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提到殺手級病毒，經常讓人想到的影像，是受非洲伊波拉病毒、亞洲SARS病毒，或是美國漢他病毒折磨的病人；但那些壞東西奪走的人命，還比不上籍籍無名的輪狀病毒。幾乎所有小孩在出生後頭幾年，都曾感染輪狀病毒而嘔吐腹瀉。輪狀病毒引起的腹瀉十分嚴重，如不加以治療，患者會因脫水而休克並死亡。每年全球因它致死的孩童，估計有61萬之多；五歲前死亡的孩童裡，有5%是感染輪狀病毒所致。在美國，感染這種病毒而死亡的孩童不多，但每年有多達7萬名小孩必須因此住院，還有數百萬人待在家中，默默承受折磨。
不過，在發現該病原30多年後，科學家即將帶領人類掙脫魔掌。今年1月，研究人員公佈了兩種輪狀病毒疫苗的大規模臨床試驗結果，證實其具防治功效。但輪狀病毒疫苗的發展過程充滿挫折與意外，其困難及複雜程度實非任何人所能想像。今日，世界衛生組織（WHO）及全球疫苗接種聯盟都將輪狀病毒擺在首位；提供幼童亟需的疫苗接種，亦即對抗輪狀病毒的決戰，已然展開。
病原鑑定不易
1973年，任職澳洲墨爾本皇家兒童醫院、專攻胃腸道疾病的年輕微生物學家畢夏普，首度鑑定出輪狀病毒是人類疾病的病原。當時，研究人員對兒童的腹瀉感到困惑不已；這種毛病雖常見且通常相當嚴重，卻不太能確認肇因。為尋找線索，畢夏普的團隊從急性腹瀉病童的十二指腸取出組織切片，在電子顯微鏡下檢查，結果讓他們大吃一驚：小腸內膜的上皮細胞裡充滿了車輪狀的病毒。
1979年，我和妻子到孟加拉國際痢疾研究中心工作，開始接觸到輪狀病毒。當時我們年輕且充滿理想，看到嚴重腹瀉是該國的頭號致死病症，也就一心想要幫助當地兒童。該研究中心的醫院設在達卡市，每年收容因不明「腸流感」而住院的病人之多，使得有些人必須在醫院走道或外頭的帳篷裡接受診療。原本我們認為這些孩童的腹瀉是細菌所引起，卻驚訝地發現他們感染的並非霍亂弧菌、沙門氏菌、志賀痢疾桿菌或大腸桿菌，而是我們所知無幾的輪狀病毒。藉由某種簡易化驗，我們確認五歲以下因腹瀉而住院的病童當中，25~40%感染了輪狀病毒。
全球各地的研究不但獲致類似結果，還顯示出輪狀病毒不僅散佈各地，更是最窮困國家人民的主要死亡原因。1985年，美國國家醫學研究院根據這些研究證據，將輪狀病毒列為開發中國家亟需疫苗防治的首要疾病。
在此同時，有關輪狀病毒在美國的發生率及分佈情形，所知卻極為有限，讓人感到訝異。1986年我回美國疾病防制中心（CDC）工作時，這種病很少正確的診斷出來；事實上，連「全球疾病分類」都沒提到它。由於曾在海外見識過它的威力，我和同事一心想知道：輪狀病毒在美國是否也侵襲了許多人。
對這種很少得到診斷、從未在出院證明中列為住院原因，甚至大多數從事治療的小兒科醫師都不認得病原的疾病，究竟要如何評估其影響力呢？我當時的同事何美鄉從美國的住院兒童資料著手；她發現腹瀉是常見的住院原因，佔五歲以下住院兒童的12%，其中大多都記錄為「病原未明」。進一步研究顯示，在未得出診斷的病例中，有很多是由輪狀病毒所造成。關於美國輪狀病毒的研究，還得出另外三項有趣的事實：第一，輪狀病毒感染具明顯的季節性，高峰期為12~3月；第二，因感染輪狀病毒而住院的孩童，絕大多數年齡都在五歲以下；第三，無論什麼季節，大多數嚴重腹瀉的幼童病例，都由輪狀病毒造成。
如今，流行病學家已知：從三個月到五歲大的幼兒，幾乎都感染過輪狀病毒，它是造成全球兒童腹瀉的最常見原因，遠超過其他任何病原。輪狀病毒的傳播與細菌不同：細菌主要經由污染的食物及飲水散佈，因此以生活在貧窮地區的人受到的影響最大，但輪狀病毒的散佈卻不受地理邊界的限制。的確，輪狀病毒具有無所不在的特性，無論美國人或孟加拉人的風險都相同，顯示該病毒傳染性甚高，就像感冒病毒一樣容易散播。同時，一如感冒病毒，衛生設施與乾淨飲水對遏阻輪狀病毒感染的功效並不大。
分子及臨床研究也見證了輪狀病毒的高致病性：只要10個病毒顆粒，就足以給某個孩童帶來麻煩；嬰兒的拇指或玩具上，只要沾了一小滴充滿病毒的水珠就綽綽有餘。病毒入口後順著消化道抵達小腸，並入侵內膜的上皮細胞，再以驚人的速度複製：24小時內，10個病毒就可增加到數百萬顆，製造出的蛋白質、毒素和新生成的病毒顆粒，填滿上皮細胞而造成細胞死亡。很快的，腸道上皮細胞剝落，大量液體及電解質隨陣陣腹瀉排出體外。若不補充液體，病童減輕的體重可高達10%，而在1~2天內休克。
幸運的是，熬過首次感染而存活下來的孩童，並不會留下長遠的後遺症，也很少因為再度感染輪狀病毒而腹瀉，他們取得了自然免疫；也就是說，他們的免疫系統已經有所準備，在下一回輪狀病毒入侵時，能迅速辨識並遏阻病毒的複製。不過，由於為數甚多的幼童在初次感染輪狀病毒時，病情十分嚴重，因此科學家認為，發展可以模擬這種自然免疫的疫苗，將是最佳的救命希望。
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電子顯微鏡下的輪狀病毒顆粒，外觀類似車輪（rota的拉丁字源就是「車輪」之意）。圖中顯示的顆粒經過高倍放大，並上了色。
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踏上疫苗開發之路
疫苗是人類對抗傳染病的武器中，火力最強的，也是維護公共衛生最有效的做法之一。疫苗的組成包括活的或死的微生物，或是微生物的主要蛋白，目的在騙過接種疫苗者的免疫系統，以為自己真的遭受微生物侵襲。雖然疫苗本身對生命並不造成威脅，但免疫系統就像遭逢病毒入侵時一樣，開始製造對抗疫苗的抗體。當下回再有同樣的病原入侵時，已經整裝待發的免疫系統就可迅速釋出大量抗體，制伏入侵病原，一如自然免疫的反應。
20年前，有好幾家製藥公司對研發輪狀病毒疫苗產生興趣，因為它的潛在市場不僅龐大，還遍及全球，看起來值得投入大量的研發經費。此外，就算是偏遠地區，疫苗的銷售也不成問題，因為輪狀病毒疫苗可以加入WHO和聯合國兒童基金會贊助的「全球兒童疫苗接種計畫」；目前該計畫已固定將疫苗送給全球將近80%的兒童。
疫苗的製作有好幾種不同的方式，包括使用人類或動物的病毒品系、活病毒或死病毒、全病毒或蛋白質次單位等；經過考量後，輪狀病毒研究人員決定採用小兒麻痺口服疫苗發明人沙賓的做法。沙賓認為，活性不足以致病、但仍可複製的活病毒疫苗，最能夠模擬因自然感染所產生的保護作用。對輪狀病毒來說，口服疫苗也能夠讓疫苗在最適當的位置，也就是胃腸道，引發免疫反應。沒有多久，疫苗研發人員就把目標鎖定在毒性減弱但仍存活的輪狀病毒品系，可用口服方式接種，而無需注射。
到了1983年，第一個輪狀病毒疫苗已準備就緒，可進行試驗。比利時里森薩市史克藥廠（現為葛蘭素史克生物製藥）的安卓與芬蘭坦派勒大學的小兒科醫師維西卡里，以取自母牛的輪狀病毒品系製備疫苗，並進行人體試驗。他們之所以選用牛的輪狀病毒，是因為該病毒株在培養皿中生長良好，而且他們認為牛的病毒對人的毒性不強。
從各種好處而言，該疫苗在芬蘭進行的首次人體試驗，可說是劃時代的成功：接種疫苗的孩童遭受輪狀病毒嚴重感染的機率，降低了88%，證實口服活病毒疫苗可引發免疫力。再者，也沒有出現惱人的副作用。史克藥廠受到該項試驗的鼓舞，也在其他國家展開人體試驗；到了1980年代末，終結由輪狀病毒造成的死亡威脅，似乎已然在望。然而，在非洲及秘魯進行的試驗，結果卻不一致且令人失望。雖然已知孩童健康情況不佳、感染疾病而未接受治療、營養不良以及感染寄生蟲等因素，都可能影響孩童對疫苗的免疫反應，但由於問題的確實原因未明，於是史克藥廠擱置了輪狀病毒疫苗計畫。
發展組合型病毒疫苗
但美國國家衛生研究院（NIH）與費城威斯塔研究所的研究人員，卻想找出史克藥廠疫苗失敗的原因。一種可能是牛病毒活性太弱，在較差的環境便無法有效複製並引起良好免疫反應。於是，他們尋求新的疫苗配方。例如NIH的卡匹肯找到一種恆河猴病毒品系，威斯塔研究所的克拉克及普洛金則找到另一種能積極複製的牛病毒。這些品系的病毒製成疫苗供臨床試驗，但也同時得出成功與失敗的結果。其中的科學問題，還得再花好些年才能弄清楚。
在此同時，其他研究人員正逐漸解開輪狀病毒的分子結構。雖然輪狀病毒的橫切面呈車輪狀，實際上其球面擁有三層構造，中間含有11段雙股RNA，每段含有一個攜帶某蛋白質編碼的基因。這些蛋白質分屬兩種基本類型：一類屬於結構蛋白，用於組裝病毒；另一類則是非結構蛋白，在受感染的細胞中生成。病毒結構蛋白簡稱VP，以數字編號為VP1、VP2等；非結構蛋白簡稱NSP，參與病毒的複製以及攪亂腸道正常功能，也以數字編號。
病毒的最外層，是引起宿主免疫反應的主要構造，也是疫苗發展的重點所在。VP7造成病毒凸起的表面；VP4則形成輪子外圍的尖形凸起；位於VP7下方的VP6數量最多，在受感染的細胞內，參與病毒蛋白的製造。稱為NSP4的非結構蛋白分子是種毒素，可能引起嚴重腹瀉。
【本文轉載自《科學人雜誌》2006年5月號】
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