新聞快報

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【記者黃琪容/採訪報導】腺病毒載體疫苗製造原理,乃取動物的腺病毒當載體,在體外將新冠肺炎病毒的棘蛋白(S蛋白)的DNA核酸序列,利用基因轉殖置入腺病毒,注射進入人體。在人體細胞內會據此DNA核酸序列來製造棘蛋白,並呈現在細胞表面,供人體免疫細胞辨識與記憶,從而產生針對棘蛋白的抗體,以避免真實病毒的感染。

新冠肺炎腺病毒載體疫苗(如AZ疫苗/ChAdOx1 nCoV-19及J&J/Janssen疫苗/Ad26.COV2.S)接種後所引發罕見之血栓不良反應-TTS/VITT(機率約十萬分之一至百萬分之一不等),目前肇因傾向為疫苗誘發免疫反應產生對抗血小板第四因子抗體(anti-PF4 Ab)進而活化血小板,促進凝集作用,導致血栓形成與血小板低下。

VlTT(vaccine-induced immune thrombotic thrombocytopenia)疫苗誘發免疫血栓併血小板低下症的致病機轉,其臨床表現和肝素誘發血小板低下症(heparin-induced thrombocytopenia ,HIT)相似。

TTS(Thrombosis with Thrombocytopenia Syndrome),WHO將新冠肺炎疫苗相關的血栓與血小板低下不良反應,統一命名為血栓併血小板低下症候群 (TTS),在未能確診VlTT前,可更廣義的涵蓋:自體免疫有關的抗磷脂質症候群 (antiphospholipid syndrome,APS)及瀰漫性血管內凝血病變(Disseminated Intravascular Coagulation ,DlC)等。

※血小板促進凝血的機制
#血小板的顆粒與內容物
1.血小板內在顆粒可釋放出一些促凝血物質,包括:
(1)緻密顆粒(dense granules)分泌的ADP、5-HT 、ATP、鈣離子、TXA2、腎上腺素
(2)α顆粒(α granule)分泌的促凝血蛋白,如PF4、β-TG

#生理病理機制,當血管內皮受傷破裂時,血小板會參與5個一系列的動作(口訣:2A plus 2S):
1.Adhesion
2Activation
3.Primary aggregation
4.Secretion5.Secondary aggregation

#起初血小板會跑來與血管內皮受傷曝露出來的膠原蛋白(collagen)產生黏著(adhesion),接著血小板會活化(activation ),發動初級凝集反應(primary aggregation)並聚集附近的紅血球形成血塊,血小板接著會從它裡面的顆粒分泌釋放(secretion)出各種促凝血物質:ADP、5-HT、ATP、鈣離子、TXA2、腎上腺素、PF4及β-TG等物質,最後促使血小板再度活化產生不可逆的二次凝集(2nd aggregation ),強化血塊,堵住血管破洞,阻止出血。

#血小板第四因子(PF4)
1.由α顆粒所分泌,其主要的生理作用可以高親和力結合並中和血管內皮細胞表面上的硫酸乙醯肝素(heparan sulfate,HS)[註] ,heparan 之結構類似外來的肝素(heparin),相反地卻會”抑制”局部抗凝血酶III(AT- III)活性,間接增加thrombin (IIa)的活性而促進凝血,PF4另可作為中性顆粒白血球和纖維母細胞(fibroblast)的強烈化學引誘物,因此可能參與炎症及傷口的修復
2.在特殊情況下,當有體外異物如:肝素、腺病毒載體疫苗進入體內引發免疫反應時,PF4會與之結合,並誘發自體免疫抗體,三者形成複合物,促使血小板異常活化與凝集,造成血栓形成,詳述於後。

#血小板細胞膜上帶負電荷的磷脂(phospholipid)
1.正常凝血外徑路:受傷的血管組織釋放出來的組織因子(tissue factor,TF),為第 VII凝血因子的輔酶 ,可輔助凝血因子VII →VIIa,以血小板細胞膜上帶負電荷的磷脂(phospholipid)表面為作用平台,同時在Ca++離子的協助下(鈣離子可促進凝血因子與磷脂結合),進而活化下一個凝血因子(FX →FXa)

2.正常的凝血內徑路上,血小板細胞膜上的磷脂也提供平台給活化的IXa及VIIIa凝血因子,在鈣離子協助的下,形成Tenase complex(IXa/VIIIa-PL(phospholipid)-Ca++),進而促進FX →活化的FXa

3.在正常凝血共同途徑(common pathway)上,血小板細胞膜上的磷脂,也提供另一個平台給活化的Xa及Va因子,在鈣離子存在的情況下,形成凝血酶原酶複合物(Prothrombinase complex),進而促進凝血因子IIa(凝血酶 ,thrombin)之形成,(FII →FIIa),接著活化纖維蛋白原(fibrinogen)變成活化的纖維蛋白,最後形成血塊,達成止血的作用。

■COVID-19疫苗誘發TTS/VITT,血栓併血小板低下之可能

理論一、免疫與血液學理論
#血栓形成有兩個機制:
1.腺病毒載體疫苗部分蛋白結構類似肝素(heparin-like或heparinoid )

疫苗進入人體產生強烈免疫反應促使血小板α-顆粒釋放PF4,並與疫苗蛋白高親和力結合形成(PF4-heparinoid Cx)此時疫苗也會經由免疫反應,促使宿主B細胞產生抗血小板第四因子的IgG抗體(anti-PF4/heparinoid IgG),此時IgG抗體會再與PF4-heparinoid Cx形成另一個三合一的複合體「PF4-heparinoid-IgG」,複合體上的IgG會與血小板表面上的Fcγ RII接受器結合,進而使血小板活化,更加促進血小板凝集反應,形成血栓。
2. PF4-heparinoid-IgG,複合體上的IgG會與血液中的單核球(monocyte)的Fcγ RI接受器結合,活化單核球,血管內的單核球則移動黏著在血管內皮細胞,且可縫隙滲入組織,演化成巨噬細胞放出細胞激素,趨化至組織發炎處進行吞噬病原體,單核球也會與內皮細胞上的組織因子(tissue factor,TF)起作用,促活凝血因子VIIa,接著使FX →FXa,FII →FIIa,促進凝血與血栓形成(Ref.1、2 )
#血小板低下也有兩個機制:
1.消耗(Consumption):絕多數載體疫苗引起的不良反應為血栓,約有30%的病患,會因血栓過度形成而”消耗”血小板,造成血小板低下,少數嚴重者還會出血。
2.破壞(Destruction):此外帶有IgG抗體的血小板,也會結合至巨噬細胞(macrophage)上的Fcγ接受器上,多數被帶到脾臟而少數至肝臟處破壞(類似免疫性血小板減少紫斑Immune thrombocyopenic purpura),也會使血小板減少
#若免疫系統持續激活失控,甚至可能導致瀰漫性血管內凝血病變(DlC)而加重血栓形成以及血小板的消耗或功能缺失(見圖)

理論二、疫苗製作與細胞基因學說
#載體疫苗的DNA,在人體細胞核內必須先經過轉錄(transcription)成RNA,再經過剪接(splicing)將RNA轉化為mRNA,一項體外培養的細胞實驗發現,此一關鍵步驟可能出現不同長短及不同組合的棘蛋白mRNA,導致最後轉譯(translation)成可溶性游離型的棘蛋白變體,也因為是可溶性所以會游離出細胞,隨著血液在全身循環。當這些游離的棘蛋白與血管內皮細胞的ACE2結合,再加上抗體的參與,就有可能會引發炎症反應,形成血栓,這也許被用來解釋為什麼腺病毒載體疫苗會致TTS/VITT,而mRNA疫苗卻不會(Ref.3 & Fig A.B.C.D),但未定論

#結論
1.PF4抗體究竟是因疫苗導致的強烈發炎反應(使血小板釋放出PF4)而誘發,還是因疫苗誘發的抗體與PF4及血小板發生交叉反應目前仍不清楚,有待更多的研究解答
2.體外細胞實驗顯示,腺病毒載體疫苗(AZ或強生)不同於mRNA疫苗(輝瑞/BNT或莫德納),會引發特有且罕見的血栓併血小板低下的不良反應,可能歸咎於DNA載體疫苗,引發人體細胞製造可溶性游離型的棘蛋白變體,但這只是假說仍待進一步的動物實驗。

【註]硫酸乙醯肝素(heparan sulfate,HS )為一種粘多糖 (Glycosaminoglycan)結構與人類外來的肝素(Heparin)相似,平常會與核心蛋白相連,而以硫酸乙醯肝素蛋白聚糖(HSPG)形式表現,存在人體諸多器官組織細胞表面。HS 已證明可以作為許多入侵病毒的細胞受體,包括呼吸道融合細胞病毒,基礎研究顯示,位於肺部細胞表面的硫酸乙醯肝素,能幫助新冠病毒(SARS-CoV-2)棘蛋白上的RBD,緊緊抓住 ACE2,在病毒入侵時,扮演輔助受體(co-receptor)的關鍵角色。(Ref.4)

參考資料:
(1)Patricia J Ho, et al Dabigatran approaching the realm of heparin-induced thrombocytopenia. Blood Res 2016;51:77-87.
(2)Andreas Greinacher, M.D.et al Thrombotic Thrombocytopenia after ChAdOx1 nCov-19 vaccination. June 3, 2021
N Engl J Med 2021; 384:2092-2101
https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2104840
(3)Eric Kowarz et al. Vaccine-Induced Covid-19 Mimicry” Syndrome:Splice reactions within the SARS-CoV-2 Spike open reading frame result in Spike protein variants that may cause thromboembolic events in patients immunized with vector-based vaccines
May 26,2021.Research Square
#This is a preprint. It has not completed peer review.
(4)Clausen TM, Sandoval DR, Spliid CB, Pihl J, Perrett HR, Painter CD, et al. (14 September 2020). “SARS-CoV-2 Infection Depends on Cellular Heparan Sulfate and ACE2”. The Journal of Cell. doi:10.1016/j.cell.2020.09.033. PMC 7489987.
https://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/covid-19-virus-uses-heparan-sulfate-to-get-inside-cells

【圖文:林自強內科診所/林自強醫生提供】

 

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