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人们和流感的战争已经延续了上千年。自从人类开始使用抗病毒药物和流感疫苗以来,胜利的天平仿佛一度向人类倾斜,但是在"狡猾善变"的流感病毒面前,这些"武器"一不小心就"哑火"了。在凶猛的病毒大军到来之时,我们还有哪些看家"武器"呢?

如果有人要撰写一部流行性感冒编年史的话,那么,2009年一定是不容忽视的一年。继年初中国及东南亚地区连续爆出数十起人感染禽流感个案过后,4月下旬,起源于墨西哥首都墨西哥城的甲型H1N1流感人际间的局部爆发性流行又在一夜之间将恐慌传遍了全球。一日紧过一日的疫情,让科学家也行动起来,希望能找到流感病毒的"命门"所在,力求一击中的。

主动攻击病毒的药物

抗病毒药物自然是最先投入战场的先锋。为了对付流感,人们开发药物的脚步一刻也没有停歇过。要想把凶悍的流感病毒"挑落马下",就必须找到它们的命门。

以金刚烷胺和金刚乙烷为代表的金刚烷胺类药物已经在抗击流感战争中"奋战"多年,这类药物作用的靶点是位于流感病毒外壳处(衣壳)的M2蛋白。病毒繁殖扩增时,需要将自身的遗传物质RNA注入到宿主细胞中,这样才能仰仗宿主的合成系统生产大量的子代病毒。这一注入过程需要M2蛋白作为先遣军开辟一条通道,而金刚烷胺类药物就像铁道游击队一样专门破坏这条通道,这样一来,病毒的繁殖就会受到极大的抑制。不过最近十几年,很多流感毒株的M2蛋白都发生了突变,从而使病毒有了针对金刚烷胺类药物的"铁布衫"。在此次甲型H1N1流感疫情中,金刚烷胺类药物显然已经力不从心了。

自从禽流感以来,我们在媒体中经常提到一个药物名--达菲(Tamifllu),其学名为奥斯他韦(Oseltamivir)。在此次甲型H1N1流感疫情中,达菲也显示了良好的疗效,这是因为它还紧握着流感的另一个命门。流感病毒在宿主细胞内完成复制表达及组装后,会以出芽的形式突出宿主细胞,但是新生病毒与宿主细胞之间的凝血酶-唾液酸连接像一道绳索一样,将二者捆绑在一起。神经氨酸酶具有催化唾液酸水解能力,是解开绳索的关键酶。一旦这条连接绳索被断开,摆脱束缚的新生病毒便可自由侵袭其他健康细胞。达菲在结构上非常类似于神经氨酸,具有强有力的抑制神经氨酸酶的活性。通过抑制神经氨酸酶活性,阻止了新生病毒的释放,从而切断病毒的扩散渠道。附带说一句,这种药物在研发时大量使用的计算机辅助药物设计技术。并且,达菲的主要原料是我们平常吃的大料中所含的莽草酸。不过,达菲已经是经过修饰的的化合物。虽然达菲对流感病毒可以起到很好的抑制作用,但是到目前为止,还没有实验证据显示其原料莽草酸对流感病毒有同样的效果。此外,大料中含有黄樟醚,过量食用可能导致中毒。大量食用大料来对抗流感,未必是个明智的选择。

从金刚烷胺在短时间内败北不难看出,产生能够对抗达菲的病毒只是时间早晚的问题。比较好的解决办法,就是通过注射疫苗,在人体中提前构筑起防御病毒的阵地。这种方法在对抗结核病、乙肝等传染病中发挥了重要作用,并且有些疫苗(如针对结核病的卡介苗)只要接种过,基本上可以达到终生免疫。但是疫苗构筑的阵地却往往防不住新型流感病毒的入侵,这也就是我们每年都需要接种新流感疫苗的原因。

疫苗的缺陷

流感病毒的结构中,抗原性最强的要数其蛋白质外壳上的血凝素和神经氨酸酶。流感病毒侵袭至人体内后,往往是这两种蛋白激起免疫系统的强烈反应。所以,科学家在设计疫苗时,往往把这两个蛋白预设为免疫系统的攻击目标。而疫苗就像是一张为免疫系统下发的通缉令。提前将这两种蛋白注入体内,让免疫系统记住这些"坏人特征",在真正的厉害的"坏人"(流感病毒)侵入人体的时候,免疫系统就会一拥而上,将他们制服。

目前,应用最广泛的流感疫苗就是灭活疫苗。其生产流程是,首先在受精鸡蛋(鸡胚)中培养病毒。之后收集含有病毒的组织,使用福尔马林把其中的病毒通通杀死。最后包含这些病毒尸体的原液分离纯化,经过病毒活性和无菌检测之后,这些病毒原液就可以作为疫苗使用了。流感全病毒灭活疫苗具有较高的免疫原性和相对较低的生产成本,但是,除了血凝素和神经氨酸酶,病毒尸体上的其他结构也会引发免疫系统的反应。因而,在接种过程中,副反应发生率也较高。

为了降低这类影响,科研人员在灭活疫苗的基础上,开发了裂解疫苗。其原理是,利用乙醚等裂解剂将病毒拆开,去除其中核酸及大分子蛋白质,保留抗原有效成分血凝素和神经氨酸酶以及部分基质蛋白(M蛋白)和核蛋白(NP蛋白),经过不同的生产工艺去除裂解剂和纯化有效抗原成分制备而成。在裂解疫苗的基础上,还可以进一步纯化,从而得到更纯的血凝素和神经氨酸酶,这种疫苗可以为免疫系统进一步指明敌人,并且大幅降低副作用。

无论是何种疫苗,在多变的病毒面前,都很快会变成过时的"通缉令"。因为新病毒的面孔,很快就会跟通缉令上的出现差别。在面对新病毒时,人体依然是座不设防的城市。流感病毒变异快的原因,一方面是由于它属于RNA病毒,在增殖复制过程中所依赖的RNA聚合酶自我纠错能力很差,导致子代病毒的基因序列与母代并不完全一致。随着代数的增多,差异就变得越来越大。如果把疫苗与病毒分别比作钥匙和锁,那么突变的日积月累迟早有一天会导致钥匙再也打不开锁。另一方面,流感病毒的基因组是由8个小片段构成,因此在增殖过程中很容易与其他种类的流感病毒发生基因重排,这也增大了病毒变异的概率。

目前在药物和疫苗的帮助下,人类与流感病毒之间形成了某种程度的均衡,但是在双方的对峙中,人类总是处于守势。只有新型毒株出现后,人类才能根据这种毒株的特点,抢在其肆虐之前,选择相应的药物,研发匹配的疫苗。由于流感变异的速度逐渐加快,这使得人类的防守渐呈力有不逮之势。当疫苗通过检验上市之后,它们很快就无法对抗新出现的病毒。

体外制造的"抗体武器"

科学家一直努力试图改变疫苗研发滞后,而无法对抗病毒的被动局面。如果在病毒到来时,无法在人体内及时获得足够的抗原,那最好的出路就是,在病毒入侵之前,在体外准备好足够的对付他们的"武器弹药"。不久前,《自然·结构与分子生物学》杂志刊载了哈佛大学医学院、丹娜-法伯癌症研究所以及加利福尼亚州波纳姆医学研究中心的科学家的发现。通过他们的研究,流感病毒的最重要的命门似乎呈现在我们面前。这一区域位于血凝素结构中的茎干部位,位置隐蔽且氨基酸序列和结构相当保守。虽然人体免疫系统无法察觉到该区域的抗原性,但是完全可以在体外生产出对抗他们的抗体,并且这种保守性存在还可以保证生产出的弹药长期有效。这一结构的发现,为设计"弹药"指明了方向,而单克隆抗体正是合适的备选武器。

抗体这种一向被认为是防病护身的厚实盾牌,在科学家的回春妙手中,它很能成为下一种向病毒发起冲击的进攻利器。旅美中国科学家隋建华介绍说,他们在实验室中对数以亿计的单克隆抗体进行数轮扫描,最终得到的单克隆抗体可以中和多种流感毒株,使之丧失进一步的感染能力。研究人员表示,目前流感病毒的血凝素蛋白共有16种,而这种单克隆抗体就能对付其中的9种,其中就包括在当前流行的H5N1高致病性禽流感以及90年前横行世界的1918年西班牙流感H1N1的血凝素蛋白。另外,这种抗体可以短时间内大量制备,如果与抗病毒药物联合使用的话,可以阻止病毒传播、预防流感。

美国国家过敏和传染病研究所所长安东尼·福奇给予该发现以极高评价,他评论称,这项研究意义重大。在流感暴发而疫苗尚未生产出来之前,这种单克隆抗体将是重要的抗病毒补充药物。 领导这项研究的韦恩·马拉斯克目前计划对这种单克隆抗体开展临床前及临床研究,他认为,这些人单克隆抗体可在流感季节用来治疗免疫能力低、高龄个体和医疗工作者等高危人群。研究者的进一步计划是,利用这一保守区域的特点,开发相应的流感疫苗,并力争未来3年内用于临床试验。马拉斯克还乐观地认为,在未来我们不必再为了越冬而提高免疫力,如果能够措施得当,拥有终身的免疫力并非奢望。

此外,单克隆抗体还能阻断导致疾病的信号通路。在正常的细胞中,细胞行为都要遵循各种调控信号,但是如果一些负责信号转发的关键蛋白出了故障,一些本不应该发出的信号却被传送出去,这时能与这些蛋白特异结合的单克隆抗体就会像一座大坝一样阻断信息流的传递。利用单克隆抗体精确制导的特点,还可以将一些具有治疗作用的物质,如放射性核素、毒素和药物等与其绑在一起这样可以使得药物更加敌我分明,有效地减少药物对正常组织的毒副作用,提高病变细胞的药物摄入量。

单克隆抗体从制备成功到如今不过30余年,但由于"靶向和控制"理念在疾病诊疗上的深入人心,单克隆抗体具备的种种优势使之迅速成为学界和制药业界的新宠。目前有100多种治疗性抗体正在进行临床试验, 500多种抗体处于临床前研究。2004年,只有17家公司直接销售单克隆抗体药物,但随着新产品和新公司的涌入,这一数字到2010年有望增长一倍以上,达到36家,据估计届时单克隆抗体药物的销售额将超过300亿美元,成为生物制药领域的领头羊。目前,获得 FDA批准的抗体药物已经广泛应用于肿瘤、心血管相关疾病、自身免疫性疾病、病毒感染和器官移植等疾病领域的治疗中。随着人们对疾病和单克隆抗体更加深入的了解,相信后者的用途会越来越广泛。单克隆抗体将成为人们对抗流感以及其他疾病的又一种利器。

小知识【单克隆抗体的前世今生】

众所周知,闯进人体的病原体之所以能被免疫系统所识别,是因为这些病原体长着坏人一般的面孔(抗原性),因此有时也将这些病原体称为抗原。有些较大的抗原,比如流感病毒,在结构上有多处区域都具有抗原性,这会招来多国部队--机体对这个大抗原产生的多种抗体--的联合进攻。

要想得到抗体,需要在体外对一种特殊的只生产单一抗体的B淋巴细胞加以培养,从而得到一群相同的细胞(也就是学术所说的"单克隆"),由这群细胞合成的抗体就被称为单克隆抗体。不过,这种B淋巴细胞很难培养,直到1975年英国剑桥大学的德国科学家科勒和阿根廷科学家米尔斯坦才解决了这个问题,为此二人还共同分享了1984年的诺贝尔生理及医学奖。他们利用骨髓瘤细胞可长期在体外生长繁殖的特点,利用细胞工程技术将B淋巴细胞和骨髓瘤细胞合二为一,生产出兼具二者特性的的杂种细胞,既具有B淋巴细胞产生单一抗体的特性,又具有骨髓瘤细胞在体外连续增殖的优点。

第一代单克隆抗体来源于小鼠的B细胞杂交瘤,这种细胞产生的抗体具有鼠源性成分,对于人体免疫系统而言,这种抗体依旧属于外源物质,这使得人的免疫系统会对这种抗体发动攻击,这一致命弱点不但降低了抗体的效能、而且用于人体后会产生人抗小鼠抗体效应,有可能导致严重的后果,因而大大限制了单克隆抗体的应用。随着DNA重组技术、抗体库技术以及转基因小鼠技术的日渐成熟,鼠源单克隆抗体慢慢退出了历史舞台,鼠/人嵌合单克隆抗体、人源化单克隆抗体、人抗体和完全人源化单克隆抗体先后研制成功,其中的鼠源成分也逐渐减少,到如今,完全人源化单克隆抗体已经百分百不含有鼠源成分。上文提到的在对付流感方面具有广谱中和活性的单克隆抗体就是一种人源化抗体。

除了直接对抗病毒,单克隆抗体还可以与其他药物组成免疫偶联物分子,将药物精确释放到需要的组织或者器官。在这种"联合弹药"中,单克隆抗体相当于导弹的制导装置,将所携带的"弹头"引向目标--通常为肿瘤细胞表面的相关抗原或特定的受体。根据不同的用途,"弹头"种类是可以更换的。例如在癌症治疗中,用作"弹头"的物质主要有三类,即放射性核素、药物和毒素。在单克隆抗体引导下,"弹头"会集中攻击病患部位,在尽可能避免损伤健康组织的情况下,达到治愈疾病的目的。

(本文已刊于《牛顿科学世界》2009年6月号。)

图片来源:
Medicine by Darren Hester

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18 Responses to “抗流感“兵器谱””

  1. 蓝天博客说道:

    流感真恐怖。呵呵

  2. LoveecilA说道:

    那天看了百科上说1918年的西班牙流感疫情就是H1N1才知道这东西曾经多么可怕

  3. H1N1说道:

    A H1N1没那么可怕,看美国就知道了~

  4. 屈臣氏说道:

    待家里,哪也别去。

  5. yxy514说道:

    总算可以明确告诉我妈吃大料为什么不能等同于吃药了……某日新闻三十分的后遗症

  6. yyyp说道:

    在环球科学上看到卡介苗只对部分人群部分时间部分结核病有免疫作用
    否则,世界上目前结核病就不会这么肆虐了

  7. crisco说道:

    流感的可怕在于传染性高,速度快

  8. hbchendl说道:

    疾病将永远伴随着人类。这是自然规律。H1N1似乎已经发生了变异,传出墨西哥后与普通流感没太大差别了。所以不是那么可怕了。

  9. 披着松鼠皮说道:

    大事不好。。。。。。我被感染了。。。。。。。。呵呵。。。。开个玩笑。。

  10. yuliya说道:

    附带说一句,这种药物在研发时大量使用的计算机辅助药物设计技术。

    貌似不通。

    还有那个大料是不是八角茴香啊。。。

  11. Zane说道:

    一直潜水看松鼠。。。这次想冒出来问个问题。。
    朋友给我看过一篇文章,说是 达菲(Tamifllu) 在日本早就禁止销售了。
    之前在流感出现前,达菲作为治疗普通流感的药,在日本引起了好多例精神幻觉。。(应该是产生幻觉之类的,具体忘记了。。),所以在日本早就禁止销售了。。
    然后出现了这次的流感。。。又变成“特效”药物了。。(日本情况不确定,应该还是不允许用吧)

    所以想问问有没有制药的松鼠,给大家说一下,达菲到底怎么回事?好像国内也是用达菲吧。。

  12. michael说道:

    已转至HealthWeNeed网站
    http://healthweneed.com/

  13. winnie说道:

    单克隆抗体看起来一劳永逸呀,这个保守序列在选择下也会变异吧。

  14. 靳庆年说道:

    “这种药物在研发时大量使用的计算机辅助药物设计技术.”应该为“这种药物在研发时大量使用了计算机辅助药物设计技术”。

  15. 月光夏说道:

    呵呵,看过几篇文章后终于对流感有了大略的了解了,这几天闹得人心惶惶的

  16. seo说道:

    nofollow在网站seo权重分配中的起着重要的作用

  17. seo论坛说道:

    微博出现后,seo行业出现了不少关于微博推广的话题。

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