吳艷花 王培剛 安 靜

(首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)系，北京 100069)

2020年10月5日，瑞典卡羅琳斯卡醫(yī)學(xué)院將2020年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)分別授予美國(guó)病毒學(xué)家哈維·奧爾特(Harvey J.Alter)、查爾斯·賴(lài)斯(Charles M.Rice)以及英國(guó)生物學(xué)家邁克爾·霍頓(Michael Houghton)，以表彰他們?cè)谘葱愿窝椎难芯恐械摹皼Q定性貢獻(xiàn)”，即鑒定出一種新型病毒——丙型肝炎病毒(hepatitis C virus,HCV)。HCV是有包膜的單股正鏈RNA病毒，屬于黃病毒科丙型肝炎病毒屬。HCV感染呈全球性分布，主要經(jīng)血或血制品傳播。HCV感染的重要特征是易于慢性化，如未及時(shí)治療，急性期后約有50%～80%發(fā)展為慢性感染者，其中15%～30%可進(jìn)一步發(fā)展為肝硬化和原發(fā)性肝細(xì)胞癌[1]。3位獲獎(jiǎng)?wù)叩陌l(fā)現(xiàn)，揭示了慢性肝炎的病因，使得血液篩查HCV成為可能，消除了許多地區(qū)的輸血后肝炎，極大地改善了全球健康狀況；同時(shí)，他們的發(fā)現(xiàn)也極大地推動(dòng)了針對(duì)丙型肝炎的抗病毒藥物的快速研發(fā)，為根除世界人口中HCV感染帶來(lái)了希望。本文就獲獎(jiǎng)科學(xué)家及其成就和深遠(yuǎn)影響做一簡(jiǎn)要介紹。

1 哈維·奧爾特(Harvey J.Alter)簡(jiǎn)介及主要成就

1.1 哈維·奧爾特簡(jiǎn)介

哈維·奧爾特(圖1)1935年生于美國(guó)紐約，1956年獲羅徹斯特大學(xué)文學(xué)學(xué)士學(xué)位，4年后又在該校獲醫(yī)學(xué)學(xué)位。1961年，哈維·奧爾特在美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health,NIH)擔(dān)任臨床助理。1963年與后來(lái)的諾貝爾獎(jiǎng)得主巴魯克·布倫博格(Baruch Blumberg)共同發(fā)現(xiàn)了乙型肝炎病毒的表面抗原-即澳大利亞人抗原。1969年擔(dān)任NIH臨床中心的輸血醫(yī)學(xué)系高級(jí)研究員。因其在HCV發(fā)現(xiàn)方面的卓越貢獻(xiàn)，哈維·奧爾特獲2000年拉斯克臨床醫(yī)學(xué)研究獎(jiǎng)和2013年蓋爾德納國(guó)際獎(jiǎng)。

圖1 Harvey J.Alter

1.2 哈維·奧爾特的主要成就

20世紀(jì)60年代，美國(guó)絕大多數(shù)血液來(lái)自于有償獻(xiàn)血者，而外科手術(shù)需要接受輸血的患者當(dāng)中，近半數(shù)出現(xiàn)肝炎癥狀。1964年，美國(guó)科學(xué)家巴魯克·布倫博格和哈維·奧爾特首次在澳大利亞土著人血液中發(fā)現(xiàn)了澳大利亞抗原即乙肝病毒表面抗原[2]，并明確了此抗原與乙型肝炎的相關(guān)性。此后美國(guó)開(kāi)始重視對(duì)血液的篩查，輸血后肝炎因此顯著減少。由于這一發(fā)現(xiàn)，巴魯克·布倫博格獲得了1976年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。這一研究成果對(duì)后來(lái)的HCV的發(fā)現(xiàn)，起到了重要的推動(dòng)作用。

1970年，哈維·奧爾特及其同事研究輸血后肝炎發(fā)病率時(shí)發(fā)現(xiàn)：排除乙肝陽(yáng)性獻(xiàn)血者和商業(yè)因素后，仍有3.7/1 000的病例發(fā)生了輸血后肝炎，提示除乙肝病毒外還有其他病原體引起輸血后肝炎[3]。1973年，甲型肝炎病毒被發(fā)現(xiàn)[4]。在排除甲型肝炎病毒在輸血相關(guān)性肝炎發(fā)病中的作用后，哈維·奧爾特指出,這些輸血后肝炎是獨(dú)立于甲型和乙型肝炎的另外一種類(lèi)型的肝炎[5]。1978年，哈維·奧爾特和他的同事們發(fā)現(xiàn)，將此類(lèi)肝炎患者的血液輸給黑猩猩，可引起與人類(lèi)疾病相似的癥狀[6]，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)未知的病原體具有病毒的特征。于是，哈維·奧爾特將其定義為“非甲非乙型肝炎” (“non-A,non-B” hepatitis)即后來(lái)的丙型肝炎。在探究“非甲非乙型肝炎”病原體的道路中，哈維·奧爾特歷經(jīng)曲折，曾以“只見(jiàn)乙肝表面抗原，不見(jiàn)森林”的小詩(shī)表達(dá)自己憂(yōu)郁失望的心情，“我想我將永遠(yuǎn)看不到，非甲非乙病毒的面貌，只知它要去肝臟里找，但我怎么都找不著；我們總是怪罪這種病毒，但名字外我們所知一無(wú)，抗原或DNA都檢測(cè)乏術(shù)，找到它我們沒(méi)有思路”。在小詩(shī)的最后，哈維·奧爾特祈求天上的“肝臟之神”保佑，盡快找到這種病毒。因此，哈維·奧爾特也被譽(yù)為愛(ài)寫(xiě)詩(shī)的科學(xué)家。

2 邁克爾·霍頓(Michael Houghton)簡(jiǎn)介及主要成就

2.1 邁克爾·霍頓簡(jiǎn)介

邁克爾·霍頓(圖2)出生于英國(guó)，生物化學(xué)家。1972年于東英吉利大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，1977年在倫敦大學(xué)國(guó)王學(xué)院獲生物學(xué)博士學(xué)位。1982年，邁克爾·霍頓就職于G.D.Searle &Company(現(xiàn)為輝瑞制藥子公司)，隨即成為希龍公司非甲非乙型肝炎部主管。目前為加拿大卓越研究員計(jì)劃病毒學(xué)研究員、加拿大阿爾伯塔大學(xué)教授，并兼任李嘉誠(chéng)應(yīng)用病毒學(xué)研究所所長(zhǎng)，主攻病毒學(xué)。2000年，霍頓與奧爾特共同獲得拉斯克獎(jiǎng)。2013年，霍頓與奧爾特再次獲蓋爾德納國(guó)際獎(jiǎng)，但因獎(jiǎng)項(xiàng)沒(méi)有頒發(fā)給他的兩名重要合作者，霍頓拒絕領(lǐng)獎(jiǎng)。

圖2 Michael Houghton

2.2 邁克爾·霍頓的主要成就

在哈維·奧爾特及其同事發(fā)現(xiàn) “非甲非乙型肝炎”具有傳染性，且進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)該未知的病原體具有病毒特征之后，科學(xué)家們投入大量精力，按經(jīng)典病毒學(xué)方法進(jìn)行病毒分離，然而在其后的十幾年研究中一無(wú)所獲。20世紀(jì)80年代后，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，科學(xué)家在 “先看到病毒，再研究其核酸和蛋白”的傳統(tǒng)研究未果的情況下，改變研究策略：從核酸研究著手。邁克爾·霍頓和他的同事利用分子生物學(xué)的方法提取了感染黑猩猩血液中的病毒基因片段，進(jìn)行克隆，并利用患者血清來(lái)鑒定。當(dāng)時(shí)分子生物學(xué)技術(shù)剛剛起步，利用這種新興的、尚不成熟的技術(shù)克隆未知病毒基因組面臨極大挑戰(zhàn)。最終，他們?cè)?00多萬(wàn)個(gè)克隆中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)陽(yáng)性克隆。序列分析表明，這是一種新型的RNA病毒，可以編碼數(shù)種結(jié)構(gòu)蛋白C、E1、E2和非結(jié)構(gòu)蛋白NS1-NS5B，與黃病毒家族有較近的親緣關(guān)系。1989年，該病毒被正式命名為丙型肝炎病毒[7]。HCV的發(fā)現(xiàn)是病毒學(xué)研究史上第一個(gè)在沒(méi)有看到病毒顆粒的條件下被確認(rèn)的人類(lèi)病毒。病毒抗原分子克隆技術(shù)的建立為進(jìn)一步生產(chǎn)針對(duì)HCV的抗體,進(jìn)而研發(fā)診斷試劑提供了支撐。另外，此項(xiàng)研究把發(fā)現(xiàn)新病毒及檢測(cè)病毒的技術(shù)從細(xì)胞水平推進(jìn)到分子水平，故具有重要的里程碑意義。

3 查爾斯·M·賴(lài)斯(Charles M.Rice)簡(jiǎn)介及主要成就

3.1 查爾斯·賴(lài)斯簡(jiǎn)介

查爾斯·賴(lài)斯(圖3)，美國(guó)病毒學(xué)家，1952年出生于美國(guó)薩克拉門(mén)托。1974年，在加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校獲動(dòng)物學(xué)學(xué)士學(xué)位；1981年，獲加州理工學(xué)院博士學(xué)位。1986年在圣路易斯的華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院擔(dān)任助理教授，2001年晉升為教授?，F(xiàn)為美國(guó)洛克菲勒大學(xué)的教授。其主要致力于HCV的研究。自2001年起，查爾斯·賴(lài)斯兼任美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局、美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生院和世界衛(wèi)生組織委員。2016年獲拉斯克獎(jiǎng)。

圖3 Charles M.Rice

3.2 查爾斯·賴(lài)斯的主要成就

根據(jù)科赫法則：要證明HCV是不明原因輸血后肝炎的病因，除了以上研究者的發(fā)現(xiàn)——即在每一病例中均出現(xiàn)相同的病原體基因片段、而在健康者體內(nèi)均不存在之外——還需要證明用這種病原體的純培養(yǎng)物接種健康而敏感的動(dòng)物能夠引起相似的臨床癥狀，并且還能從受試發(fā)病的動(dòng)物中分離獲得該病原體。這個(gè)要求對(duì)于難以培養(yǎng)的HCV來(lái)說(shuō)極為困難，因?yàn)榭茖W(xué)家不得不面對(duì)HCV只有基因而沒(méi)有純化病毒顆粒的困境。此前從未有研究嘗試單純利用病毒基因組去滿(mǎn)足科赫法則，然而查爾斯·賴(lài)斯及其同事接受了這個(gè)挑戰(zhàn)，他們利用基因工程的方法，將包括病毒復(fù)制關(guān)鍵區(qū)域的HCV基因組RNA注射到黑猩猩的肝臟中，結(jié)果在血液中順利檢測(cè)到了病毒，并觀(guān)察到與慢性肝炎患者類(lèi)似的病理變化，由此獲得了HCV正是引起不明原因輸血后肝炎的病原體的鐵證[8]。

4 HCV的發(fā)現(xiàn)為抗病毒藥物和疫苗的研制奠定了基礎(chǔ)

HCV在發(fā)現(xiàn)后的很長(zhǎng)一段時(shí)間，其體外培養(yǎng)一直難以實(shí)現(xiàn)，這使得抗病毒藥物研發(fā)舉步維艱。1997年查爾斯·賴(lài)斯在黑猩猩體內(nèi)證實(shí)HCV基因組RNA直接具有感染能力，為HCV的藥物篩選指明了方向。查爾斯·賴(lài)斯在此基礎(chǔ)上建立了HCV復(fù)制子系統(tǒng)，而B(niǎo)artenschlager則在兩年后找到了適合HCV復(fù)制的細(xì)胞模型[9]。從此，HCV藥物的研發(fā)蓬勃發(fā)展。2011年以來(lái)，以NS3/4A、NS5A、NS5B的蛋白酶抑制劑、宿主靶向藥物等多種作用機(jī)制不同的新型直接抗病毒藥物(direct antiviral agent,DAA)為代表的抗HCV 藥物的陸續(xù)上市，使得丙肝藥物研發(fā)成為抗病毒藥物研發(fā)最成功的案例之一。2013 年 12 月，NS5B的抑制劑索菲布韋(Sofosbuvir)獲得美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)，它展示的高病毒清除率和高治愈率(95%～99%)，使HCV的徹底治愈成為可能(圖4)。這款效果堪稱(chēng)奇跡的丙肝治療藥物被譽(yù)為當(dāng)代公共衛(wèi)生領(lǐng)域最重要的成就之一。不過(guò)，由于名額有限，本次諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者未能包括索菲布韋的發(fā)明者M(jìn)ichael J.Sofia博士，不能不說(shuō)是一個(gè)遺憾。

圖4 HCV研究史上的重大科學(xué)事件時(shí)間軸HCV：hepatitis C virus;FDA:Food and Drug Administration.

5 展望

2020年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)三位獲獎(jiǎng)?wù)叩陌l(fā)現(xiàn)，揭示了輸血性不明原因慢性肝炎的病因，這為完善血液篩查項(xiàng)目、遏制HCV蔓延提供了理論指導(dǎo)，也為研發(fā)抗病毒藥物奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，并為最終拯救數(shù)百萬(wàn)人的生命開(kāi)啟了希望之門(mén)。

不過(guò)，本屆諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的意義不止于此。2020年是必將被記入醫(yī)學(xué)史的年代，新發(fā)的未知傳染病已經(jīng)成為人類(lèi)健康面臨的最嚴(yán)重挑戰(zhàn)之一。作為第一種在未觀(guān)察到有形顆粒的情況下利用基因測(cè)序技術(shù)確認(rèn)的病毒，HCV的發(fā)現(xiàn)無(wú)疑具有里程碑式的意義。今天的基因測(cè)序技術(shù)與三十年前已不可同日而語(yǔ)，宏基因組測(cè)序能夠一次性鑒定出上千種未知病毒的基因序列，也使得我國(guó)科學(xué)家在新型冠狀病毒出現(xiàn)不到一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)就完成了全基因組測(cè)序工作。不過(guò)在三十年前，測(cè)序技術(shù)每次還只能讀出幾十、幾百個(gè)堿基的年代，就有科學(xué)家們利用這一新興技術(shù)，在星辰大海般的克隆中尋找未知病毒的基因，我們不能不對(duì)他們敏銳的眼光和堅(jiān)定的勇氣表示欽佩，也不得不對(duì)基因的力量表示敬畏——它必將成為未來(lái)戰(zhàn)勝新發(fā)傳染病的主力，使一切神秘的病毒都無(wú)處躲藏。