什麼是「突破性感染」?變種病毒有多大的威脅呢?

新冠肺炎病毒(SARS-CoV-2)突變速度驚人,造成多種變種病毒生成,成為所謂突破性感染的主因,並引起全球另一波疫情,而且有些變種病毒已被證實可抑制核准疫苗與治療方法的有效性,對現行的 COVID-19的預防及治療策略形成嚴峻的挑戰。在本文,我們將引領讀者了解突破性感染、認識變種病毒及其威脅性,並探索因應之道。

撰文|陳淵銓

●突破性感染的認識

很多國家都在努力提高COVID-19疫苗施打率,但仍發現有少數完全接種者(接種完兩劑疫苗超過14天以上)仍確診COVID-19,例如:美國的奧運代表隊至少2位已完全接種運動員就因此不能參加比賽;全球疫苗接種率最高的以色列(施打輝瑞/BNT疫苗兩劑覆蓋率約60%)現已考慮接種第三劑了。施打疫苗不是就免疫了嗎?為何 COVID-19 能突破疫苗的防護網?這種狀況稱為突破性感染(Breakthrough infection),也就是施打疫苗後仍確診傳染病的情況。美國疾病管制與預防中心(Center for Disease Control, CDC) 定義突破性感染為:「完全接種新冠疫苗後至少14天,經過採檢後確診 COVID-19」。此外,突破性感染不是只發生在新冠病毒(SARS-CoV-2),也出現於其他病原體上,可能的原因如下:

1.疫苗保護力並非100%:雖然獲得WHO或各國官方認證或緊急使用授權(EUA)的COVID-19疫苗品牌及類型很多,但宣稱保護力均介於60~95% 左右,沒有一款疫苗可以證明其保護力是100%,所以不代表施打疫苗就會絕對免疫。

2.在未獲完整保護力前已受到感染:大多數COVID-19疫苗(如輝瑞/BNT、莫德納、AZ疫苗等,嬌生疫苗除外)皆須接種 2 劑才能達到完整保護力,而施打後也需要2週才能產生抗體,突破性感染案例可能是在疫苗施打前或在身體正在產生抗體時受到病毒感染,所以才會在疫苗接種完成後仍確診。

3.疫苗接種者體質差異:疫苗乃藉由引發接種者免疫系統產生反應對抗病原體,與一般藥品直接治療疾病的原理差距較大,故產生的效用及保護力常因個人體質而有差異,如產生的抗體效價及免疫反應的強度等。因此,免疫系統較弱的族群可能因免疫反應或抗體不足,而再次受到感染。

4.變種病毒出現:SARS-CoV-2為RNA病毒,因其複製所用的RNA dependent RNA polymerase 的校讀能力較差,本來突變率便較高,而病毒與藥物或疫苗接觸過後,基於生物自我調節以適應環境、持續生存的本能,也有可能誘發其發生突變以對抗疫苗及藥物,例如:某些病毒變異株已證實可抑制核准疫苗與治療的有效性,雖尚無實質證據,但科學家懷疑可能推升突破性感染的數量,未來亦可能會出現可對抗人類免疫系統或疫苗的新變種。

●變種病毒的分類

在2021年3月,美國CDC和世界衛生組織(WHO)對SARS-CoV-2變種病毒的分類制定了新標準,分為「值得關注的變異」(variant of interest,VOI)、「令人擔憂的變異」(variant of concern,VOC)及「嚴重性高的變異(variant of high consequence,VOHC)」,主旨在闡明變種病毒變化的程度、傳播的風險及對公共衛生的威脅嚴重性。

1.值得關注的變異(VOI):病毒基因序列出現變異而改變了對細胞受體結合的能力,也降低了感染或接種疫苗後所產生的抗體中和效果、治療功效及診斷,甚至可能增加傳播性或疾病嚴重性,可能會造成確診病例激增或群突發,可同時在多個國家引起有限度的流行。

2.令人擔憂的變異(VOC):已有證據顯示病毒有更強的傳染性或導致更嚴重的感染(例如住院或死亡人數增加)、先前感染或疫苗接種後產生的抗體中和作用顯著降低、治療或疫苗的有效性減少或導致檢測失敗。

3.嚴重性高的變種(VOHC):病毒已顯著降低疫苗、藥物等預防及治療方法的有效性,即使接種疫苗後,發生突破性感染的病例仍激增,對重症的保護力也很低,造成更多病人出現嚴重的症狀和需要住院治療。

●變種病毒的威脅性

SARS-CoV-2能在短時間內出現多個變種,而在特定位點的突變將降低核准療法的功效,並使其躲避免疫系統攻擊能力及傳染力大幅提升,WHO已註記Alpha、Beta、Gamma、Delta 四種變異種屬於令人擔憂的變異(VOC)。其中Delta是目前傳染力最強的變種病毒,基本傳染數(Basic reproduction number, R0)初估可高達9。

Alpha、Beta、Gamma都有N501Y位點突變會使傳染力提升,另均有E484K位點突變可降低核准疫苗與治療的中和抗體效力,而Delta擁有的L452R位點突變則可強化傳染力及逃避免疫系統的攻擊。目前 Delta變種病毒已入侵超過85個國家,例如:英國90% 新案例皆為Delta變種感染;以色列的初期研究指出50%新成年案例是已施打2劑疫苗的民眾;在美國,Delta與Gamma 逐漸取代其他變種成為主流,最近Delta案例的成長數已超過 Gamma而成為最大宗;在台灣,前些時候的Delta案例,使中央疫情指揮中心如臨大敵,民眾聞之色變。

近期台灣COVID-19疫情升溫,引發大眾擔憂若變種病毒入侵台灣,是否可能引發更廣泛而強烈的傳播及懷疑疫苗是否會因而失去保護力,關切引發突破性感染的變種病毒案例數多嗎?傳染力如何呢?疫情嚴峻嗎? 總之,我們面對病毒不斷出現新變種的威脅,因應作為除了持續加強病毒變異的監測外,不論是否接種疫苗仍應落實戴口罩、勤洗手及保持社交距離,檢疫及隔離等防疫工作不能鬆懈,並提高疫苗的接種率,同時監測疫苗對變種病毒的保護力,一旦出現嚴重性高的變種(VOHC)病毒時,便應研發新的疫苗,才能防止下一波的大流行。

 

參考資料:
1.Cherian, S., Potdar, V., Jadhav, S., et al 2021. Convergent evolution of SARS-CoV-2 spike mutations, L452R, E484Q and P681R, in the second wave of COVID-19 in Maharashtra, India. bioRxiv. doi:org/10.1101/2021.04.22.440932
2.Yadav, P.D., Mohandas, S., Shete, A.M., et al 2021. SARS CoV-2 variant B.1.617.1 is highly pathogenic in hamsters than B.1 variant. bioRxiv. doi:org/10.1101/2021.05.05.442760
3.Edara, V.V., Lai, L., Sahoo, M., et al. Infection
4.van Dorp L, Acman M, Richard D, Shaw LP, Ford CE, Ormond L, Owen CJ, Pang J, Tan CCS, Boshier FAT, Ortiz AT, Balloux F. Emergence of genomic diversity and recurrent mutations in SARS-CoV-2. Infect Genet Evol. 2020 Sep; 83:104351. doi: 10.1016/j.meegid.2020.104351. Epub 2020 May 5.

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