cells 都可穩定存在五到八個月。


Publications:

CJ Reynolds et al, Discordant neutralizing antibody and T cell responses in asymptomatic and mild SARS-CoV-2 infection. Science (2020)

JM Dan et al, mmunological memory to SARS-CoV-2 assessed for up to 8 months after infection. Science (2021)

RJ Cox & KA Brokstad, Not just antibodies: B cells and T cells mediate immunity to COVID-19. Nature Reviews Immunology (2020)

輕症及無症狀患者帶有可對抗新冠病毒的 T cells

免疫系統除了較為人知的白血球，例如巨噬細胞(macrophae)等等，還有抗體外，另外就是 T 細胞和製造抗體的 B 細胞。最近有幾篇研究是關於感染新冠病毒後，體內的 T 細胞反應，發現康復患者體內除了有抗 Spike protein 的抗體外，同時也都有能夠辨識新冠病毒的 CD4+ (helper) T cells，並且有強烈反應。也有研究顯示，未感染過新冠病毒的患者的血液檢體裡，也含有可辨識新冠病毒的 helper T cells。

相關文章：新冠病毒感染者體內 T 細胞的免疫反應

至於輕症或無症狀患者呢？輕症或無症狀患者的體內不見得測得到抗體，不過最近瑞典的 Karolinska Institute 的研究團隊發現，輕症及無症狀患者體內有對抗新冠病毒的 T cells，即便他們體內沒有產生足夠、可被檢測到的抗體量。

這篇研究先比較了重症患者、康復後的輕症或無症狀患者，還有健康個體的血液，發現其 CD4+ T cells 裡的 CD38 和 PD-1，以及 CD8+ T cells 裡的 CD38 和 CTLA-4 等等的表現有明顯的區別，重症患者的 CD38 和 PD-1 表現比健康個體要高。普遍來說，患者早期的 CD8+ T cells 會有 CD38 和 PD-1 表現增加的現象，而康復患者則是偏向 CCR7+ 的表現增加。他們利用這些差別，分析了今年五月中院內的五個不同族群、兩百位多位個體的 memory T cells，包括在疫情發生前或發生中的健康個體、輕重症和無症狀的康復患者，和康復患者一起住的家庭成員。

跟之前的研究一樣，疫情爆發前的健康個體血液裡有可辨識新冠病毒 membrane protein 和 spike protein 的 T cells，但是對 nucleocapsid 沒有反應，而康復患者則對這三個病毒蛋白都有反應。令人覺訝異的是輕症和無症狀患者，以及在疫情期間捐血的健康個體的血液裡，皆有對這三個病毒蛋白都有反應的 T cells。另外，CD4+ T cells 的反應比 CD8+ T cells 強烈。最後，他們比較了這五個族群體內抗體和 T cells 的關係，發現有些人的抗體檢驗為陰性，但是卻帶有對抗 nucleocapsid, membrane protein 和 spike protein 的 CD4+ 和 CD8+ T cells。帶有對新冠病毒有強烈 T cell responses 的人口中，除了患者家屬、輕症及無症狀患者外，還有在疫情期間的健康患者，帶有抗病毒 T cells 的人數是帶有抗體人數的兩倍之多，表示即便用血清檢測也低估了感染人數。

有些學者擔心，輕症或無症狀患者體內的免疫反應不足以產生保護效應，因為抗體量不高，不過這個研究顯示，雖然抗體不高，但是對抗病毒的 T cells，表示已有可以對抗病毒的免疫機制。在之前 SARS 疫苗的研發中，發現疫苗雖然沒在老鼠體內產生足夠抗體，但卻可以引起 T cell responses，並且足以使老鼠免於不被 SARS 再次感染而死亡，這個現象同樣也在這個研究裡的輕症和無症狀康復患者中觀察到。也有其他研究觀察到，未感染者帶有可辨識新冠病毒的 T cells，可能是因為和其他冠狀病毒有些許的 cross-reactivity 造成的，如果是這樣的話，是不是血清低估感染人數似乎也不能確定。



相關文章：

未感染過新冠病毒或 SARS 的人也有對抗新冠病毒的 T cells
抗新冠病毒的 T cells 和抗感冒冠狀病毒的有 cross-reactivity


Articles:

TN / SARS-CoV-2 Immunity Likely To Be Higher Than Antibody Testing Has Shown (July 2020)

Karolinska Instututet / Immunity to COVID-19 is probably higher than tests have shown (June 2020)


Paper:

T Sekine e tal, Robust T cell immunity in convalescent individuals with asymptomatic or mild COVID-19. bioRxiv (2020)

T Sekine e tal, Robust T cell immunity in convalescent individuals with asymptomatic or mild COVID-19. Cell (2020)

新冠肺炎患者體內的抗體有哪些

這篇研究分析了六十幾位 COVID-19 患者體內的抗體，想知道他們在感染後的產生時間和其 neutralizing 的功效。

摘要：

1. 用 ELISA 實驗的結果，發現用 Spike RBD (receptor-binding domain) 來測試患者體內抗體的 specificity 和 sensitivity 比較高。

2. 幾乎沒有患者在症狀出現後八天內有測到中和抗體(neutralizing antibodies)，然後在第 21 天時有 91% 的患者測得到低量的 neutralizing antibodies，只有 73% 的患者體內有保護作用的中和抗體含量高於 1:80。

3. 大約有 32% 在症狀出現 21 天後，體內中和抗體的量依然很低，有的甚至沒有。

4. 大部分的人在出現症狀七天後，體內才測到較高的 IgG 和 IgM 抗體。

5. 症狀出現九天後，體內 IgG 抗體較為普遍，大多數感染過的人都有 IgG 抗體(94%)，七成的患者有 IgM。

6. FDA 建議用血清來治療的 titre 是 1:160，目前只收症狀持續兩個禮拜的康復患者捐獻的血液用於治療。

7. RBD-binding 的抗體量和保護作用(neutralizing)呈現正相關：體內 anti-RBD 的抗體越多，保護作用越大。

8. 患者體內 IgM 的量也和體內的中和抗體(neutralizing antibodies)的量呈現正相關。

註：中和抗體為可結合病毒，進而抑制其感染細胞的抗體。

相關文章：武漢肺炎輕症患者體內的免疫反應



Publication

L Premkumar et al, The receptor binding domain of the viral spike protein is an immunodominant and highly specific target of antibodies in SARS-CoV-2 patients. Science Immunology (2020)

新冠病毒的哪個部分最能引起免疫反應呢？

知道這個有什麼用呢？可以用來做疫苗研發，如果我們知道病毒的哪個蛋白或蛋白的哪個片段可以引起有效的免疫反應，那就可以用來作為疫苗，比起打入整顆的病毒，只打入病毒的某個蛋白或某個蛋白片段會相對安全，有人想研發 DNA- 或 RNA-based 疫苗的部分原因也在此，因為它們只會在體內表現病毒的蛋白或蛋白片段，而不是整個病毒。

這個研究主要是用 Spike protein，他們把 Spike protein 依照目前所知的 domains 分成幾個片段試驗。

1. S-ectodomain (S1+S2), aa 16-1213
2. S1, aa 16-685
3. RBD, aa 319-541
4. S2, aa 686-1213

相關文章：近期和新冠病毒抗體相關的研究

他們把這些蛋白片段打入兔子體內，第一次和第一次施打隔了兩個禮拜，然後在打入後第八天取血清分析，看看哪個可以引起強烈的免疫反應。他們用 ELISA 測試血清裡的 IgG 和四種抗原的反應，結果顯示所有的血清都有可和 S-ecto 產生強烈反應的 IgG，而和其他三個抗原的反應則滿 specific，打入 S2 兔子的血清只對 S2 產生反應，對 S1 和 RBD 則沒反應。

因為 ELISA 分析的是 IgG binding，他們另外也用 SPR 分析其他 Ig binding，結果顯示在二次施打後，所有取得的血清裡，anti-Spike 的抗體中有 80% 是 IgG，10-15% 是 IgA，以及少量的 IgM。專一性的話呢， S-ecto 兔子的血清裡，大多數抗體都和 S-ecto 結合，再來是和 S1，最後是 RBD 和 S2，大概是 S-ecto 的三分之一。S1 兔子血清裡和 S-ecto, S1 以及 RBD 結合的抗體都差不多多，沒有和 S2 結合的。RBD 兔子血清裡的抗體一樣是和 S-ecto, S1 以及 RBD 結合的量都差不多，但是量都是 S1 兔子的三倍，而且這些抗體對抗原的 affinity 是其他兔子抗體的五倍。

再來就是看這些抗體的保護力了，他們用 RBD-hACE2 binding competition SPR assay 和 neutralization 測試抗體抑制病毒的功效。因為新冠病毒進入細胞靠的是 RBD 和宿主細胞 hACE2 的結合，competition SPR assay 便是測試抗體阻斷 RBD 和 hACE2 的功效如何，結果顯示 S1 兔子和 RBD 兔子的血清阻斷的效能最好，分別為 84% 和 94%，而 S1+S2 的只有 44%。那這些抗體是否可以阻止細胞被病毒感染呢？實驗結果顯示 RBD 兔子的血清抑制病毒感染的效果最好，再來是 S1 兔子的血清，最後才是 S1+S2 兔子的血清。

結論：用病毒 Spike protein RBD 產生出來的抗體對抗原的 affinity 最高，最能有效阻斷 RBD-hACEII binding，抑制病毒感染細胞的效果也最好。



Publication:

S Ravichandran et al, Antibody signature induced by SARS-CoV-2 spike protein immunogens in rabbits. Science Translational Medicine (2020)

從駱馬體內得到的新冠病毒小抗體

哎呀呀，已經有人做了啊。這篇的研究團隊是之前做 Spike protein Cyro-EM 的那個，原來他們也有做駱馬(llama)的小抗體研究啊。

相關文章：關於武漢病毒(SARS-CoV-2) Cryo-EM 那篇論文的閒聊

如果有看過我之前關於小抗體那篇的，就知道駱馬和鯊魚除了有普通的 IgG 之外，還有一種只有 heavy chain 的小抗體 HCAbs (heavy chain antibodies)，如果只取它的 Fv (variable region)，體積會更小，稱為 VHH 或是 nanobodies (Nbs)。這種小抗體要顧慮的地方比傳統 IgG 要少一些，例如不用考慮是否醣化(glycosylation)，加上也較容易生產製造，所以近來也引起關注，可望作為另一種型態的抗體藥。

相關文章：關於抗體和抗體藥的一些小知識

根據文中所述，他們自 2016 年起就用駱馬研發對抗 SARS 和 MARS 的小抗體。駱馬被先後打入 SARS 和 MERS 的 Spike protein 後體內會產上對抗 Spike protein 的抗體，他們在打入抗原的六週後取出駱馬的淋巴球，然後再用噬菌體展示(phage display)從中釣出可以和 Spike protein 結合的小抗體。他們從從駱馬淋巴球裡抓到七個 MERS 的小抗體和五個 SARS 的小抗體，得到了小抗體的基因序列後，便在酵母菌裡大量表現，然在再用 ELISA 確認它是否真的能夠和病毒結合。經過試驗發現其中一個 VHH 可以中和 SARS，為 VHH-72，並且和 MERS 的 S protein 沒有 cross-reactivity。

註 1：抗原(antigen)對免疫系統來講就是外來物，因此可以是病毒或細菌，免疫系統在外來物入侵後即會產生抗體(antibody)對抗外來物。

註 2：一隻駱馬可以被打入五種抗原，之後在用 phage display 把分別的小抗體釣出來，想更瞭解細節的可參考之前的《 Phage display 和小抗體製造 》這篇。

接著，他們想測試這些 VHH 是否可以抑制病毒，於是他們改造了基改過無害的 lentivirus VSV，讓它們在表面表現 S protein，假裝是 SARS，然後看看這些假 SARS 病毒是否能夠進入細胞，結果顯示和假 SARS 或假 MERS 結合力很強的 VHH 可以抑制病毒，結合力若的則沒有抑制的效果，其中以 VHH-72 的效果最好，9 nM 就可以達到抑制的效果。另外，VHH-72 雖然和 SARS S protein RBD 的結合力很強，但是 ELISA 的結果顯示它對 SARS S protein NTD (N-terminal domain) 沒有反應，表示 VHH-72 是透過和 RBD 結合來抑制病毒。

這個研究裡我比較訝異的是他們也分析了小抗體和病毒結合的 crystal structure，發現 VHH 抑制病毒的機制應該是把 Spike 的 RBD 固定在某個 conformation，使它不能動。VHH-72 是透過其 CDR2 和 CDR3 和病毒結合，但結合點和 ACE2 似乎不同，和 ACE2 競爭的不是 CDR2 或 CDR3，而是比較遠的 FR (framework region)。


Figure / The Crystal Structure of SARS VHH-72 Bound to the SARS-CoV-1 RBD (Wrapp et al, Cell 2020)

因為新冠病毒的 Spike protein 和 SARS 的很像，所以他們想知道 VHH-72 是否也可以抑制 SARS-CoV-2 的感染。他們發現 VHH-72 也會和新冠病毒的 S protein RBD 結合，但是 binding affinity 比較低。他們的 crystal structure 分析結果顯示 VHH-72 是和 SARS S RBD 的 R426 接合，而這個氨基酸在 SARS-CoV-2 則是 N439，這可能是造成 binding affinity 的原因。為了增強 binding affinity，他們試了兩種方法：一是用 (GGGS)3 linker 把兩個 VHH-72 尾接頭的連在一起(VHH-72-VHH-72)，一是在它後面接一個 IgG Fc (VHH-72-Fc)。ELISA 測試的結果顯示，這兩種都會會 SARS S 和 SARS-CoV-2 S 結合，並且細胞實驗顯示 VHH-72-Fc 可以抑制假 SARS 和假 SARS-CoV-2。

有意思的是 VHH-72 在病毒 S protein 的結合點似乎和之前發表過的抗體不同，倒是和 CR3022 類似，不過 CR3022 並無法抑制 SARS-CoV-2。

相關文章：近期和新冠病毒抗體相關的研究

哦，另外還有一個重要的點，就是這個小抗體可以在動物細胞裡大量表現，別以為這沒什麼，你如果遇過那種在三種細菌株裡都表現不出來，要不就表現出來但是不 soluble 的 VHH 就知道苦了。（現在每天都在和 phage display 還有 VHH 奮戰的苦主 QQ）

其實這篇研究的另一半是 MERS 和它的 VHH，有興趣的人可以看看。



Article:

UT NEWS / Antibodies from Llamas Could Help in Fight Against COVID-19 (Apr 2020)

TN / Llama Antibodies Could Help Fight Against COVID-19 (May 2020)


Paper:

Wrapp et al, Structural Basis for Potent Neutralization of Betacoronaviruses by Single-Domain Camelid Antibodies. Cell (2020)

舊藥新用(repurposing)：SARS-CoV-2

所謂的舊藥新用就是用已經通過 FDA 或是已經在市面上的藥去治療原本目標疾病以外的其他疾病，repurposing 的好處是因為已經通過臨床或是已經通過 FDA，所以省掉第一期臨床安全性試驗的金錢和時間，舊藥新用的例子包括原本用來治療攝護腺腫大(benign prostatic hyperplasia)的藥 Finasteride 被新用來治療禿頭。

Drug bank: Finasteride

相關文章：舊藥新用(repurposed drug) GCSF -- 治療中風

另外一個例子就是 Gilead 原本用來治療愛滋的 Remdesivir，其機制是抑制 RNA 病毒的 RdRP (RNA-dependent RNA polymerase)。之前在日本被用來治療慢性胰臟炎以及皮膚癌的 camostat mesylate (Foipan) 最近也被用來試驗在 COVID-19，因為它是 serine protease inhibitor，可以抑制幫助 SARS-CoV-2 進入細胞的 TMPRSS2。

NCATS: camostat mesilate

DrugBank: camostat mesilate

相關文章：近期和新冠病毒抗體相關的研究

這篇研究也是想從舊藥裡面找出可以治療 COVID-19 的藥物，他們在人類細胞裡面分別表現了 SARS-CoV-2 其中的 26 個蛋白，想找出和它們結合的人類蛋白，然後再從裡面找出是否已有針對這些蛋白的藥物。他們釣出來和新冠病毒蛋白有 interaction 的人類蛋白其實滿多樣的，他們稱之為 interactome，其中包括了參與 DNA replication, vesicle trafficking, innate immune pathways 和 ubiquitin ligase complex 等等的蛋白。經過分析，他們發現有 69 個藥物是針對這些蛋白，其中有 29 個已通過 FDA，12 個在臨床試驗中，28 個將進入臨床試驗，而這些藥物中，有些是有抗病毒功能的(anti-viral activity)。這些藥物大致分為兩種，一種是抑制蛋白生產的，包括 zotatfin 和 ternatin-4；另一種是 Sigma1/2 receptors 的 ligands，包括 PB28, haloperidol 和 hydroxychloroquine (奎寧)。目前在紐約其巴黎各有一個機構在測試他們找出來的其中 47 個 compounds 的效用，結果發現 PB28, zotatifin 和奎寧可以在病毒進入細胞後，降低病毒蛋白的表現，有趣的是 PB28 和 zotatifin 都比奎寧有效。

註：zotatifin 是 eIF4A inhibitor，而 eIF4A 主要功能在 mRNA translation。ternatin-4 則是 eEF1A inhibitor，也是作用在 mRNA translation。

抑制病毒的 translation 似乎有效，但要注意的是這篇研究目前還都是在細胞實驗，紐約的試驗機構是 Mt Sinai Hospital，但這篇裡面沒提到臨床試驗結果。



Publication:

DE Gordon et al, A SARS-CoV-2 protein interaction map reveals targets for drug repurposing. Nature (2020)

血清檢測｜受新冠病毒感染人口到底有多少？

最近這篇研究滿多人在傳的(not peer-reviewd)，就是美國加州在四月初檢測了約 3300 位透過臉書廣告徵來的 Santa Clara 的居民，發現每 66 位就有一位曾感染過 SARS-CoV-2，由此數據估算出兩百萬居民中大概有 48000 - 82000 位居民感染過病毒，比官方檢測出的一千位多了約 50 倍以上。（如果取中間值算，假設是 65,000 位居民已感染過，那就是大約 3.25% 的盛行率。）除此之外，德國在月初發表的血清檢測也顯示相似的結果，七人中有一人感染過新冠病毒，和 qPCR 交叉檢測的結果，估約整個城市的感染率為 15%，不過德國的病毒專家說，這麼高可能是因為二月的時候，城中有一個慶祝活動。

註：盛行率為 prevalence，為感染人口除以總人口數，分母不是檢驗人口。

雖說這個血清檢測的結果顯示很多人已感染過，相對來講也就是把致死率(infection fatality rate, IFR)的分母變大了，以 Santa Clara 的例子來說，這表示 48000 - 82000 中的死亡人數為約一百人，等於是 0.1% - 0.2%。不過，血清檢測要注意的是偽陽性(false positive)和偽陰性(false negative)的問題，如果不夠 specific，很可能很多是 false positive，也就是說其實感染人數並沒那麼多；如果不夠 sensitive，則有可能出現很多 false negative。

參與 Santa Clara 這個研究的學者說，他們同時也測試了這個 kit (Premier Biotech, Minnespolis, MN) 的 sensitivity 和 specificity，他們先檢測了已知的 85 個確診案例和 371 個陰性案例，結果顯示有兩個 false positives。他們另外也用在地居民做測試，檢測了已在 Stanford Hospital 用 qPCR 驗過的 37 陽性案例和 30 位陰性案例，交叉比對的果顯示只有 68% 的陽性案例被測到，所有陰性則為 true negative。兩者合併的估算下，這個 kit 的 sensitivity 大約是 80.3%，specificity 約為 99.5%。用調整過的 sensitivity 和 specificity 去估算的結果顯示 Santa Clara 的盛行率(seroprevalence)大約介於 2.49% - 4.16%，也就是說整個城市約有 48,000 - 81,000 已受過感染，是官方確診數的五十倍左右。



News:

Nature / Antibody tests suggest that coronavirus infections vastly exceed official counts (April 2020)


Paper:

E Bendavid et al, COVID-19 Antibody Seroprevalence in Santa Clara County, California. medRxiv (2020)

BC CDC / UBC COVID-19 virtual symposium

上禮拜四的 BC CDC / UBC COVID-19 symposium，因為當天大爆滿，有的 speakers 甚至無法進到 Zoom，於是 UBC MedIT 就即時用了一個 live steam link，並且說這週會放到網上，剛剛收到 email 說已經放在 YouTube，有興趣的可以去看了。

Virtual BC COVID-19 Symposium



Introduction and Overview
Bonnie Henry, Provincial Health Officer
David Patrick, BCCDC; UBC
Robert McMaster, UBC

Diagnostics, Genomics and Transmission Dynamics
Natalie Prystajecky
Mel Krajden, BCCDC
Steve Jones, GSC
Peter Unrau, SFU

Clinical Trials and Patient Management
Josef Penninger, UBC
Srin Murthy, UBC
Jim Russell, UBC
Richard Lester, UBC

Epidemiology & Public Health Response
Danuta Skowronski, BCCDC
Manish Sadarangani, BCCH
Caroline Colijn SFU & Michael Otterstatter

Social Dynamics, Communications and Trust
Cynthia Jardine, University of The Fraser Valley
Yue Qian, UBC
Kelley Lee & Julia Smith, SFU
Emily Rempel, CDC

Development of Therapeutics and Vaccines
Bo Barnhart, AbCellera, Inc
Artem Cherkasov, UBC
Eric Jan, UBC
Francois Jean, UBC
Horacio Bach, UBC
Sriram Subramaniam, UBC
Wilf Jefferies, UBC
Leonard Foster, UBC
James Taylor, Precision NanoSystems
Lindsay Eltis, UBC

Final Discussions and Summary

下面是上禮拜聽的時候截圖的筆記



BC testing capacity. Genome BC is involved, too.



BC's sequencing equipment



BC COVID-19 WGS (whole Genome Sequencing) - mostly from Washington state and Europe



WHO's SOLIDARITY projects: clinical trials of the 4 focused treatments

Canada also participates: Canadian Arm of SOLIDARITY (CATCO)

Science / WHO launches global megatrial of the four most promising coronavirus treatments (March 2020)



ARBs (angiotensin II type 1 receptor blockers)

clinical trial: Coronavirus ACEi/ARB Investigation (CORONACION)



Causes of ACI and how SARS-CoV-2 is related to it.





UBC's APN01 works against ACE2

可參考：UBC 研發的藥物將進入臨床試驗 -- soluble hrsACE2



BC 和全加拿大的新冠病毒患者的年齡分佈



tracking COVID-19 by sero-prevalence survey

之前看到 UCSF 在做血清檢測，想說 BC 應該也要做一下，原來真的有計畫要做。

Science / Unprecedented nationwide blood studies seek to track U.S. coronavirus spread (April 2020)



患者體內免疫反應的研究，確診患者如果還在症狀出現後的十四天內，想為疫苗研發貢獻一份心力的，可和研究團隊聯絡，e-mail 如上。

相關文章：武漢肺炎輕症患者體內的免疫反應



BC 目前和計畫中的相關研究





Transmission & control modelling for decision making and public health response



BC 目前是最右邊那個



AbCellera antibody discovery - they use single cell sequencing



他們有和美國 NIH 和 Eli Lilly 合作。

AbCellera news press: AbCellera and Lilly to Co-develop Antibody Therapies for the Treatment of COVID-19

UBC 研發的藥物將進入臨床試驗 -- soluble hrsACE2

前兩天 Cell 刊登了之前 UBC 研發用來治療 COVID-19 的藥物 [1]，這個研究有多個團隊參與，包括了溫哥華的生技公司 STEMCELL Techonologies。他們研發的藥物 APN01 (human recombinant soluble angiotensin-converting enzyme 2; hrsACE2) 很快便會進入臨床試驗，由歐洲的生技公司 Apeiron Biologics 進行。


這個研究團段已經研究 SARS 很久了，在之前的研究中，知道了：

1. SARS-CoV 和 SARS-CoV-2 都是透過 spike protein 的 RBD (receptor-binding domain) 和人類的 ACE2 結合而進入細胞 [2]。
2. SARS-CoV-2 和 ACE2 的 affinity 比 SARS 強
3. 老鼠實驗中，大量表現 ACE2 的基轉老鼠在感染 SARS 後的病況比較嚴重 [2]。
4. ACE2 除了表現在肺部的表皮細胞，也表現在心臟、腎臟、血管和腸胃細胞，這可能是為什麼有些病患有腸胃道等等的症狀 [1]。
5. 之前的細胞實驗顯示 protease inhibitor camostat mesylate 可以抑制 SARS-CoV-2 的繁殖
6. hrsACE2 已在 2017 年時進入第一、二期的臨床試驗，原本是要用來治療 ARDS (acute respiratory distress syndrome, 急性呼吸窘迫症候群) [3]。


Figure / Possible intervention of SARS-CoV-2 replication (Science 2020, doi:10.1126/science.abb8497)

說是藥物，其實 hrsACE2 就是合成的人類 ACE2，他們的想法是既然 SARS-CoV-2 是透過 ACE2 進入細胞的，那他們就把大量的合成 ACE2 打入體內，使他們和病毒結合，當病毒表面的 RBD 都被合成的 ACE2 塞滿之後，就沒辦法再和細胞表面的 ACE2 結合了，進而達到抑制病毒感染的效果，跟抗體藥類似的概念。

在他們的細胞實驗中，hrsACE2 可以有效的中合病毒，使其無法接觸 ACE2 和進入細胞，但是老鼠的 mrsACE2 便沒有抑制的效果。然後他們試驗在基改的小血管和腎臟，受到 SARS-CoV-2 感染的基改器官在感染的三到六天後都可以檢測到病毒，而加惹 hrsACE2 後則明顯地降低了病毒感染；同樣的，老鼠的 mrsACE2 則沒有抑制 SARS-CoV-2 感染的效果。

要注意的是：
1. hrsACE2 跟其他的抗體一樣，無法完全抑制病毒感染，抑制效果和劑量相關，但也不排除有除了 ACE2 之外的 co-receptor 的可能。
2. hrsACE2 主要是抑制病毒進入細胞，如果病毒已進入細胞，hrsACE2 就沒有太大作用。
3. 這個實驗著重在血管和腎臟細胞，但 SARS-CoV-2 感染的主要器官是肺部。



Articles:

UBC News / Trial drug can significantly block early stages of COVID-19 in engineered human tissues

Science / WHO launches global megatrial of the four most promising coronavirus treatments (March 2020)


Publication:

1. V Monteil et al, Inhibition of SARS-CoV-2 infections in engineered human tissues using clinical-grade soluble human ACE2. Cell (2020)

2. K Kuba et al, A crucial role of angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) in SARS coronavirus-induced lung injury. Nature Medicine (2005)

3. Y Imai et al, Angiotensin-converting enzyme 2 protects from severe acute lung failure. Nature (2005)

武漢肺炎輕症患者體內的免疫反應

在上週發表的 Nature Medicine 裡有一篇是關於輕症患者體內的免疫反應，我相信台灣應該也有康復者的資料，只是不知道有沒有觀察其免疫反應。

這篇是個案，雖說每個人體質不太一樣，但應該也差不了多少，有些復原後的情形也和之前一些康復患者的報告結果一致。

這位個案是從武漢到澳洲墨爾本的 47 歲女士，抵達澳洲的一週後出現 lethargy, sore throat, dry cough, pleuritic chest pain, mild dyspnea, subjective fevers 這些這症狀，出現症狀四天後去墨爾本的急診。他沒去過那個海鮮市場，也沒接觸過已知患者。患者會加入研究是透過 Sentinel Travelers Research Preparedness Platform for Emerging Infectious Diseases novel coronavirus substudy (SETREP-ID-coV)。

患者健康狀況：沒抽煙、沒有服用藥物，身體算健康。

進醫院時的臨床診斷：
- 體溫為 38.5C
- 脈搏每分鐘 120 下
- 血壓 140/80 mm Hg
- 胸部聽診有 bi-basal rhonchi
- 沒有呼吸道併發症
- 沒有急性呼吸道衰竭症狀
- 出現症狀後第四天，RT-qPCR 有測到病毒，直到第六天都測到病毒，但第七天開始顯示為陰性，血液內 C-reactive protein 增加，免疫細胞數量正常。


Figure / 病患復原情況和病毒檢測結果，可以看到雖然咳嗽持續到第 11 天，但第七天開始檢測結果就都是陰性了，病毒量已經降低到測不到。(Thevarajan et al, Nature Medicine 2020)

治療方式：打點滴補充水份，沒給氧氣，沒給抗生素、類固醇或抗病毒藥物。

恢復狀況：症狀開始後第五天的胸部 X 光顯示有 bi-basal infiltrates (肺浸潤)，但是第十天時已經沒有肺浸潤的情況，於是第十一天便讓他回家自主管理，第十三天已完全康復，但還是在家待到第二十天，直到第二十天還是無恙。

體內免疫反應進程：

1. 出現症狀後第 7 到 20 天血液內和新冠病毒(SARS-CoV-2)有反應的 IgG 和 IgM 抗體大量增加。

2. ASCs (antibody-secreting cells)和 CD4+ T cells 於血液中病毒清乾淨後的第七天開始出現。ASCs在第八天達到高峰，CD4+ T cells 則在第八、九天持續增加。這兩個細胞在患者中的高峰期皆比健康個體高很多，而且直到第 20 天康復後都還存在患者體內。CD8+ T cells 也是從第一天開始快速增加直到第九天，但是在第 20 天開始下降。在得流感或施打流感疫苗後，這些免疫細胞也會大量增加。

3. Cytokines & chemokines：H7N9 重症患者體內會大量增加的 IL-6, IL-8, IL-10, MIP-1β 和 IFN-γ 在有症狀的第七到九之間都沒有顯著增加。


在看到輕症患者康復後肺部也會受損的臉書文後，看了這篇後感到心安一些。



原論文：I Thevarajan et al, Breadth of concomitant immune responses prior to patient recovery: a case report of non-severe COVID-19. Nature Medicine (2020)

新冠病毒(SARS-CoV-2)檢測 -- qPCR 和抗體檢測（續）

有看中研院那篇的就知道，目前檢測新冠病毒的方法有三：

1. qPCR：檢測體內是否有病毒 RNA，知道 primers 就可以用來檢測，不需要另外研發，相對準確，敏感度高(sensitivity)，但需四到六小時，包含運送檢體時間等等的 turnaround time 至少要一天。不過目前 UCSF, Mammoth 和加州 Public Health 部門合作研發的 SARS-CoV-2 DETECTR 利用 CRISPR 技術似乎可以快速檢測，加上 RNA extraction 的時間只要 45 分鐘。

2. 用抗體檢測體內抗原(也就是病毒)：跟 qPCR 比起來準確度較低(需要注意有沒有 cross-reactivity)，也需要時間研發，但是檢驗方法簡單，速度也快，turnaround time 約二十分鐘到一小時。（下圖的第三種 sandwich assay）

3. 用抗原(也就是病毒蛋白)檢測體內是否有抗體：研發時間沒上面那個長，比較簡單，檢驗方法也同樣簡單和快速，但需要等到症狀出現後，病患體內產生抗體才測得到，通常是用來追蹤是否曾經感染過。（下圖的第一種 direct assay 或第二種 indirect assay）

相關文章：新冠病毒(SARS-CoV-2)的檢測 -- qPCR 和抗體


Figure / Diagram of common ELISA formats (direct vs. sandwich assays)(Thermo Fisher)

註：抗體檢測的原理跟 ELISA 相同，可以固定抗原(antigen)去測體內抗體(antibody)，如上圖的第一種和第二種，這種只要有抗原就可以測，或是固定抗體去測體內是否有抗原，如上圖中的第三種，這種比較需要花時間先去研發出好的抗體。

相關文章：簡單檢測新冠病毒抗體

Nature 的這篇介紹了幾個正在研發的抗體檢測，第一個介紹的就是中研院楊老師的那個 LFIA！和大多數用 S (spike) protein 做抗原的抗體檢測不同的是中研院用的是 N (nucleocapsid) protein，其中一株抗體和 SARS 還有其他種冠狀病毒的 spike protein 沒有 cross-reactivity。不過看了這篇才知道，中研院的抗體是用 AI 去模擬 Ag-Ab interactions 後製造出來人造抗體 libraries，然後再用 phage display 去抓出抗體，而不是用動物去製造抗體，或是從康復患者體內釣出來，因此省掉了兩個月的時間。（也就是說中研院有抗體的基因序列，可以大量生產，也許可以測試是否能用於治療，不過我覺得 anti-spike 的抗體應該會比較有效果。）

相關文章：Phage display 和小抗體製造


Figure / Schematic representation of a LFIA device (Banerjee et al, Analyst 2018; doi: 10.1039/C8AN00307F)

抗體檢測大多用 LFIA (lateral flow immunoassay) 式的快篩，原理跟 ELISA 相同，只是長得像驗孕棒 XD。如上圖的 LFIA 所示，用的是 sandwich assay，也就是把抗體固定在檢測棒上面，然後先讓(可能含有病毒)的血液和帶有染劑的抗體混合，然後讓混合後的血液和抗體流過檢測棒，如果有血液含有抗原(也就是抗原)的話，就會被固定在檢測棒的抗體抓住。另一條 control line 是抓多餘的帶有染劑的抗體，也就是確認有足夠的抗體，並且有作用。因此如果血液中有病毒的話，就會有兩條線，沒有的話就會只出現 control line 那條線。

第二個介紹的是加拿大的公司 Sona Nanotech (Halifax-based)，他們是和 GE 合作研發的 LFIA，抗原用的是 spike protein 的 S1 domain，目前預估是六到八週內可以有供研究使用的產量。

如最之前說的，檢測體內是否有對抗病毒的抗體相對簡單，只要純化出抗原就可以下去測了，德國柏林的 Pharmact 已經有二十分鐘的抗體快篩檢測，用的抗原是 N protein 和 spike protein 的 S1 和 S2 domain，可以用來檢測患者體內是否有這兩個病毒蛋白的抗體，這個快篩可以檢測到 IgM 和 IgG，IgM 是人體受感染後最先產生的抗體，之後再產生 IgG。他們和 qPCR 結果做比較，結果顯示準確度很高 -- 100% true negative 和 0% false positive，不過缺點是敏感度低，因為一開始的 IgM 反應並不高，感染後的 4 - 10 天內測到的敏感度只有 70%，但是第 11 天到第 24 天可以測到 92.5%，IgG 在這幾天測到的比例也高達 98.6%，因此整體 false negative 比例約為 13%。

關於患者體內的免疫反應可參考：武漢肺炎輕症患者體內的免疫反應


其他相關文章：關於武漢病毒(SARS-CoV-2) Cryo-EM 那篇論文的閒聊



Article:

Nature / Fast, portable tests come online to curb coronavirus pandemic (March 2020)


Papers:

JP Broughton et al, Rapid Detection of 2019 Novel Coronavirus SARS-CoV-2 Using a CRISPR-based DETECTR Lateral Flow Assay. MedRxiv (2020)

R Banerjee & A Jaiswal, Recent advances in nanoparticle-based lateral flow immunoassay as a point-of-care diagnostic tool for infectious agents and diseases. Analyst (2018)