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埃博拉病毒研究的新进展

发布人:  发布时间:2020年04月30日 13:05:19  浏览量:

1.埃博拉病毒致病机理研究的新成果

⑴探明埃博拉病毒感染细胞的机理。

20054月,美国哈佛大学医学院的詹姆斯·坎宁安主持的一个研究小组,在《科学》杂志上发表论文表示,他们的一项新研究,揭示了埃博拉病毒是如何侵入人体细胞的机制。这一发现,将有助于研制针对该病毒的特效药物。

自从20世纪末期以来,非洲一些国家出现的埃博拉出血热,引起全世界关注。这种致死率可高达90%的传染病病原体,就是埃博拉病毒。它属于丝状病毒家族,感染人体之后会引发严重的出血热症状。

迄今,医学界还没有治疗埃博拉出血热的特效药物,对埃博拉病毒感染细胞的分子机制了解也很少。坎宁安研究小组发现,细胞中的两种酶,在埃博拉病毒侵入过程中,扮演关键角色,一旦这两种酶被抑制,埃博拉病毒也就失去感染能力。

研究小组发现,埃博拉病毒在侵染细胞的过程中,必须借助组织蛋白酶B和组织蛋白酶L。病毒粘附到细胞表面之后,依靠这两种酶来破开自己的蛋白质外壳,然后病毒将遗传物质注入细胞内部,开始大量复制。

研究人员说,病毒的蛋白质外壳可以保护其不被人体免疫系统消灭,但病毒要在细胞内繁殖,就必须将这层蛋白质外壳溶解。这一过程,有些类似于艾滋病病毒侵袭免疫细胞,艾滋病病毒必须借助细胞表面的CD4受体蛋白,才能解开自己的蛋白质外壳进入细胞内。

这两种组织蛋白酶,都是半胱氨酸蛋白水解酶,它们能破坏细胞外基质,不仅存在于正常的组织和体液中,在肿瘤发生过程中也扮演着重要角色。

研究人员进一步发现,用广谱的酶抑制剂处理哺乳动物细胞,就可以显著降低埃博拉病毒的感染力。特别是如果抑制组织蛋白酶B,病毒感染力可以降低到接近零。因此他们判断,在埃博拉病毒侵染细胞的过程中,组织蛋白酶B可能发挥更主要的作用,而组织蛋白酶L相对起辅助作用。

目前,组织蛋白酶抑制剂,已作为一种抗癌药物处于研究阶段。研究人员说,实验已显示出这类药物,在抑制埃博拉病毒方面的功效,如果进一步探索其机理,将有助于开发治疗埃博拉出血热的药物。

资助这一研究的美国国立卫生研究院,对上述成果评论说,探明埃博拉病毒感染细胞的机理,具有非常重要的意义,它不仅有助于治疗埃博拉出血热这一危险的传染病,也会有助于防范使用生物武器的恐怖袭击。

⑵揭示埃博拉病毒让免疫系统瘫痪的机制

2014813美国华盛顿大学医学院病原学和免疫学助理教授加雅·阿玛拉欣、西奈山伊坎医学院微生物学教授克里斯托弗·巴斯勒负责,他们的同事,以及德克萨斯大学西南医学中心研究人员共同组成的研究小组,在《细胞宿主与微生物》杂志上发表的论文,描述了埃博拉病毒的一种独特机制,这一机制可以使干扰素无法阻止病毒在被感染细胞内繁殖。

研究人员指出,人体针对病毒感染的第一反应之一,就是制造并释放一种被称为干扰素的信号蛋白,产生增大免疫反应的效果。但随着时间推移,很多病毒已经进化出了破坏干扰素的免疫增强信号的能力。

该研究小组开展的这项研究,首次解释了埃博拉病毒制造的埃博拉病毒蛋白质24(eVP24),是如何阻断基于干扰素的信号“升级”免疫防护能力的。身体第一反应的失效,让病毒能够肆意大量繁殖,并触发免疫系统过度反应,导致器官受损,从而成为埃博拉病毒病致命的部分原因。

巴斯勒说:“尽管本项目研究仍处于初级阶段,但新发现中关于埃博拉病毒生物学的这些细节,已经成为新药研发的基础。”

为了触发对病毒感染的有效的早期反应,干扰素必须把自己的信号传递给其他细胞,这是通过细胞内其他信使来实现的。当最后一个信使接通细胞核内的基因时,就会启动免疫应答。早在2006年,巴斯勒和他的同事就发现,埃博拉病毒可通过eVP24来抑制人体的免疫反应,但不明了其背后机制。

研究人员说,这项最新研究,确定了eVP24绑定其细胞靶点核胞浆转运蛋白时的结构,并发现,eVP24正是阻断了干扰素的信号通路,才让免疫系统“瘫痪”的。

阿玛拉欣表示,靶向eVP24的药物有可能成为对抗埃博拉病毒的一种手段。但有其他病毒学家认为,仅中和eVP24可能还不够,因为像许多其他病毒一样,埃博拉病毒也有别的方法来阻断干扰素的信号。英国雷丁大学的本·纽曼说:“没有eVP24,病毒的其余部分仍然可以正常工作和复制。可能很难找到仅仅针对eVP24而不引起副作用的药物,从理论上或许可行,但这不会便宜,也不那么容易。”

⑶用改良版实验小鼠帮助研究埃博拉病毒致病机理。

201532,德国汉堡海因里希·佩特研究所的一个研究小组,在美国《病毒学杂志》上发表研究成果称,埃博拉出血热疫情在西非迅速蔓延,而科学界对埃博拉病毒的感染机制所知甚少。为了深入研究其病理,他们最近利用生物技术培育了改良版小鼠,在实验中它能模拟人类感染埃博拉病毒及发病的过程。

研究人员说,为详细了解感染埃博拉病毒的症状、病程发展并研发治疗手段,他们首先要有合适的实验动物。但目前常用的实验小鼠,对天然埃博拉病毒不敏感,只有人工改造后的埃博拉病毒才能让其感染,这不利于逼真地模拟病程。

研究小组成功把人体造血干细胞植入实验小鼠体内,由此培育出的小鼠能感染天然埃博拉病毒,并表现出类似人体感染埃博拉病毒后出现的病毒血症、细胞受损、大出血和高死亡率等特征。研究人员说,这种新型小鼠,将为埃博拉出血热研究和疫情防控,提供很大便利。

⑷发现埃博拉病毒感染的关键蛋白质。

2015526美国耶希瓦大学副教授卡尔蒂克·钱徳兰领导,美国陆军传染病医学研究所高级科学家安德鲁·赫伯特参与的研究小组,在《微生物学》杂志上发表报告说,他们发现埃博拉病毒必须与一种蛋白质相结合,才能感染宿主,这一发现将有助于预防埃博拉病毒传播并治疗其导致的埃博拉出血热。

研究人员指出,老鼠实验显示,埃博拉病毒必须通过一种代号为NPC1的蛋白质,才能进入体细胞,一旦阻止埃博拉病毒与该蛋白质结合,它就会失去感染机体的能力。

钱徳兰说:我们的研究显示,NPC1蛋白质是埃博拉病毒感染的致命要害。缺乏NPC1基因两个拷贝的小鼠会因此缺乏NPC1蛋白质,能够完全抵御埃博拉病毒的感染。

研究人员用埃博拉病毒感染3种小鼠:第一种是野生型正常小鼠,第二种是NPC1基因两个拷贝完全缺失的小鼠,第三种是NPC1基因的一种拷贝正常、另一个拷贝变异的小鼠。结果正常小鼠全部受感染并死亡,但NPC1基因完全缺失的小鼠完全不受影响,得到100%的保护。第三种小鼠一开始也被感染,但最终依靠自身免疫系统把病毒清除,这可能说明只要把病毒控制在特定数量下,机体免疫系统就能战胜埃博拉病毒。

NPC1蛋白质的作用,是在细胞内参与胆固醇运输,由于基因突变而缺乏这种蛋白质的人,会患一种致命的神经退行性疾病尼曼-匹克病

但新研究认为,以NPC1蛋白质为目标的治疗依然是可行的。赫伯特说:我们认为,患者能够耐受遏制这种蛋白质的治疗,这只需很短的时间。

目前,尚无被证实有效的埃博拉药物获准上市。所有研制中的药物都以攻击病毒为重点,以NPC1蛋白质为目标的上述疗法,是第一种针对宿主自身免疫能力的埃博拉治疗方法。

2.开发检测埃博拉病毒的新方法

⑴发明快速检测埃博拉病毒的新技术。

2006316,合众国际社纽约报道,美国哥伦比亚大学梅尔曼公共卫生学院,格林传染性疾病实验室主任托马斯·布里教授领导的研究小组,发明了一个快速的全面诊断技术,可用于检测埃博拉病毒引起的出血热。

埃博拉病毒、马尔堡病毒和其他病毒导致的出血热,一直受到研究人员的重视。因为病毒导致的出血热,有着高致病率,特别是致死率高达80%。

目前,还没有任何办法来阻止这类病毒的大规模爆发。流行病学与病原学伊恩·利普金教授说,最重要和最关键的第一步是诊断,快速确证导致疾病爆发的真正病原物质,进而采取措施控制其传播和最终保护公共健康环境,尤其是遇到地域性传播疾病的时候。

研究人员声称,他们发明的这个检测方法,在检测一些高频率出现的病毒时,会比已往方法都更快速和灵敏。研究人员整合了MassTag 聚合酶链式反应(PCR),因此可以同时检测多个病原物质,从而降低了鉴别诊断的时间。

⑵开发出高效检测埃博拉病毒的新方法。

201411月,日本长崎大学热带医学研究所安田二朗教授领导的研究小组宣布,他们开发出高效检测埃博拉病毒的方法。新方法无需特殊仪器,得出结果的时间,从以前的2小时缩短到30分钟,在缺乏医疗设备的发展中国家也能简便使用,并非常适合人员流动频繁的机场等场所防疫。

该研究小组采用的,是通过增加病毒固有基因,来进行检测的逆转录-环介导等温扩增法。这种方法,首先从疑似埃博拉患者体内采集血液,然后加入含有能分解蛋白质的酶的液体。即使血液样本中含有埃博拉病毒,在这一阶段也会被消毒。

然后,向液体中加入只与埃博拉病毒特定基因反应的引物,以及基因复制所需的原料,将液体维持在63℃。如果血液样本中含有埃博拉病毒,那么引物与病毒的基因反应后,这些基因会在20分钟左右时间内增加,从而可以判断是否感染。

引物又名引子,是一小段单链DNARNA,也是DNA复制的起始点。安田二朗对埃博拉病毒已经进行了10年以上的研究,研发出了适用于目前在西非流行的埃博拉病毒的引物。利用这种方法,无需特殊仪器就能快捷地判断是否感染了埃博拉病毒。

目前,在西非地区,主要采用聚合酶链反应法来检测埃博拉病毒。这种方法,也通过增加病毒的特定基因来检测,不过用聚合酶链反应法来复制基因需要多次变换温度,步骤复杂,还需要昂贵的专用仪器,得出结果需要12小时。

安田二朗说,与聚合酶链反应法相比,使用新方法检测速度可以翻倍,器材也很廉价,在没有电力供应的地区也可以使用,有望成为防止埃博拉蔓延的利器。今后,研究小组计划与世界卫生组织,以及埃博拉出血热流行地区的医疗机构和大学合作,推广新方法。

⑶发明基于DNA排序的检测埃博拉病毒新方法。

2015929,美国加州大学旧金山分校,检验医学副教授查尔斯·邱领导的研究小组,在《基因组医学》杂志网络版上发表的研究成果称,他们发明了一种可快速检测埃博拉病毒的新方法。它基于DNA排序的实时血液检测,可迅速对埃博拉出血热、基孔肯雅热等危重传染病进行诊断。研究人员表示,这种检测方法,未来有望用于实验场地和医疗设施缺乏的地区。

大多数商用或科研用基因诊断,是以特定的病原体为目标。但该研究小组开发出的新检测技术,则不要求预先识别出嫌疑病原体。这种分析手段,表现为在临床所有DNA样本中,不知道哪种是正在被拿来检测的DNA,做到公正无预判,被称为元基因组分析法,已用于对埃博拉病毒的检测。

2014年,运用这种方法,研究人员检测了,一名来自威斯康星州,患有严重脑炎的男孩脊髓液中的所有DNA样本,诊断出了一种罕见的病毒,在医学界引起了强烈反响。但当时诊断费时两天。此次,研究小组对两位来自非洲的埃博拉患者,储存血液样本中的遗传指纹,进行检测。整个诊断过程持续五小时,而DNA测序本身才花费了10分钟。在本次检测中,研究人员开发了,可在笔记本上使用的分析和可视化软件,并利用了新兴的DNA测序技术:纳米孔测序技术来辅助实验,大大提高了获取实验结果的速度。

纳米孔测序技术,是DNA第四代最先进的测序技术。该技术,通过测量对不同核酸通过纳米孔时,对电流产生的微弱扰动差异,来识别不同碱基。纳米孔测序装置不仅体积小,携带方便,还可以实时、直接生成实验数据,使基因测序过程变得迅速了许多。

研究小组还检测了,波多黎各正在暴发的基孔肯雅热的致病病毒。他们从一位并未表现出任何症状的,当地献血者的血液样本中,迅速检测到了基孔肯雅病毒。该献血者最终报告发烧,并伴有关节疼痛。

查尔斯·邱指出,将纳米孔测序技术,运用于实时元基因组检测病原体的方法,将为传染病诊断带来根本上的改变。

2.治疗感染埃博拉病毒药物的新进展

⑴开发出针对埃博拉病毒等新药物。

2010822,美国陆军传染病医学研究所与AVI生物制药公司联合组成的研究小组,在《自然·医学》杂志网络版上发表研究成果称,他们开发的两种实验性药物,分别对感染埃博拉病毒和马尔堡病毒的猕猴,具有显著疗效。

这两种药物分别名为AVI6002AVI6003AVI6002可以治愈60%以上感染埃博拉病毒的猕猴,AVI6003对感染马尔堡病毒的猕猴治愈率在100%。

研究人员表示,这两种药物均属于一类名为磷酸二胺吗啉代寡核苷酸的药物,如果同时服用,可以有效治疗丝状病毒出血热。

研究人员说,已经向美国食品和药物管理局提出实验性新药申请,要求把这两种药物用于临床试验。此前,美国国防部已与AVI生物制药公司签署总额达2.91亿美元的合同,用于开发埃博拉病毒药物。

⑵认为埃博拉病毒变异可能会影响新药疗效。

2015120,美国陆军传染病医学研究所的杰弗里·库格尔曼,与哈佛大学和麻省理工学院微生物专家联合组成的研究小组,在《微生物学》杂志上发表论文说,他们已经发现,埃博拉病毒在过去40年中所发生的遗传变异,这些变异可能会影响正在研制中的埃博拉药物的疗效。

研究人员表示,目前有前景的埃博拉药物,大多以病毒基因序列为靶向,可分为3类:单克隆抗体、小分子干扰核糖核酸和磷酰二胺吗啉代寡核苷酸药物,它们均基于1976年和1995年在扎伊尔流行的埃博拉病毒研制,这两次病毒与目前流行的埃博拉病毒类型类似。但病毒也会进化,一旦出现较大变化,药物可能就不会那么有效。

为此,该研究小组,对当前在西非流行的埃博拉病毒以及上述两次流行的埃博拉病毒进行比较。研究表明,埃博拉病毒发生了600多个被称为单核苷酸多态性的遗传变异,这相当于约3%的病毒基因序列发生变化。

研究还表明,上述600多个变异中,有10个变异可能影响以病毒基因序列为靶向的药物的疗效。而且,其中有3个变异,就发生在这次西非埃博拉流行的约一年时间里。基于此,该研究呼吁药物研发者验证这些变异是否会影响其药物的疗效。

库格尔曼在一份声明中说:这种病毒在有关药物被设计出后发生了变化,不仅如此,它还在继续变化。因此,埃博拉研究人员需及时评估药效,确保珍贵资源不被浪费在研发已不再有效果的疗法上面。

目前,尚无有效的埃博拉药物和疫苗,但有关疗法的临床试验正在加速进行中,包括美英合作研发的疫苗和加拿大开发的疫苗。

根据世界卫生组织的最新数据,自2014年埃博拉疫情出现以来,全球已有超过2.1万人感染了埃博拉病毒,其中8400多人死亡,疫情最严重的是西非的利比里亚、塞拉利昂和几内亚等三国。