高福破解埃博拉入侵人體之謎
1月14日(美國(guó)時(shí)間),國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》(Cell)在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院微生物研究所高福院士研究團(tuán)隊(duì)的文章《埃博拉病毒糖蛋白結(jié)合內(nèi)吞體受體NPC1的分子機(jī)制》(“Ebola Viral Glycoprotein Bound to Its EndosomalReceptor Niemann-Pick C1”)。
該文章從分子水平闡釋了一種新的病毒膜融合激發(fā)機(jī)制(第五種機(jī)制),這種新型機(jī)制與之前病毒學(xué)家們熟知的四種病毒膜融合激發(fā)機(jī)制都大為不同,成為近年來國(guó)際病毒學(xué)領(lǐng)域的一大突破,為抗病毒藥物設(shè)計(jì)提供了新靶點(diǎn)。該研究“加深了人們對(duì)埃博拉病毒入侵機(jī)制的認(rèn)識(shí),為應(yīng)對(duì)埃博拉病毒疫情及防控提供重要的理論基礎(chǔ)”。
埃博拉病毒究竟為何物?埃博拉病毒有哪些危害?埃博拉病毒是如何感染人的?如何有效防控埃博拉病毒?帶著這些疑問,近日,本刊記者走進(jìn)中國(guó)科學(xué)院微生物研究所,就相關(guān)問題對(duì)中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)醫(yī)學(xué)院院長(zhǎng)、中國(guó)疾病預(yù)防控制中心副主任高福進(jìn)行了專訪。
埃博拉病毒的前生今世
“埃博拉”,剛果(金)(舊稱扎伊爾)北部一條河流的名字。1976年,一種不知名的病毒光顧這里,瘋狂地虐殺埃博拉河沿岸55個(gè)村莊的百姓,致使數(shù)百生靈涂炭,有的家庭甚至無一幸免,“埃博拉病毒”也因此而得名。
據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì),埃博拉如幽靈般地在非洲時(shí)隱時(shí)現(xiàn),已肆虐了近40年,所到之處更是哀鴻遍野。
埃博拉病毒究竟是什么?
“埃博拉病毒,是引起人和靈長(zhǎng)類動(dòng)物發(fā)病且致死率很高的烈性病毒,其引起的埃博拉出血熱(EBHF)更是被稱為當(dāng)今世界上最致命的病毒性出血熱。”高福表示。
據(jù)高福介紹,人們對(duì)于埃博拉病毒本身則有兩種截然不同的看法,一種認(rèn)為這是一種很古老的病毒,另一種認(rèn)為這是一種新型病毒。第一種看法認(rèn)為埃博拉病毒早就在叢林中存在,自1976年以來的歷次流行都是偶然事件,是人類由于種種原因接觸了埃博拉病毒的感染對(duì)象和宿主而導(dǎo)致的。第二種看法則認(rèn)為埃博拉病毒很可能是一種古老病毒演化出來的新種,自1976年以來的所有流行都是埃博拉病毒逐漸擴(kuò)散的結(jié)果。
“埃博拉病毒,是生物安全等級(jí)為4級(jí)(Biosafety Level 4)(艾滋病為3級(jí),SARS為3級(jí),級(jí)數(shù)越高防護(hù)越嚴(yán)格)?!备吒=又榻B說:“人類一旦感染埃博拉病毒,通常會(huì)在5—10天內(nèi)發(fā)病,最長(zhǎng)潛伏期可達(dá)21天。起初只是出現(xiàn)類似于感冒的癥狀,如惡心、嘔吐、腹瀉、發(fā)燒等,但幾天后就突然加重,全身多臟器出血不止,死狀凄慘?!?BR> 埃博拉病毒已確定分為5個(gè)亞型,即扎伊爾型(Zaire)、蘇丹型(Sudan)、萊斯頓型(Reston)、本迪布焦型(Bundibugyo)、塔伊森林型(Taiforest)。不同亞型具有不同的特性。
“2014年3月開始,在以幾內(nèi)亞、利比里亞和塞拉利昂為中心爆發(fā)的一場(chǎng)疫情,就是由扎伊爾型這一埃博拉病毒亞型引起的,共導(dǎo)致了28000多人感染,死亡人數(shù)超過11000人?!备吒1硎?。
“埃博拉是一種人畜共患病毒。盡管醫(yī)學(xué)家們絞盡腦汁,作過許多探索,但埃博拉病毒的真實(shí)‘身份’,至今仍是一個(gè)不解之謎。沒有人知道埃博拉病毒在每次大暴發(fā)后潛伏在何處,也沒有人知道每一次埃博拉疫情大規(guī)模暴發(fā)時(shí),第一個(gè)受害者是從哪里感染到這種病毒的?!备吒H缡钦f。
埃博拉是如何進(jìn)行傳播的?高福告訴記者,“埃博拉病毒主要通過人體直接接觸進(jìn)行傳播,也就是說,主要是通過病人的血液、唾液、汗水和分泌物等途徑傳播,但它的致死率真的是非常高,常常令人聞之色變。實(shí)驗(yàn)室檢查常見淋巴細(xì)胞減少、血小板嚴(yán)重減少和轉(zhuǎn)氨酶升高,有時(shí)血淀粉酶也增高?!?
與埃博拉“共處”的日子
2014年3月,神秘的埃博拉再次“突襲”西非,疫情蔓延的速度超乎人們的想象,它的觸角繼而伸向了美國(guó)、歐洲和南亞,發(fā)展成為波及全球的重大公共衛(wèi)生事件,全球病例和死亡數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過之前所有疫情的總和。
全球公共衛(wèi)生安全面臨巨大威脅和考驗(yàn)。
2014年9月16日,中國(guó)政府派出62名工作人員組成首批移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)隊(duì)出征塞那利昂,主要開展實(shí)驗(yàn)室篩查和留觀工作。高福受命擔(dān)任中國(guó)CDC實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)隊(duì)前方工作組副組長(zhǎng),主要負(fù)責(zé)與國(guó)際組織的溝通、外聯(lián)等工作。
高福介紹,他們的隊(duì)伍主要由兩部分人員組成,一是解放軍302醫(yī)院派出的留觀中心,他們就像一個(gè)傳染病醫(yī)院,醫(yī)生護(hù)士的工作和在國(guó)內(nèi)是相似的;還有一個(gè)就是中國(guó)疾病預(yù)防控制中心(CDC)派出的移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)隊(duì),主要工作就是檢測(cè)病料。
檢測(cè)隊(duì)的任務(wù)主要有兩個(gè):其一是檢測(cè)疑似患者。他們參與當(dāng)?shù)刈畛醪±淼暮Y選,確認(rèn)是否感染了埃博拉病毒,“控制疫情的關(guān)鍵是把病人找出來,隔離治療才能阻斷疫情進(jìn)一步蔓延”。其二是檢測(cè)尸體。他們對(duì)每一具尸體都要進(jìn)行醫(yī)學(xué)檢測(cè),“當(dāng)?shù)貑试崃?xí)俗中有許多宗教性儀式,去世的人在下葬前,親友要對(duì)尸體進(jìn)行清洗、撫摸和親吻,而埃博拉病毒會(huì)通過直接接觸傳播,假如一個(gè)死者感染了埃博拉病毒,那么該尸體就不能再按當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗去直接接觸,必須立即火化或者直接埋葬?!?BR> 兩個(gè)多月的時(shí)間,中國(guó)CDC實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)隊(duì)累計(jì)檢測(cè)了1635份血液樣本,收治留觀病例274例。
“檢測(cè)樣本本身就是一個(gè)技術(shù)活,我們的移動(dòng)P3(P3指生物安全防護(hù)三級(jí)實(shí)驗(yàn)室,最高防護(hù)級(jí)別為四級(jí))去了,同事們都是訓(xùn)練有素的專業(yè)人員,工作本身并沒什么障礙。但塞方給我們的提供的病料樣本存在一些問題,有的登記資料不全,有的試管破裂,有的樣本不合標(biāo)準(zhǔn)。為了拿到合適的樣本,我們經(jīng)常需要與塞方反復(fù)溝通?!备吒Uf。
在留觀工作上,中國(guó)團(tuán)隊(duì)也遇到過一些困難與挑戰(zhàn),其中最大的挑戰(zhàn)就是培訓(xùn)當(dāng)?shù)氐淖o(hù)士?!耙皇撬齻兊尼t(yī)學(xué)基礎(chǔ)的確太差;二是她們的防控意識(shí)非常薄弱。培訓(xùn)完了,我們跟她們一起去近距離接觸病人時(shí),她們?nèi)匀缓懿恢匾?,這給我們的醫(yī)護(hù)人員帶來了潛在的被感染的可能性。”
此外,高福還要做一些與國(guó)際組織的溝通工作。他是當(dāng)?shù)貎蓚€(gè)團(tuán)隊(duì)的新聞發(fā)言人,與世界各國(guó)的媒體接觸,包括當(dāng)?shù)氐膹V播站,普及一些疾病預(yù)防與控制的知識(shí)。
工作期間,高福還在《科學(xué)》(Science)雜志上發(fā)表了題為《行走在塞拉利昂大地上》(“On the ground in Sierra Leone”)的現(xiàn)場(chǎng)工作紀(jì)實(shí)文章,并隨后在《自然》(Nature)雜志上發(fā)表關(guān)于埃博拉病毒基因進(jìn)化課題重大研究成果的論文。
揭開“如意”病毒的外衣
在電子顯微鏡下,埃博拉病毒屬成員的形狀宛如中國(guó)古代的“如意”。然而,它卻是“一種引起人類和靈長(zhǎng)類動(dòng)物發(fā)病且致死率很高的生物安全四級(jí)(Biosafety Level 4)烈性病毒”。
“埃博拉病毒是一類囊膜病毒,其對(duì)宿主的入侵可以分成兩個(gè)重要步驟,首先是病毒粘附到宿主細(xì)胞膜表面,然后是病毒通過細(xì)胞內(nèi)吞進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部,形成內(nèi)吞體,在內(nèi)吞體內(nèi),病毒發(fā)生膜融合過程,釋放自身遺傳物質(zhì)?!备吒1硎尽?BR> “所有病毒都不能獨(dú)立存活,必須寄生在活的細(xì)胞里才行,埃博拉病毒也不例外?!备吒T谙蛴浾呓榻B埃博拉病毒的入侵原理時(shí),運(yùn)用了不少生動(dòng)的比喻。
高福說,埃博拉病毒是一種囊膜病毒。它真的非常聰明,善于偽裝自己,總是悄悄地潛入,一旦突破防線進(jìn)入人體細(xì)胞內(nèi),形成內(nèi)吞體,就會(huì)脫下它那靚麗光鮮的“外衣”,與內(nèi)吞體膜上的NPC1分子相結(jié)合,完成入侵人體的過程。
據(jù)高福介紹,前人研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)吞體膜上的NPC1分子是埃博拉病毒入侵所必需的,但是NPC1分子是如何介導(dǎo)病毒入侵的,卻一直是個(gè)未解之謎。
揭秘這一入侵機(jī)制,成為高福團(tuán)隊(duì)研究的主攻方向之一。
“NPC1分子是負(fù)責(zé)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)的多次跨膜蛋白,具有三個(gè)大的腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域(A、C和I)?!备吒Uf:“埃博拉病毒囊膜表面糖蛋白在內(nèi)吞體里經(jīng)過宿主蛋白酶Cathepsin的酶切處理,變成激活態(tài)糖蛋白,暴露出受體結(jié)合位點(diǎn)來與NPC1分子的腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域C發(fā)生相互作用,從而啟動(dòng)后續(xù)的病毒膜融合過程,實(shí)現(xiàn)病毒的感染生活史?!?BR> 同時(shí),高福團(tuán)隊(duì)通過晶體結(jié)構(gòu)分析的方法,率先解析了NPC1分子的腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域C的三維結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)其具有一個(gè)由α螺旋和β折疊組成的球狀核心結(jié)構(gòu)域和兩個(gè)突出來的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
隨后,研究人員解析出激活態(tài)糖蛋白與腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域C的復(fù)合物三維結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)域C主要利用兩個(gè)突出來的環(huán)狀結(jié)構(gòu)插入激活態(tài)糖蛋白頭部的疏水凹槽里,從而發(fā)生相互作用。
“埃博拉病毒表面糖蛋白與NPC1受體結(jié)合后,就像鑰匙插入門鎖,開啟了病毒感染過程?!备吒1硎?,“這一過程在藥物開發(fā)上給全世界科學(xué)家提供了足夠的想象力。換句話說,如果你能設(shè)計(jì)出一把不會(huì)轉(zhuǎn)的鑰匙去堵住鎖孔,就會(huì)阻止這個(gè)病毒感染的過程,從而達(dá)到抗病毒效果?!?BR>“這一發(fā)現(xiàn)預(yù)示著人們能夠針對(duì)激活態(tài)糖蛋白頭部的疏水凹槽設(shè)計(jì)小分子或多肽抑制劑,來阻斷埃博拉病毒的入侵過程。”高福如是說。
傳染病防控關(guān)口應(yīng)前移
2016年1月14日,世界衛(wèi)生組織在日內(nèi)瓦宣布,“利比里亞復(fù)燃的埃博拉疫情已于14日結(jié)束,目前所有已知的埃博拉病毒傳播鏈在西非地區(qū)全部終結(jié)?!?BR>根據(jù)世界衛(wèi)生組織規(guī)定,超過42天沒有新增埃博拉病例即可宣告疫情結(jié)束。這意味著自2014年3月該組織獲知并確認(rèn)此次疫情以來,受埃博拉影響最嚴(yán)重的西非國(guó)家?guī)變?nèi)亞、塞拉利昂和利比里亞首次在至少42天內(nèi)未報(bào)告任何病例。
然而,就在聲明發(fā)布的幾個(gè)小時(shí)后,一名埃博拉病毒感染者在塞拉利昂不幸死亡。該死者成為塞拉利昂自2015年11月7日宣布結(jié)束埃博拉疫情以來的首個(gè)死亡病例。
據(jù)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》的報(bào)道,該死者是一名22歲的女性,是在接近幾內(nèi)亞邊境的Baomoi Luma染病后于Magburaka死亡的。在其死亡后進(jìn)行了一項(xiàng)埃博拉病毒測(cè)試,結(jié)果呈陽(yáng)性,這也讓人們不免擔(dān)心該死者在死亡前曾與其他人發(fā)生過接觸。
既然疫情已經(jīng)結(jié)束了,為什么又出現(xiàn)新的死亡病例了?
高福認(rèn)為,盡管埃博拉病毒的流行階段似乎已經(jīng)結(jié)束,但孤立的感染病例預(yù)計(jì)依然存在。起因可能源于康復(fù)患者體內(nèi)殘存的埃博拉病毒??箵舭2├墓ぷ鞑⑽唇Y(jié)束,強(qiáng)有力的監(jiān)控與應(yīng)對(duì)仍然至關(guān)重要。
“傳染病無國(guó)界,病原微生物既沒有護(hù)照,也沒有簽證,它想去哪兒就去哪兒。防患于未然,將病原控制在原發(fā)地,永遠(yuǎn)都是傳染病防控的‘黃金準(zhǔn)則’?!备吒=ㄗh,我國(guó)傳染病防治應(yīng)關(guān)口前移,真正將實(shí)驗(yàn)室建到傳染病的發(fā)生地,不要等傳染病來了再去應(yīng)對(duì)。
事實(shí)上,早在幾年前歐美等多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家就已進(jìn)行了這樣的戰(zhàn)略布局。
“2004年成立的中國(guó)科學(xué)院上海巴斯德研究所,就是法國(guó)病毒防控關(guān)口遷移的一個(gè)典型代表?!备吒1硎?。
中國(guó)科學(xué)院上海巴斯德研究所是由中國(guó)科學(xué)院、上海市政府和法國(guó)巴斯德研究所三方合作共建的一家科研機(jī)構(gòu)。其研究的重點(diǎn)首先是與中國(guó)密切相關(guān)的疾病,如艾滋病、SARS、流感、乙肝病毒和丙肝病毒引起的肝炎以及人畜共患病,如對(duì)人類健康和生命威脅最大的禽流感和日本腦炎。此外,該研究所在病毒的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究方面已經(jīng)取得重要進(jìn)展,為其在新生突發(fā)病毒性疾病及其治療和預(yù)防領(lǐng)域成為先進(jìn)水平的研究中心奠定了基礎(chǔ)。
“人類與疾病,特別是傳染病的斗爭(zhēng)永無止境??箵舭2├?,是全人類的責(zé)任?!备吒W詈蠛粲酰澜绺鲊?guó)、所有相關(guān)科研機(jī)構(gòu),應(yīng)攜起手來,開展前沿基礎(chǔ)研究,建立完整監(jiān)測(cè)體系,實(shí)施有效防控手段,控制疫情的傳播與流行。
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