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HCV从发现到征服——人类和病毒的一场博弈

发布时间:2020-10-05 相关聚合阅读:

原标题:HCV从发现到征服——人类和病毒的一场博弈

2020年诺贝尔生理学或医学奖

就在今天,刚刚公布的2020年诺贝尔生理学或医学奖颁给了哈维·阿尔特 (Harvey J. Alter)、迈克尔·霍顿 (Michael Houghton)、以及查尔斯·莱斯 (Charles M. Rice)。他们在血源性肝炎研究领域做出了意义重大的贡献——发现了丙肝病毒。丙型肝炎病毒(hepatitis C virus, HCV)的发现揭示了血源性肝炎的病因,随着检测试剂的开发和药物研发的突破性进展,数百万人的生命得以挽救。

丙肝病毒的发现

在上世纪40年代,传染性肝炎的两种主要类型:第一种称为甲型肝炎,是通过污染的水或食物传播,通常对患者几乎没有长期影响;第二种是通过血液和体液传播,会导致疾病慢性化,并发展为肝硬化和肝癌,对健康造成更大的威胁。这种类型的肝炎常隐匿存在,人在被感染后一般无明显的临床症状,往往在疾病后期出现相应并发症后才能发现,当时的人们对此束手无策。

找出这个潜在的“敌人”就是战胜这个疾病的关键点。在20世纪60年代,巴鲁克·布隆伯格布隆博格(Baruch Blumberg)发现某一种血源性肝炎是由一种被称为乙型肝炎病毒的病毒引起的,推动了诊断试剂的开发和疫苗的发展,布隆博格也因此于1976年获得了诺贝尔生理学或医学奖。

20 世纪 70 年代中期,美国国立卫生研究院输血医学部传染病科主任哈维·阿尔特(Harvey J. Alter)和他的研究小组证明,大多数输血后肝炎病例不是由甲型肝炎病毒或乙型肝炎病毒引起的,而是一种未知的病原体。他们同时发现,这种未知的病原体可以通过血液传播给黑猩猩(也是人类以外唯一易感的宿主),这一未知的病原体具有病毒的特征。在这一发现的基础上,国际上最初将此类输血相关的病例称为非甲非乙型肝炎(NANBH)。然而,关于这种病毒的鉴定工作在接下来的十年中却一直没有获得成功。

注:图片来源网络

1987 年,奇龙制药公司(Chiron Corporation)的迈克尔·霍顿(Michael Houghton)和两名华裔科学家朱桂霖(Qui-Lim Choo)、郭劲宏(George Kuo)与美国疾控中心的丹尼尔 ? 布拉德利(Daniel W. Bradley)合作,使用一种新的分子克隆方法来鉴定未知生物并开发诊断测试。霍顿和他的同事们从感染黑猩猩血液中发现的核酸中提取了DNA片段。这些片段大部分来自黑猩猩本身的基因组,但研究人员预测,其中一些片段可能来自未知病毒。假设肝炎患者的血液中存在针对病毒的抗体,研究人员使用患者血清来鉴定克隆的编码病毒蛋白的病毒DNA片段。经过全面搜索,最终发现了一个阳性克隆。进一步的工作表明,该克隆来源于黄病毒家族的一种新型RNA病毒,被称为丙型肝炎病毒(Hepatitis C Virus, HCV)。

1988 年,哈维·阿尔特通过该方法在一组 NANBH 标本中发现抗体的存在强烈暗示了这种病毒就是科学家寻找的病原体。1989 年 4 月,关于丙型肝炎病毒的发现被发表在《科学》杂志上。2000年,阿尔特和霍顿因为开创性工作荣获拉斯克医学奖。

1989 年 4 月,关于丙型肝炎病毒的发现被发表在《科学》杂志上

证明HCV就是输血肝炎的罪魁祸首

丙型肝炎病毒的发现具有决定性意义。但是,这个科学问题的关键要素仍没有得到解决:仅丙肝病毒本身就能引起肝炎吗?为了回答这个问题,科学家不得不研究克隆的病毒是否能够复制并引起疾病。然而就是这个看似并不复杂的病毒,难倒了大量科研人员——丙肝病毒极难在实验室环境下进行复制。得不到实验材料,新药研发就无从谈起。

RNA的分子克隆技术一度让研究人员们看到了希望。在先前的研究中,人们发现许多病毒的RNA本身也具有传染性。只要将RNA转入宿主细胞,就会启动病毒的自我复制过程。丙肝病毒是否也同样如此呢?科学家们满怀期待地将丙肝病毒的RNA注入细胞,等待着它们的自我复制。然而结果让他们失望了,这一常规手段在丙肝病毒上并不奏效。

当时在圣路易斯华盛顿大学的研究员查尔斯·莱斯(Charles M. Rice)以及其他研究RNA病毒的小组指出,丙型肝炎病毒基因组末端的存在一个先前未知的区域,他们怀疑这可能对病毒复制很重要。莱斯还观察到分离出的病毒样本中的遗传变异,并假设其中一些可能会阻碍病毒复制。通过基因工程,莱斯构建了丙型肝炎病毒的RNA变异体,其中包括病毒基因组的新定义区域,并且没有失活的遗传变异。将这种RNA注射到黑猩猩的肝脏中后,他们在黑猩猩的血液中检测到了病毒,并观察到了与慢性肝病患者相似的病理变化。这些发现证明了输血介导的肝炎可以单纯由丙肝病毒感染引起。这项突破性进展也刊登在了1997年的《科学》杂志上。

1997年的《科学》杂志上刊登了莱斯的发现

HCV细胞系的建立为新药筛选突破了瓶颈

尽管莱斯教授与他的团队在动物模型中首次验证了RNA病毒的传染性,但这离实验室中进行丙肝病毒复制仍有着距离。由于饲养猩猩的成本高昂,且不利于进行丙肝药物的筛选,一个能让丙肝病毒稳定复制的细胞系必不可少。

这听上去似乎并不困难:只要把现有“标准”RNA分子转染到已有的不同细胞系中,看看哪一个细胞系效率最高就可以了。但事实却没有那么简单——这些RNA在细胞中的复制效率依旧低下。这条路似乎又走到了死胡同。

两年后,德国科学家拉尔夫·巴滕施拉格(Ralf Bartenschlager)教授给出了解决方案。他对丙肝病毒的“共有序列”进行了进一步的删减,只保留了病毒复制所需的最少信息。他与团队期待精简后的RNA能够以更高的效率进行复制。此外,他们还在这段经删减的RNA序列上加了一段G418抗性基因,用于快速寻找到丙肝病毒进行复制的细胞。

他们的大胆创新收获了奇效。通过这个方法,巴滕施拉格教授找到了首个能让丙肝病毒进行高效复制的细胞系,这项突破也登上了1999年的《科学》杂志。一年后,莱斯教授也在《科学》杂志上报道了由他的团队独立开发出的全新细胞系。这两则重磅消息引爆了整个学术圈与工业界——人们终于有了能用来筛选丙肝药物的工具。

2001年莱斯加入洛克菲勒大学,他又建立了能够研究病毒整个生活周期的系统,发现了HCV的受体,并建立了研究HCV感染的人源化小鼠模型。可以说,莱斯在该领域做出了一系列的奠基性的工作。

注:图片来源网络

新药问世,HCV最终被征服

疫苗研发是遏制传染病重要的手段,然而由于丙肝病毒HCV的高度可变性,为疫苗研发带来了巨大的挑战,丙肝疫苗至今未能成功研发。疫苗的失败也促使科学家把目光更多地转向治疗药物的研发。早在20世纪80年代中期已经开始应用α-干扰素治疗丙肝,取得了一定的疗效,1992年被FDA正式批准用于丙肝治疗。但是治愈率低、易复发、易耐药、副作用大等问题仍困扰着丙肝患者。2002年,聚乙二醇化干扰素(Pegylated interferon, PEG-IFN)与利巴韦林的联合疗法获得了批准,这种联合疗法将治愈率提高到了50%左右,但仍无法避开干扰素本身的缺点。

2005年拥有雄厚化学背景的迈克尔·索非亚(Michael Sofia)博士加入了法玛塞特制药公司,参与丙肝药物的新药研发并作出了突破性的贡献。他主导的新药索非布韦的出现,彻底变革了丙肝的治疗——它是首个无需干扰素,就能高效治愈丙肝的治疗方案。此后,该药还成为了诸多治疗方案中的主要成分,与丙肝病毒蛋白酶抑制剂、NS5A抑制剂等联用,治疗广泛的丙肝人群。到2011年时,包含有HCV特异性的直接作用抗病毒药物(direct-acting antiviral, DAA)的药物鸡尾酒疗法被用于治疗HCV患者,治愈率为75%左右;而随着DAA药物的不断研究,各类DAA药物,对HCV的抗病毒治疗的治愈率增加到了95%以上,甚至对于有些初治无肝硬化的患者,治愈率是100%。

丙肝病毒的发展史(图片来源见水印)

在医学史上,只有屈指可数的慢性疾病能够被治愈,丙肝正是其中的一种。基于这款重磅丙肝新药给公共卫生带来的变革,2016年的拉斯克临床医学奖将荣誉授予了创立丙肝病毒培养细胞系的莱斯教授与巴滕施拉格教授,以及带领团队研发出索非布韦的索非亚博士。

从上世纪70年代人类发现非甲非乙型肝炎肝炎开始,一直到2020年的今天,丙型肝炎变成一种可以被治愈的慢性疾病,5名科学家相隔16年,先后两次获得有诺贝尔风向标之称的拉斯克医学奖。而其中的三位科学家哈维·阿尔特 (Harvey J. Alter)、迈克尔·霍顿 (Michael Houghton)、以及查尔斯·莱斯 (Charles M. Rice)因为与在丙型肝炎病毒研究中获得的里程碑式成就而最终获得了2020年的诺贝尔生理学或医学奖。

丙肝科普小课堂

关于丙肝我们应该知道些什么?

Q1 丙肝病毒的主要传播方式?

血液传播曾是丙肝病毒最常见的传播方式。随着对血液制品检测方法的改善,目前丙型肝炎病毒最主要的传播方式为经破损的皮肤和粘膜传播,包括使用非一次性注射器和针头、未经严格消毒的器械、纹身等。此外,性传播和母婴传播也是丙肝病毒的传播方式。

无血液暴露接触行为一般不会传染丙肝病毒,如接吻、拥抱、喷嚏/咳嗽、共用水杯/餐具等。

Q2 丙肝症状比较有隐蔽性,什么情况下需要去医院?

大部分丙肝病人是在体检时发现检查出肝功能不好,然后进一步检查发现是丙肝的。平时有食欲不好、腹胀、疲劳等症状的时候,要警惕是不是感染了丙肝。针对丙肝这种隐蔽性较强的疾病,你只要开过刀、输过血、有多个性伴侣、吸毒、做过文身等,就都属于高危人群,最好去筛查。丙肝只要是阳性,无论有无症状都应该马上治疗,不及时治疗,可能会发展为肝硬化和肝癌。

Q3 如何解读丙肝筛查结果?

通常使用两种方法来检测是否感染丙肝病毒:一种是检测丙型肝炎病毒抗体——抗HCV,另一种是检测丙肝病毒的定量——HCV-RNA。抗HCV是常用的初筛试验,阳性代表正在感染或者曾经感染过丙肝病毒,需要进一步检测HCV- RNA明确诊断。HCV-RNA则是确诊试验,也是治疗效果评价的重要指标。

Q4 筛查出HCV后,应该再做哪些检查?

基因检测

目前人类主要存在7种基因型,不同基因型的患者对药物的敏感度不同。在应用DAA抗病毒治疗前检测HCV基因型有助于治疗方案的选择以及预后的判断,如基因1型患者可选择的治疗方案更多,而基因3型相比其他基因型患者的复发率更高。

肝硬化程度评估

除了检测基因型外,还要对患者肝脏疾病严重程度进行判断,主要评估肝纤维化程度。有无肝硬化对于评估患者疾病严重程度及预后有重要意义。评估肝硬化程度最好的办法是肝脏穿刺,但是也可以进行一些无创检查,如利用Fibro-scan检测肝脏弹性硬度。如果患者存在肝硬化,那么应该选择相应的药物,以及适当延长某些抗病毒治疗疗程。

HBV检测

有些患者会存在多种肝炎病毒感染,此时我们要先明确患者的肾病与哪种病毒有关系。如果患者是HCV、HBV合并感染者,一般会对丙型肝炎率先治疗,因为丙肝是可以治愈的,而乙肝的治疗需要较长时间。DAA清除掉HCV病毒后,可能会诱发HBV再活动,需要联合感染科医师评估HBV感染情况采取相应的临床干预措施。

编写 阮巧玲 喻一奇 王新宇

编辑 喻一奇

校对 王新宇

参考资料:

nobelprize.org

https://med.sina.com/article_detail_103_2_11833.html

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