HCV從發現到征服——人類和病毒的一場博弈
2020年10月05日22:30

原標題:HCV從發現到征服——人類和病毒的一場博弈

2020年諾貝爾生理學或醫學獎

就在今天,剛剛公佈的2020年諾貝爾生理學或醫學獎頒給了哈維·阿爾特 (Harvey J. Alter)、邁克爾·霍頓 (Michael Houghton)、以及查爾斯·萊斯 (Charles M. Rice)。他們在血源性肝炎研究領域做出了意義重大的貢獻——發現了丙肝病毒。丙型肝炎病毒(hepatitis C virus, HCV)的發現揭示了血源性肝炎的病因,隨著檢測試劑的開發和藥物研發的突破性進展,數百萬人的生命得以挽救。

丙肝病毒的發現

在上世紀40年代,傳染性肝炎的兩種主要類型:第一種稱為甲型肝炎,是通過汙染的水或食物傳播,通常對患者幾乎沒有長期影響;第二種是通過血液和體液傳播,會導致疾病慢性化,併發展為肝硬化和肝癌,對健康造成更大的威脅。這種類型的肝炎常隱匿存在,人在被感染後一般無明顯的臨床症狀,往往在疾病後期出現相應併發症後才能發現,當時的人們對此束手無策。

找出這個潛在的“敵人”就是戰勝這個疾病的關鍵點。在20世紀60年代,巴魯克·布隆伯格布隆博格(Baruch Blumberg)發現某一種血源性肝炎是由一種被稱為乙型肝炎病毒的病毒引起的,推動了診斷試劑的開發和疫苗的發展,布隆博格也因此於1976年獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。

20 世紀 70 年代中期,美國國立衛生研究院輸血醫學部傳染病科主任哈維·阿爾特(Harvey J. Alter)和他的研究小組證明,大多數輸血後肝炎病例不是由甲型肝炎病毒或乙型肝炎病毒引起的,而是一種未知的病原體。他們同時發現,這種未知的病原體可以通過血液傳播給黑猩猩(也是人類以外唯一易感的宿主),這一未知的病原體具有病毒的特徵。在這一發現的基礎上,國際上最初將此類輸血相關的病例稱為非甲非乙型肝炎(NANBH)。然而,關於這種病毒的鑒定工作在接下來的十年中卻一直沒有獲得成功。

註:圖片來源網絡
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1987 年,奇龍製藥公司(Chiron Corporation)的邁克爾·霍頓(Michael Houghton)和兩名華裔科學家朱桂霖(Qui-Lim Choo)、郭勁宏(George Kuo)與美國疾控中心的丹尼爾 • 布拉德利(Daniel W. Bradley)合作,使用一種新的分子複製方法來鑒定未知生物並開發診斷測試。霍頓和他的同事們從感染黑猩猩血液中發現的核酸中提取了DNA片段。這些片段大部分來自黑猩猩本身的基因組,但研究人員預測,其中一些片段可能來自未知病毒。假設肝炎患者的血液中存在針對病毒的抗體,研究人員使用患者血清來鑒定複製的編碼病毒蛋白的病毒DNA片段。經過全面搜索,最終發現了一個陽性複製。進一步的工作表明,該複製來源於黃病毒家族的一種新型RNA病毒,被稱為丙型肝炎病毒(Hepatitis C Virus, HCV)。

1988 年,哈維·阿爾特通過該方法在一組 NANBH 標本中發現抗體的存在強烈暗示了這種病毒就是科學家尋找的病原體。1989 年 4 月,關於丙型肝炎病毒的發現被發表在《科學》雜誌上。2000年,阿爾特和霍頓因為開創性工作榮獲拉斯克醫學獎。

1989 年 4 月,關於丙型肝炎病毒的發現被發表在《科學》雜誌上

證明HCV就是輸血肝炎的罪魁禍首

丙型肝炎病毒的發現具有決定性意義。但是,這個科學問題的關鍵要素仍沒有得到解決:僅丙肝病毒本身就能引起肝炎嗎?為了回答這個問題,科學家不得不研究複製的病毒是否能夠複製並引起疾病。然而就是這個看似並不複雜的病毒,難倒了大量科研人員——丙肝病毒極難在實驗室環境下進行複製。得不到實驗材料,新藥研發就無從談起。

RNA的分子複製技術一度讓研究人員們看到了希望。在先前的研究中,人們發現許多病毒的RNA本身也具有傳染性。只要將RNA轉入宿主細胞,就會啟動病毒的自我複製過程。丙肝病毒是否也同樣如此呢?科學家們滿懷期待地將丙肝病毒的RNA注入細胞,等待著它們的自我複製。然而結果讓他們失望了,這一常規手段在丙肝病毒上並不奏效。

當時在聖路易斯華盛頓大學的研究員查爾斯·萊斯(Charles M. Rice)以及其他研究RNA病毒的小組指出,丙型肝炎病毒基因組末端的存在一個先前未知的區域,他們懷疑這可能對病毒複製很重要。萊斯還觀察到分離出的病毒樣本中的遺傳變異,並假設其中一些可能會阻礙病毒複製。通過基因工程,萊斯構建了丙型肝炎病毒的RNA變異體,其中包括病毒基因組的新定義區域,並且沒有失活的遺傳變異。將這種RNA注射到黑猩猩的肝臟中後,他們在黑猩猩的血液中檢測到了病毒,並觀察到了與慢性肝病患者相似的病理變化。這些發現證明了輸血介導的肝炎可以單純由丙肝病毒感染引起。這項突破性進展也刊登在了1997年的《科學》雜誌上。

1997年的《科學》雜誌上刊登了萊斯的發現

HCV細胞系的建立為新藥篩選突破了瓶頸

儘管萊斯教授與他的團隊在動物模型中首次驗證了RNA病毒的傳染性,但這離實驗室中進行丙肝病毒複製仍有著距離。由於飼養猩猩的成本高昂,且不利於進行丙肝藥物的篩選,一個能讓丙肝病毒穩定複製的細胞系必不可少。

這聽上去似乎並不困難:只要把現有“標準”RNA分子轉染到已有的不同細胞系中,看看哪一個細胞系效率最高就可以了。但事實卻沒有那麼簡單——這些RNA在細胞中的複製效率依舊低下。這條路似乎又走到了死胡同。

兩年後,德國科學家拉爾夫·巴滕施拉格(Ralf Bartenschlager)教授給出瞭解決方案。他對丙肝病毒的“共有序列”進行了進一步的刪減,只保留了病毒複製所需的最少信息。他與團隊期待精簡後的RNA能夠以更高的效率進行複製。此外,他們還在這段經刪減的RNA序列上加了一段G418抗性基因,用於快速尋找到丙肝病毒進行複製的細胞。

他們的大膽創新收穫了奇效。通過這個方法,巴滕施拉格教授找到了首個能讓丙肝病毒進行高效複製的細胞系,這項突破也登上了1999年的《科學》雜誌。一年後,萊斯教授也在《科學》雜誌上報導了由他的團隊獨立開發出的全新細胞系。這兩則重磅消息引爆了整個學術圈與工業界——人們終於有了能用來篩選丙肝藥物的工具。

2001年萊斯加入洛克菲勒大學,他又建立了能夠研究病毒整個生活週期的系統,發現了HCV的受體,並建立了研究HCV感染的人源化小鼠模型。可以說,萊斯在該領域做出了一系列的奠基性的工作。

註:圖片來源網絡
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新藥問世,HCV最終被征服

疫苗研發是遏製傳染病重要的手段,然而由於丙肝病毒HCV的高度可變性,為疫苗研髮帶來了巨大的挑戰,丙肝疫苗至今未能成功研發。疫苗的失敗也促使科學家把目光更多地轉向治療藥物的研發。早在20世紀80年代中期已經開始應用α-干擾素治療丙肝,取得了一定的療效,1992年被FDA正式批準用於丙肝治療。但是治癒率低、易複發、易耐藥、副作用大等問題仍困擾著丙肝患者。2002年,聚乙二醇化干擾素(Pegylated interferon, PEG-IFN)與利巴韋林的聯合療法獲得了批準,這種聯合療法將治癒率提高到了50%左右,但仍無法避開干擾素本身的缺點。

2005年擁有雄厚化學背景的邁克爾·索非亞(Michael Sofia)博士加入了法瑪塞特製藥公司,參與丙肝藥物的新藥研發並作出了突破性的貢獻。他主導的新藥索非布韋的出現,徹底變革了丙肝的治療——它是首個無需干擾素,就能高效治癒丙肝的治療方案。此後,該藥還成為了諸多治療方案中的主要成分,與丙肝病毒蛋白酶抑製劑、NS5A抑製劑等聯用,治療廣泛的丙肝人群。到2011年時,包含有HCV特異性的直接作用抗病毒藥物(direct-acting antiviral, DAA)的藥物雞尾酒療法被用於治療HCV患者,治癒率為75%左右;而隨著DAA藥物的不斷研究,各類DAA藥物,對HCV的抗病毒治療的治癒率增加到了95%以上,甚至對於有些初治無肝硬化的患者,治癒率是100%。

丙肝病毒的發展史(圖片來源見水印)
丙肝病毒的發展史(圖片來源見水印)

在醫學史上,只有屈指可數的慢性疾病能夠被治癒,丙肝正是其中的一種。基於這款重磅丙肝新藥給公共衛生帶來的變革,2016年的拉斯克臨床醫學獎將榮譽授予了創立丙肝病毒培養細胞系的萊斯教授與巴滕施拉格教授,以及帶領團隊研發出索非布韋的索非亞博士。

從上世紀70年代人類發現非甲非乙型肝炎肝炎開始,一直到2020年的今天,丙型肝炎變成一種可以被治癒的慢性疾病,5名科學家相隔16年,先後兩次獲得有諾貝爾風向標之稱的拉斯克醫學獎。而其中的三位科學家哈維·阿爾特 (Harvey J. Alter)、邁克爾·霍頓 (Michael Houghton)、以及查爾斯·萊斯 (Charles M. Rice)因為與在丙型肝炎病毒研究中獲得的里程碑式成就而最終獲得了2020年的諾貝爾生理學或醫學獎。

丙肝科普小課堂

關於丙肝我們應該知道些什麼?

Q1 丙肝病毒的主要傳播方式?

血液傳播曾是丙肝病毒最常見的傳播方式。隨著對血液製品檢測方法的改善,目前丙型肝炎病毒最主要的傳播方式為經破損的皮膚和粘膜傳播,包括使用非一次性注射器和針頭、未經嚴格消毒的器械、紋身等。此外,性傳播和母嬰傳播也是丙肝病毒的傳播方式。

無血液暴露接觸行為一般不會傳染丙肝病毒,如接吻、擁抱、噴嚏/咳嗽、共用水杯/餐具等。

Q2 丙肝症狀比較有隱蔽性,什麼情況下需要去醫院?

大部分丙肝病人是在體檢時發現檢查出肝功能不好,然後進一步檢查發現是丙肝的。平時有食慾不好、腹脹、疲勞等症狀的時候,要警惕是不是感染了丙肝。針對丙肝這種隱蔽性較強的疾病,你只要開過刀、輸過血、有多個性伴侶、吸毒、做過文身等,就都屬於高危人群,最好去篩查。丙肝只要是陽性,無論有無症狀都應該馬上治療,不及時治療,可能會發展為肝硬化和肝癌。

Q3 如何解讀丙肝篩查結果?

通常使用兩種方法來檢測是否感染丙肝病毒:一種是檢測丙型肝炎病毒抗體——抗HCV,另一種是檢測丙肝病毒的定量——HCV-RNA。抗HCV是常用的初篩試驗,陽性代表正在感染或者曾經感染過丙肝病毒,需要進一步檢測HCV- RNA明確診斷。HCV-RNA則是確診試驗,也是治療效果評價的重要指標。

Q4 篩查出HCV後,應該再做哪些檢查?

基因檢測

目前人類主要存在7種基因型,不同基因型的患者對藥物的敏感度不同。在應用DAA抗病毒治療前檢測HCV基因型有助於治療方案的選擇以及預後的判斷,如基因1型患者可選擇的治療方案更多,而基因3型相比其他基因型患者的複發率更高。

肝硬化程度評估

除了檢測基因型外,還要對患者肝臟疾病嚴重程度進行判斷,主要評估肝纖維化程度。有無肝硬化對於評估患者疾病嚴重程度及預後有重要意義。評估肝硬化程度最好的辦法是肝臟穿刺,但是也可以進行一些無創檢查,如利用Fibro-scan檢測肝臟彈性硬度。如果患者存在肝硬化,那麼應該選擇相應的藥物,以及適當延長某些抗病毒治療療程。

HBV檢測

有些患者會存在多種肝炎病毒感染,此時我們要先明確患者的腎病與哪種病毒有關係。如果患者是HCV、HBV合併感染者,一般會對丙型肝炎率先治療,因為丙肝是可以治癒的,而乙肝的治療需要較長時間。DAA清除掉HCV病毒後,可能會誘發HBV再活動,需要聯合感染科醫師評估HBV感染情況採取相應的臨床干預措施。

編寫 阮巧玲 喻一奇 王新宇

編輯 喻一奇

校對 王新宇

參考資料:

nobelprize.org

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

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