基因的力量，讓神秘的病毒無處躲藏
——2020年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎簡介

吳艷花 王培剛 安 靜

(首都醫(yī)科大學基礎(chǔ)醫(yī)學院病原生物學系，北京 100069)

2020年10月5日，瑞典卡羅琳斯卡醫(yī)學院將2020年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎分別授予美國病毒學家哈維·奧爾特(Harvey J.Alter)、查爾斯·賴斯(Charles M.Rice)以及英國生物學家邁克爾·霍頓(Michael Houghton)，以表彰他們在血源性肝炎的研究中的“決定性貢獻”，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%可進一步發(fā)展為肝硬化和原發(fā)性肝細胞癌[1]。3位獲獎者的發(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，他們的發(fā)現(xiàn)也極大地推動了針對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感染帶來了希望。本文就獲獎科學家及其成就和深遠影響做一簡要介紹。

1 哈維·奧爾特(Harvey J.Alter)簡介及主要成就

1.1 哈維·奧爾特簡介

哈維·奧爾特(圖1)1935年生于美國紐約，1956年獲羅徹斯特大學文學學士學位，4年后又在該校獲醫(yī)學學位。1961年，哈維·奧爾特在美國國家衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health,NIH)擔任臨床助理。1963年與后來的諾貝爾獎得主巴魯克·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年擔任NIH臨床中心的輸血醫(yī)學系高級研究員。因其在HCV發(fā)現(xiàn)方面的卓越貢獻，哈維·奧爾特獲2000年拉斯克臨床醫(yī)學研究獎和2013年蓋爾德納國際獎。

圖1 Harvey J.Alter

1.2 哈維·奧爾特的主要成就

20世紀60年代，美國絕大多數(shù)血液來自于有償獻血者，而外科手術(shù)需要接受輸血的患者當中，近半數(shù)出現(xiàn)肝炎癥狀。1964年，美國科學家巴魯克·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。此后美國開始重視對血液的篩查，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年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。這一研究成果對后來的HCV的發(fā)現(xiàn)，起到了重要的推動作用。

1970年，哈維·奧爾特及其同事研究輸血后肝炎發(fā)病率時發(fā)現(xiàn)：排除乙肝陽性獻血者和商業(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立于甲型和乙型肝炎的另外一種類型的肝炎[5]。1978年，哈維·奧爾特和他的同事們發(fā)現(xiàn)，將此類肝炎患者的血液輸給黑猩猩，可引起與人類疾病相似的癥狀[6]，進一步研究發(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“只見乙肝表面抗原，不見森林”的小詩表達自己憂郁失望的心情，“我想我將永遠看不到，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，抗原或DNA都檢測乏術(shù)，找到它我們沒有思路”。在小詩的最后，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·奧爾特也被譽為愛寫詩的科學家。

2 邁克爾·霍頓(Michael Houghton)簡介及主要成就

2.1 邁克爾·霍頓簡介

邁克爾·霍頓(圖2)出生于英國，生物化學家。1972年于東英吉利大學獲學士學位，1977年在倫敦大學國王學院獲生物學博士學位。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劃病毒學研究員、加拿大阿爾伯塔大學教授，并兼任李嘉誠應用病毒學研究所所長，主攻病毒學。2000年，霍頓與奧爾特共同獲得拉斯克獎。2013年，霍頓與奧爾特再次獲蓋爾德納國際獎，但因獎項沒有頒發(fā)給他的兩名重要合作者，霍頓拒絕領(lǐng)獎。

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，且進一步發(fā)現(xiàn)該未知的病原體具有病毒特征之后，科學家們投入大量精力，按經(jīng)典病毒學方法進行病毒分離，然而在其后的十幾年研究中一無所獲。20世紀80年代后，隨著分子生物學技術(shù)的迅速發(fā)展，科學家在 “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的方法提取了感染黑猩猩血液中的病毒基因片段，進行克隆，并利用患者血清來鑒定。當時分子生物學技術(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，他們在100多萬個克隆中發(fā)現(xiàn)了一個陽性克隆。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)是病毒學研究史上第一個在沒有看到病毒顆粒的條件下被確認的人類病毒。病毒抗原分子克隆技術(shù)的建立為進一步生產(chǎn)針對HCV的抗體,進而研發(fā)診斷試劑提供了支撐。另外，此項研究把發(fā)現(xiàn)新病毒及檢測病毒的技術(shù)從細胞水平推進到分子水平，故具有重要的里程碑意義。

3 查爾斯·M·賴斯(Charles M.Rice)簡介及主要成就

3.1 查爾斯·賴斯簡介

查爾斯·賴斯(圖3)，美國病毒學家，1952年出生于美國薩克拉門托。1974年，在加利福尼亞大學戴維斯分校獲動物學學士學位；1981年，獲加州理工學院博士學位。1986年在圣路易斯的華盛頓大學醫(yī)學院擔任助理教授，2001年晉升為教授?，F(xiàn)為美國洛克菲勒大學的教授。其主要致力于HCV的研究。自2001年起，查爾斯·賴斯兼任美國食品藥品監(jiān)督管理局、美國國家衛(wèi)生院和世界衛(wèi)生組織委員。2016年獲拉斯克獎。

圖3 Charles M.Rice

3.2 查爾斯·賴斯的主要成就

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物能夠引起相似的臨床癥狀，并且還能從受試發(fā)病的動物中分離獲得該病原體。這個要求對于難以培養(yǎng)的HCV來說極為困難，因為科學家不得不面對HCV只有基因而沒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足科赫法則，然而查爾斯·賴斯及其同事接受了這個挑戰(zhàn)，他們利用基因工程的方法，將包括病毒復制關(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到了病毒，并觀察到與慢性肝炎患者類似的病理變化，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)后的很長一段時間，其體外培養(yǎng)一直難以實現(xiàn)，這使得抗病毒藥物研發(fā)舉步維艱。1997年查爾斯·賴斯在黑猩猩體內(nèi)證實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·賴斯在此基礎(chǔ)上建立了HCV復制子系統(tǒng)，而Bartenschlager則在兩年后找到了適合HCV復制的細胞模型[9]。從此，HCV藥物的研發(fā)蓬勃發(fā)展。2011年以來，以NS3/4A、NS5A、NS5B的蛋白酶抑制劑、宿主靶向藥物等多種作用機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)獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局批準，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)。這款效果堪稱奇跡的丙肝治療藥物被譽為當代公共衛(wèi)生領(lǐng)域最重要的成就之一。不過，由于名額有限，本次諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者未能包括索菲布韋的發(fā)明者Michael J.Sofia博士，不能不說是一個遺憾。

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

5 展望

2020年諾貝爾生理學和醫(yī)學獎三位獲獎者的發(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目、遏制HCV蔓延提供了理論指導，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)百萬人的生命開啟了希望之門。

不過，本屆諾貝爾生理學和醫(yī)學獎的意義不止于此。2020年是必將被記入醫(yī)學史的年代，新發(fā)的未知傳染病已經(jīng)成為人類健康面臨的最嚴重挑戰(zhàn)之一。作為第一種在未觀察到有形顆粒的情況下利用基因測序技術(shù)確認的病毒，HCV的發(fā)現(xiàn)無疑具有里程碑式的意義。今天的基因測序技術(shù)與三十年前已不可同日而語，宏基因組測序能夠一次性鑒定出上千種未知病毒的基因序列，也使得我國科學家在新型冠狀病毒出現(xiàn)不到一個月的時間內(nèi)就完成了全基因組測序工作。不過在三十年前，測序技術(shù)每次還只能讀出幾十、幾百個堿基的年代，就有科學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，我們不能不對他們敏銳的眼光和堅定的勇氣表示欽佩，也不得不對基因的力量表示敬畏——它必將成為未來戰(zhàn)勝新發(fā)傳染病的主力，使一切神秘的病毒都無處躲藏。