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丙型肝炎|三科學(xué)家獲2020年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

2020年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給發(fā)現(xiàn)丙肝病毒的三位科學(xué)家

- 編者按 -
肝炎的發(fā)生可追溯到公元前,但人們對(duì)于肝炎的研究、預(yù)防和治療卻一直要等到20世紀(jì)才有所進(jìn)展?,F(xiàn)在人們耳熟的甲、乙、丙肝的分類,從命名上也可知最晚被發(fā)現(xiàn)的是丙肝病毒。該肝炎病毒最初被命名為 “非甲非乙肝炎”,但到其病原體被正式鑒定并更名為丙肝病毒(HCV),其間離不開至少三位病毒學(xué)家的努力,分別是奧爾特(Harvey James Alter)、霍頓(Michael Houghton)和查爾斯·萊斯(Charles M. Rice)。
新冠疫情肆虐之年,三人共同獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng),獲獎(jiǎng)理由為“為他們發(fā)現(xiàn)丙肝病毒”,這是對(duì)人類抗擊傳染病所做努力的極大鼓舞。
不過,有科學(xué)家表示,此次諾獎(jiǎng)忽略了布拉德利(Daniel W. Bradley)的工作,布拉德利1971年起在美國(guó)CDC工作,曾與邁克爾·霍頓一起工作,于1989年協(xié)助分離了丙型肝炎病毒。布拉德利1992年獲得美國(guó)血庫(kù)協(xié)會(huì)卡爾·蘭德斯坦納紀(jì)念獎(jiǎng),1993年獲得羅伯特·科赫獎(jiǎng),2013年獲得蓋爾德納基金會(huì)國(guó)際獎(jiǎng)。
本文不僅講述了HCV的發(fā)現(xiàn)過程,還道出了科學(xué)家們幾十年間為研發(fā)丙肝疫苗、藥物等疾病預(yù)防和治療做出的不懈努力。

撰文 | 郭曉強(qiáng)

編輯 | 靳亞男


●         ●         ●
2020年醫(yī)學(xué)諾獎(jiǎng)得主,他們都是誰?


2020年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主 哈維·奧爾特

哈維·奧爾特(Harvey James Alter),1935年生于美國(guó)紐約。在20世紀(jì)70年代,奧爾特與其研究小組證明,大多數(shù)輸血后肝炎病例不是由甲型和乙型肝炎引起的。通過對(duì)黑猩猩的傳播研究表明,最初由稱為“非甲非乙肝炎”的新型肝炎引起的感染,且病原體可能是病毒。也因此,奧爾特曾被授予美國(guó)“公共衛(wèi)生服務(wù)杰出服務(wù)獎(jiǎng)?wù)隆?,以?000年拉斯克臨床醫(yī)學(xué)研究獎(jiǎng)。

2020年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主 邁克爾·霍頓
 
邁克爾·霍頓(Michael Houghton),英國(guó)病毒學(xué)家。對(duì)丙型肝炎的發(fā)現(xiàn)有助于HCV診斷試劑的快速開發(fā),僅在美國(guó),抗體測(cè)試每年至少預(yù)防了四萬例新發(fā)感染。2013年,他成為第一個(gè)拒絕領(lǐng)取蓋爾德納國(guó)際獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)?,在談及原因時(shí)表示,這是因?yàn)樵摢?jiǎng)項(xiàng)沒有頒發(fā)給團(tuán)隊(duì)中另外兩名重要研究人員朱桂霖(Qui-Lim Choo)和郭勁宏(George Kuo)。
 
2020年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主 查爾斯·萊斯(Charles M. Rice)

查爾斯·萊斯(Charles M. Rice),生于1952年,是美國(guó)病毒學(xué)家,洛克菲勒大學(xué)病毒學(xué)教授,主要研究領(lǐng)域?yàn)楸透窝撞《?。他與Ralf FW Bartenschlager和Michael J. Sofia共同獲得2016年拉斯克臨床醫(yī)學(xué)研究獎(jiǎng)。

丙肝病毒,是如何發(fā)現(xiàn)的?

丙肝疫苗經(jīng)歷了三十年的研究歷程,至今尚未開發(fā)成功,與HIV疫苗、流感病毒疫苗一起,被當(dāng)做疫苗開發(fā)失敗的三大典型。

疫苗開發(fā)失敗不得不促使科研人員嘗試治療藥物的研發(fā),但道路同樣充滿荊棘。直至2013年12月6日,美國(guó)FDA正式批準(zhǔn)PSI-7977聯(lián)合病毒唑用于丙型肝炎的治療。PSI-7977聯(lián)合干擾素和病毒唑,或只聯(lián)合病毒唑進(jìn)行12周治療,丙肝患者可達(dá)到治愈效果,如此神奇效果幾乎令人難以置信,畢竟艾滋病等抗病毒治療只能控制病情而無法治愈。


肝炎,顧名思義,就是一種發(fā)生于肝臟的炎癥性疾病。早在公元前希波克拉底時(shí)代就對(duì)肝炎進(jìn)行過描述,當(dāng)時(shí)稱為“流行性黃疸”。第二次世界大戰(zhàn)期間,通過輸血和黃熱病疫苗注射等途徑,肝炎在軍隊(duì)中大爆發(fā),從而引起了極大關(guān)注。

1947年,英國(guó)肝臟病專家麥卡倫(F.O. MacCallum)通過分析得出結(jié)論:至少存在兩類肝炎,一類經(jīng)由糞便傳播,稱為A型肝炎(甲肝);另一類通過血液傳播,稱為B型肝炎(乙肝)。這一論斷奠定了肝炎研究的基礎(chǔ)和方向。

01

肝炎病毒的發(fā)現(xiàn)


若想預(yù)防或治療肝炎,首要一步是找到病原體。在麥卡倫得出關(guān)于肝炎的論斷之后的十余年間,世界各地多家實(shí)驗(yàn)室研究人員進(jìn)行了嘗試,但均未成功。1960年代中期,研究一度陷入僵局,大多研究者都不對(duì)肝炎前景持樂觀態(tài)度。此時(shí),一個(gè)的偶然發(fā)現(xiàn)改變了這一現(xiàn)狀。之所以說偶然,是因?yàn)橹魅斯某踔圆⒎茄芯扛窝住?br>

巴魯克·塞繆爾·布倫博格(Baruch Samuel Blumberg)是一位兼具醫(yī)學(xué)和生物化學(xué)背景的科學(xué)家,他最初感興趣的課題是不同人群患病差異背后的原因,為此從世界各地收集了大量血樣標(biāo)本。1963年,布倫博格篩選血樣時(shí)意外發(fā)現(xiàn)一位血友病患者的血清(含抗體)可與一位澳大利亞原住民的血液發(fā)生抗原-抗體反應(yīng),從而將血液中的這種未知成分稱為澳大利亞抗原(Australia antigen, Au),簡(jiǎn)稱澳抗。

布倫博格最初認(rèn)為澳抗是血友病標(biāo)志物,進(jìn)一步篩查發(fā)現(xiàn)大量乙肝患者血液澳抗也呈陽(yáng)性,最終確定澳抗是乙肝病毒的成分,改名為乙肝病毒抗原,但“澳抗”一名仍沿用至今。布倫博格的發(fā)現(xiàn)為乙肝病毒的研究掃清了障礙,他也因這一發(fā)現(xiàn)分享了1976年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

1973年,美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health, NIH)科學(xué)家在芬斯頓(Steven Feinstone)的領(lǐng)導(dǎo)下從囚犯糞便中鑒定出了甲肝病毒,至此,已知的兩類肝炎病毒均已被發(fā)現(xiàn)。

兩種病毒的鑒定具有重要意義。首先是檢測(cè)方法的建立,為減少病毒污染提供了保證,如1977年美國(guó)因乙肝病毒引起的肝炎的血液傳播比例幾乎降低為零;其次是疫苗開發(fā)成功,80年代前后,美國(guó)微生物學(xué)家希爾曼(Maurice Hilleman)先后研制出甲肝和乙肝疫苗,進(jìn)一步強(qiáng)化了肝炎的預(yù)防成果。

就在大家信心百倍,認(rèn)為肝炎問題基本解決,以后可高枕無憂的時(shí)候,新問題出現(xiàn)了。
02

丙肝病毒的發(fā)現(xiàn)


奧爾特(Harvey James Alter)是一位內(nèi)科醫(yī)生和病毒學(xué)家,和布倫博格一同參與澳抗發(fā)現(xiàn),他于1970年代加入NIH參與血庫(kù)質(zhì)控工作,以減少肝炎通過輸血傳染。

然而,奧爾特在工作中發(fā)現(xiàn),盡管去除了乙肝病毒,輸血仍可導(dǎo)致很大比例的肝炎發(fā)生,對(duì)這些感染患者進(jìn)行甲肝和乙肝病毒檢測(cè),結(jié)果也均為陰性,從而否定了病毒漏檢。1975年,奧爾特將這種新型肝炎命名為“非甲非乙肝炎” ,為慎重考慮并未直接稱丙肝。奧爾特與他人合作借助黑猩猩進(jìn)行實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步證明了導(dǎo)致這種肝炎的病毒是一種新型病毒。

新型肝炎的發(fā)現(xiàn)促使全世界科學(xué)家開始尋找病原體。最初樂觀估計(jì)很快就可完成病毒鑒定,但一找就是十幾年。

1987年,美國(guó)凱龍公司(Chiron Corporation)霍頓(Michael Houghton)小組和疾控中心布拉德利(Daniel W. Bradley)合作采用分子克隆的方法發(fā)現(xiàn)了一種新型病毒。1988年,奧爾特團(tuán)隊(duì)證實(shí)這種新型病毒存在于非甲非乙肝炎患者的血樣品中。1989年,霍頓小組正式鑒定出這種新型病毒,并更名為丙肝病毒(HCV)。

HCV的發(fā)現(xiàn)是丙肝研究史上第一次突破,不久就建立了HCV病毒檢測(cè)方法,最大程度地避免了疾病的傳染。1990年,血庫(kù)開啟常規(guī)丙肝測(cè)試,1992年進(jìn)一步啟用高靈敏檢測(cè)方法,從而使HCV基本從血庫(kù)中消除,減少了丙肝通過輸血傳播。

幾位科學(xué)家也因這一貢獻(xiàn)而獲得了科學(xué)界的諸多獎(jiǎng)勵(lì)(圖1)。2000年,奧爾特和霍頓分享了著名的美國(guó)拉斯克臨床醫(yī)學(xué)獎(jiǎng);2013年,奧爾特和布拉德利分享了加拿大蓋爾德納國(guó)際獎(jiǎng)(霍頓本人拒絕)。


圖1. 三位著名HCV發(fā)現(xiàn)者(圖片來自拉斯克獎(jiǎng)和加德納獎(jiǎng)網(wǎng)站)

03

HCV體外培養(yǎng)系統(tǒng)的建立


HCV病毒的發(fā)現(xiàn)雖可減少傳染機(jī)會(huì),但并未從根本上消除丙肝,而疫苗和藥物的開發(fā)才是根本,若想解決這些問題首先需對(duì)這一新型病毒有全面的了解。

美國(guó)著名病毒學(xué)家萊斯(Charles Rice),90年代初著手研究HCV的基本特征和生存模式。初期,萊斯小組發(fā)現(xiàn)HCV難以在黑猩猩肝細(xì)胞中增殖的原因在于其基因組部分特殊結(jié)構(gòu)未被完全認(rèn)識(shí),經(jīng)過彌補(bǔ)這些缺陷,他們最終于1997年首先在黑猩猩體內(nèi)實(shí)現(xiàn)了HCV的大規(guī)模制備,為認(rèn)識(shí)這種新型病毒打開了一扇大門。然而,由于黑猩猩飼養(yǎng)和費(fèi)用等諸多問題,不適宜做大規(guī)模研究,因此很有必要開發(fā)更為簡(jiǎn)易的HCV培養(yǎng)系統(tǒng)。

巴特斯切勒(Ralf Bartenschlager)是德國(guó)海德堡大學(xué)的病毒學(xué)家,他與學(xué)生洛曼(Volker Lohmann)對(duì)HCV也有著濃厚的興趣。洛曼對(duì)建立HCV培養(yǎng)系統(tǒng)信心滿滿,冒著無法正常畢業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)選擇了該研究課題,頗有 “破釜沉舟” 的氣勢(shì)。經(jīng)過多次嘗試,最終于1999年在萊斯發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上開發(fā)出了一種可在人肝癌細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行繁殖的HCV體外培養(yǎng)系統(tǒng),極大地簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作。由于可從體外培養(yǎng)的肝癌細(xì)胞中快速獲取大量HCV,因此,極大地推動(dòng)了HCV的各項(xiàng)研究。

借助體外培養(yǎng)技術(shù),科學(xué)家對(duì)HCV病毒特征、生活周期、致命弱點(diǎn)(可作為藥物治療的靶點(diǎn))有了清晰的認(rèn)識(shí),為接下來的疫苗開發(fā)和藥物研制奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。萊斯和巴特斯切勒也由于這一貢獻(xiàn)而分享了2016年美國(guó)拉斯克臨床醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)(圖2)。


圖2. HCV體外培養(yǎng)建立者(圖片來自拉斯克獎(jiǎng)網(wǎng)站)

04

小刀初試


疫苗研發(fā)被認(rèn)為是解決HCV的基本問題,遺憾的是HCV高度可變,這為疫苗開發(fā)帶來了巨大挑戰(zhàn)。三十年的研究歷程說明丙肝疫苗研究的難度巨大,也因丙肝疫苗至今尚未開發(fā)成功,與HIV疫苗、流感病毒疫苗一起,被當(dāng)做疫苗開發(fā)失敗的三大典型。

疫苗開發(fā)失敗不得不促使科研人員嘗試治療藥物的研發(fā),但道路同樣充滿荊棘。丙肝治療早在HCV鑒定前就已開始,80年代中期應(yīng)用α-干擾素治療取得了一定效果,1992年,F(xiàn)DA正式批準(zhǔn)α-干擾素應(yīng)用于丙肝治療;1998年,F(xiàn)DA進(jìn)一步批準(zhǔn)α-干擾素聯(lián)合病毒唑(利巴韋林)治療丙肝。這種治療方案存在諸多問題,如治愈率低、易復(fù)發(fā)、耐藥性大、副作用多等。盡管存在這些不足,但在 “無藥”可用的狀況下,作為權(quán)宜之計(jì)采用,并成為隨后二十余年標(biāo)準(zhǔn)的治療模式,直到新藥誕生。

1998年,美國(guó)埃默里大學(xué)(Emory University)兩位科學(xué)家沙尼茲(Raymond schanizi)和萊奧塔(Dennis Liotta)成立了一家小型制藥公司——法瑪賽特(Pharmasset),致力于抗病毒藥物的開發(fā),丙肝藥物屬于重要組成部分。

圖3. 索非布韋抑制丙肝病毒作用原理


對(duì)HCV而言,其致病機(jī)理并不復(fù)雜,那就是永不停息地繁殖。對(duì)親代HCV而言,繁殖的關(guān)鍵一步在于給子代病毒制備出一套遺傳物質(zhì)(RNA),RNA的制造需四種原料,分別為ATP、GTP、CTP和UTP,然后在一種被稱為RNA聚合酶的幫助下完成。如能找到一種理想的原料類似物,該物質(zhì)在HCV制造下一代RNA時(shí)“蒙騙”過RNA聚合酶并“以假亂真”地代替正常原料摻入,一旦操作成功則可導(dǎo)致RNA制造的失敗,HCV就喪失繁殖能力,好似 “絕育” 一般,疾病自然得以治療。這一策略可稱為 “移花接木”,開發(fā)出的藥物被稱為核苷酸類似物。這在藥物研究史上不乏先例,如1987年第一個(gè)被批準(zhǔn)用于艾滋病治療的疊氮胸苷(AZT),又名齊多夫定,就是一種核苷酸類似物。

為此,法瑪賽特開始借助HCV體外培養(yǎng)系統(tǒng)篩選具有抑制HCV的RNA制造作用的核苷酸類似物,將這些候選物統(tǒng)稱法瑪賽特小分子抑制劑(Pharmasset small inhibitor, PSI),并對(duì)不同化合物進(jìn)行編號(hào)。在化學(xué)家克拉克(Jeremy Clark)的帶領(lǐng)下,最終篩到PSI-6130,該物質(zhì)可在肝細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)換為一種和UTP非常相似的化合物(相似到傻傻分不清楚),最終達(dá)到抑制HCV繁殖的目的(圖3)。法瑪賽特公司隨后在動(dòng)物模型上進(jìn)行測(cè)試,效果出奇理想,幾乎完全抑制了HCV的繁殖,并幾無副作用。

這一喜人成績(jī)自然促使法瑪賽特開展Ⅰ期臨床,但這次結(jié)果卻令人沮喪??诜蟮腜SI-6130很大比例在腸道內(nèi)被代謝失活,無法進(jìn)入人體發(fā)揮療效,從而意味著PSI-6130沒有臨床實(shí)用價(jià)值。眼看這一 “完美”化合物就要胎死腹中,關(guān)鍵時(shí)刻一位科學(xué)家的加入挽救了PSI-6130的命運(yùn)。
05

斬獲成功


索非亞(Michael Sofia)擁有雄厚的化學(xué)背景,這是他最終取得成功的關(guān)鍵。1980年,索非亞獲得康奈爾大學(xué)化學(xué)學(xué)士學(xué)位;1984年又獲得伊利諾伊大學(xué)香檳分校有機(jī)化學(xué)博士學(xué)位,主要研究絲氨酸蛋白酶抑制劑設(shè)計(jì)、合成及作用機(jī)制,為將來藥物研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。索非亞一直對(duì)藥物研發(fā)充滿興趣,隨后職業(yè)生涯也主要在公司度過。1986年開始,索非亞先后在利來公司、百時(shí)美施貴寶公司等開展新藥研究,參與了降低膽固醇、治療哮喘相關(guān)炎癥等藥物的開發(fā)過程,這些豐厚的履歷為下一步的成功提供了保證。

2005年,索非亞離開百時(shí)美施貴寶,加入了成立不到十年的小公司法瑪賽特。這次決定在外人看來有些不解,但索非亞卻對(duì)將來充滿信心。索非亞覺得大公司在藥物研發(fā)方面過于死板,不適合創(chuàng)新,反而一些小公司“船小好調(diào)頭”,更適于新藥研發(fā)。當(dāng)然,這也冒著極大的風(fēng)險(xiǎn),但高風(fēng)險(xiǎn)往往會(huì)帶來高回報(bào),為激發(fā)自己潛能,索非亞義不容辭地辭掉了令人羨慕的大公司工作。后續(xù)發(fā)展表明這一抉擇無比正確。

索非亞首先對(duì)公司新藥研發(fā)的狀況進(jìn)行了全面的了解,對(duì)暫時(shí) “陷入困境” 的PSI-6130產(chǎn)生了濃厚的興趣。經(jīng)過細(xì)致入微地分析后得出結(jié)論:PSI-6130很值得 “搶救”。在索非亞眼中,PSI-6130是一個(gè)好的候選藥,但結(jié)構(gòu)存在問題,最大的問題在于無法有效地到達(dá)指定部位(受HCV感染的肝細(xì)胞),因此只要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾,能順利通過藥物吸收和運(yùn)輸過程的重重關(guān)卡即可。

索非亞隨后啟動(dòng)PSI-6130升級(jí)計(jì)劃,制造出了一系列PSI-6130的修飾物,并試圖從中篩選出更加完美的化合物。經(jīng)過兩年努力,最終于2007年發(fā)現(xiàn)了PSI-7977。臨床試驗(yàn)顯示PSI-7977具有理想的吸收效果,并且能在肝臟中代謝出PSI-6130以發(fā)揮療效。進(jìn)一步大規(guī)模臨床實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),PSI-7977聯(lián)合干擾素和病毒唑,或只聯(lián)合病毒唑進(jìn)行12周治療,丙肝患者可達(dá)到治愈效果,如此神奇效果幾乎令人難以置信,畢竟艾滋病等抗病毒治療只能控制病情而無法治愈。

2013年12月6日,美國(guó)FDA正式批準(zhǔn)PSI-7977聯(lián)合病毒唑用于丙型肝炎的治療,擯棄了干擾素是一個(gè)巨大進(jìn)步。為紀(jì)念索非亞在PSI-7977開發(fā)過程中的重要貢獻(xiàn),而將該分子重新命名為索非布韋(sofosbuvir,也有翻譯為索福布韋等其他名字)(圖4),商品名索瓦迪(Sovaldi)。索非亞也因?yàn)檫@一重大貢獻(xiàn)分享了2016年美國(guó)拉斯克臨床醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。


圖4. 索非亞和索非布韋(圖片來自拉斯克獎(jiǎng)網(wǎng)站)


06

意義巨大


著名制造公司吉利德(Gilead)敏銳地抓住了商機(jī),于2011年11月以112億美元收購(gòu)了法瑪賽特,索非布韋順理成章地成為吉利德公司的主打藥物。索非布韋的銷售為吉利德公司帶來滾滾財(cái)源。2014年第一季度索非布韋銷售額就超過了20億美元,而全年的銷售額更是高達(dá)100億美元。吉利德乘勝追擊,在索非布韋的基礎(chǔ)上開發(fā)出了一系列丙肝治療組合藥,從而達(dá)到了進(jìn)一步提升治療效果的目的。

索非布韋的推出無疑為眾多丙肝患者帶來了福音。丙肝死亡人數(shù)在美國(guó)曾一度超越艾滋病死亡人數(shù),12周用藥(每天1片索非布韋及其他聯(lián)合藥)就可實(shí)現(xiàn)丙肝的治愈,使這種長(zhǎng)期無疫苗可用、無特效藥物治療的疾病從根本上得以解決。因?yàn)椴糠直位颊呖蛇M(jìn)一步發(fā)展為肝硬化和肝癌,所以索非布韋在一定程度上也可看作肝癌預(yù)防藥。

目前,全球有一億多丙肝患者,我國(guó)也有一千多萬患者,世界衛(wèi)生組織于2016年宣布15年內(nèi)(到2030年)根本性地消除病毒性肝病,索非布韋必然將對(duì)此做出重要貢獻(xiàn)。


圖5. 1999年丙肝在全球的流行情況


雖然索非布韋作為丙肝治療神藥得到了眾多患者的稱贊,但高昂的費(fèi)用仍讓許多丙肝患者望而卻步。在美國(guó),為期12周的索非布韋治療花費(fèi)高達(dá)8.4萬美元,這是許多家庭都較難接受的價(jià)格??上驳氖牵壳坝《纫延蟹轮扑庝N售,價(jià)格只有800到1000美元(一個(gè)治療周期),從而為眾多發(fā)展中國(guó)家的丙肝患者帶來了希望。

目前各方都在積極努力,以使盡可能多的丙肝患者承受得起索非布韋的價(jià)格,從而使這一神藥最大程度地實(shí)現(xiàn)造福人類的目的。
 

 參考資料

[1] 郭曉強(qiáng).乙肝澳抗發(fā)現(xiàn)者———巴魯克·塞繆爾·布倫博格.自然雜志,2012,34(5):308-310.
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 制版編輯 | 盧卡斯

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