高福：破解埃博拉入侵人體之謎

本刊記者/劉紅偉

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高福：破解埃博拉入侵人體之謎

本刊記者/劉紅偉

人物簡(jiǎn)介：

高福

研究員 中國(guó)科學(xué)院院士

發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士

美國(guó)微生物科學(xué)院院士

中國(guó)疾病預(yù)防控制中心副主任

中國(guó)科學(xué)院大學(xué)醫(yī)學(xué)院院長(zhǎng)

中國(guó)科學(xué)院北京生命科學(xué)研究院副院長(zhǎng)

中國(guó)科學(xué)院病原微生物與免疫學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任

中國(guó)科學(xué)院微生物研究所研究員/博士生導(dǎo)師

中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)

中華醫(yī)學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)

（英國(guó)）牛津大學(xué)訪(fǎng)問(wèn)教授

高福先后在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)和北京農(nóng)業(yè)大學(xué)獲得學(xué)士和碩士學(xué)位，1995年在英國(guó)牛津大學(xué)獲得博士學(xué)位，相繼在英國(guó)牛津大學(xué)、加拿大卡爾加里大學(xué)、美國(guó)哈佛大學(xué)/哈佛醫(yī)學(xué)院從事博士后研究工作。2001～2004年在英國(guó)牛津大學(xué)任講師、實(shí)驗(yàn)室主任、博士生導(dǎo)師，2004～2008年任中國(guó)科學(xué)院微生物研究所所長(zhǎng)。2003年入選中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”，2005年獲得國(guó)家杰出青年基金資助。曾先后主持多項(xiàng)國(guó)家重大科研項(xiàng)目，是973項(xiàng)目首席科學(xué)家，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)“創(chuàng)新研究群體”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。主要從事病原微生物跨宿主傳播、感染機(jī)制與宿主細(xì)胞免疫研究以及公共衛(wèi)生政策與全球健康策略研究。曾榮獲中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)首屆青年科技獎(jiǎng)（1988）、Thomson Reuters Research Fronts Awards 2008、首屆（2008）談家楨生命科學(xué)創(chuàng)新獎(jiǎng)和第7屆（2014）談家楨生命科學(xué)成就獎(jiǎng)、中華預(yù)防醫(yī)學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、中華醫(yī)學(xué)會(huì)中華醫(yī)學(xué)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院（TWAS）基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)（2012）、國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（2014）和二等獎(jiǎng)（2011,2014）、日本日經(jīng)亞洲獎(jiǎng)（Nikkei Asia Prize）（2014）、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)（2015）和吳階平-保羅·楊森醫(yī)學(xué)藥學(xué)獎(jiǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)吳楊獎(jiǎng)）（2015）等。在SCI國(guó)際刊物上發(fā)表論文350余篇（包括Cell，Nature，Science, Lancet, NEJM, Immunity, NSMB, PNAS, PLoS Pathogens等）。

1月14日（美國(guó)時(shí)間），國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）在線(xiàn)發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院微生物研究所高福院士研究團(tuán)隊(duì)的文章《埃博拉病毒糖蛋白結(jié)合內(nèi)吞體受體NPC1的分子機(jī)制》(“Ebola Viral Glycoprotein Bound to Its EndosomalReceptor Niemann-Pick C1”)。

該文章從分子水平闡釋了一種新的病毒膜融合激發(fā)機(jī)制（第五種機(jī)制），這種新型機(jī)制與之前病毒學(xué)家們熟知的四種病毒膜融合激發(fā)機(jī)制都大為不同，成為近年來(lái)國(guó)際病毒學(xué)領(lǐng)域的一大突破，為抗病毒藥物設(shè)計(jì)提供了新靶點(diǎn)。該研究“加深了人們對(duì)埃博拉病毒入侵機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為應(yīng)對(duì)埃博拉病毒疫情及防控提供重要的理論基礎(chǔ)”。

埃博拉病毒究竟為何物？埃博拉病毒有哪些危害？埃博拉病毒是如何感染人的？如何有效防控埃博拉病毒？帶著這些疑問(wèn)，近日，本刊記者走進(jìn)中國(guó)科學(xué)院微生物研究所，就相關(guān)問(wèn)題對(duì)中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)醫(yī)學(xué)院院長(zhǎng)、中國(guó)疾病預(yù)防控制中心副主任高福進(jìn)行了專(zhuān)訪(fǎng)。

埃博拉病毒的前生今世

“埃博拉”，剛果（金）（舊稱(chēng)扎伊爾）北部一條河流的名字。1976年，一種不知名的病毒光顧這里，瘋狂地虐殺埃博拉河沿岸55個(gè)村莊的百姓，致使數(shù)百生靈涂炭，有的家庭甚至無(wú)一幸免，“埃博拉病毒”也因此而得名。

埃博拉病毒入侵模式圖　

病毒與受體相互作用細(xì)節(jié)圖

據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，埃博拉如幽靈般地在非洲時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，已肆虐了近40年，所到之處更是哀鴻遍野。

埃博拉病毒究竟是什么？

“埃博拉病毒，是引起人和靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物發(fā)病且致死率很高的烈性病毒，其引起的埃博拉出血熱（EBHF）更是被稱(chēng)為當(dāng)今世界上最致命的病毒性出血熱?！备吒１硎尽?/p>

據(jù)高福介紹，人們對(duì)于埃博拉病毒本身則有兩種截然不同的看法，一種認(rèn)為這是一種很古老的病毒，另一種認(rèn)為這是一種新型病毒。第一種看法認(rèn)為埃博拉病毒早就在叢林中存在，自1976年以來(lái)的歷次流行都是偶然事件，是人類(lèi)由于種種原因接觸了埃博拉病毒的感染對(duì)象和宿主而導(dǎo)致的。第二種看法則認(rèn)為埃博拉病毒很可能是一種古老病毒演化出來(lái)的新種，自1976年以來(lái)的所有流行都是埃博拉病毒逐漸擴(kuò)散的結(jié)果。

“埃博拉病毒，是生物安全等級(jí)為4級(jí)（Biosafety Level 4）（艾滋病為3級(jí)，SARS為3級(jí)，級(jí)數(shù)越高防護(hù)越嚴(yán)格）?！备吒＝又榻B說(shuō)：“人類(lèi)一旦感染埃博拉病毒，通常會(huì)在5—10天內(nèi)發(fā)病，最長(zhǎng)潛伏期可達(dá)21天。起初只是出現(xiàn)類(lèi)似于感冒的癥狀，如惡心、嘔吐、腹瀉、發(fā)燒等，但幾天后就突然加重，全身多臟器出血不止，死狀凄慘?！?/p>

埃博拉病毒已確定分為5個(gè)亞型，即扎伊爾型（Zaire）、蘇丹型（Sudan）、萊斯頓型（Reston）、本迪布焦型（Bundibugyo）、塔伊森林型（Taiforest）。不同亞型具有不同的特性。

“2014年3月開(kāi)始，在以幾內(nèi)亞、利比里亞和塞拉利昂為中心爆發(fā)的一場(chǎng)疫情，就是由扎伊爾型這一埃博拉病毒亞型引起的，共導(dǎo)致了28000多人感染，死亡人數(shù)超過(guò)11000人。”高福表示。

“埃博拉是一種人畜共患病毒。盡管醫(yī)學(xué)家們絞盡腦汁，作過(guò)許多探索，但埃博拉病毒的真實(shí)‘身份’，至今仍是一個(gè)不解之謎。沒(méi)有人知道埃博拉病毒在每次大暴發(fā)后潛伏在何處，也沒(méi)有人知道每一次埃博拉疫情大規(guī)模暴發(fā)時(shí)，第一個(gè)受害者是從哪里感染到這種病毒的?！备吒Ｈ缡钦f(shuō)。

埃博拉是如何進(jìn)行傳播的？高福告訴記者，“埃博拉病毒主要通過(guò)人體直接接觸進(jìn)行傳播，也就是說(shuō)，主要是通過(guò)病人的血液、唾液、汗水和分泌物等途徑傳播，但它的致死率真的是非常高，常常令人聞之色變。實(shí)驗(yàn)室檢查常見(jiàn)淋巴細(xì)胞減少、血小板嚴(yán)重減少和轉(zhuǎn)氨酶升高，有時(shí)血淀粉酶也增高?！?/p>

與埃博拉“共處”的日子

2014年3月，神秘的埃博拉再次“突襲”西非，疫情蔓延的速度超乎人們的想象，它的觸角繼而伸向了美國(guó)、歐洲和南亞，發(fā)展成為波及全球的重大公共衛(wèi)生事件，全球病例和死亡數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)之前所有疫情的總和。

全球公共衛(wèi)生安全面臨巨大威脅和考驗(yàn)。

2014年9月16日，中國(guó)政府派出62名工作人員組成首批移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)隊(duì)出征塞那利昂，主要開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室篩查和留觀工作。高福受命擔(dān)任中國(guó)CDC實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)隊(duì)前方工作組副組長(zhǎng)，主要負(fù)責(zé)與國(guó)際組織的溝通、外聯(lián)等工作。

高福介紹，他們的隊(duì)伍主要由兩部分人員組成，一是解放軍302醫(yī)院派出的留觀中心，他們就像一個(gè)傳染病醫(yī)院，醫(yī)生護(hù)士的工作和在國(guó)內(nèi)是相似的；還有一個(gè)就是中國(guó)疾病預(yù)防控制中心（CDC）派出的移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)隊(duì)，主要工作就是檢測(cè)病料。

檢測(cè)隊(duì)的任務(wù)主要有兩個(gè)：其一是檢測(cè)疑似患者。他們參與當(dāng)?shù)刈畛醪±淼暮Y選，確認(rèn)是否感染了埃博拉病毒，“控制疫情的關(guān)鍵是把病人找出來(lái)，隔離治療才能阻斷疫情進(jìn)一步蔓延”。其二是檢測(cè)尸體。他們對(duì)每一具尸體都要進(jìn)行醫(yī)學(xué)檢測(cè)，“當(dāng)?shù)貑试崃?xí)俗中有許多宗教性?xún)x式，去世的人在下葬前，親友要對(duì)尸體進(jìn)行清洗、撫摸和親吻，而埃博拉病毒會(huì)通過(guò)直接接觸傳播，假如一個(gè)死者感染了埃博拉病毒，那么該尸體就不能再按當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗去直接接觸，必須立即火化或者直接埋葬?！?/p>

兩個(gè)多月的時(shí)間，中國(guó)CDC實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)隊(duì)累計(jì)檢測(cè)了1635份血液樣本，收治留觀病例274例。

“檢測(cè)樣本本身就是一個(gè)技術(shù)活，我們的移動(dòng)P3(P3指生物安全防護(hù)三級(jí)實(shí)驗(yàn)室，最高防護(hù)級(jí)別為四級(jí))去了，同事們都是訓(xùn)練有素的專(zhuān)業(yè)人員，工作本身并沒(méi)什么障礙。但塞方給我們的提供的病料樣本存在一些問(wèn)題，有的登記資料不全，有的試管破裂，有的樣本不合標(biāo)準(zhǔn)。為了拿到合適的樣本，我們經(jīng)常需要與塞方反復(fù)溝通?！备吒Ｕf(shuō)。

在留觀工作上，中國(guó)團(tuán)隊(duì)也遇到過(guò)一些困難與挑戰(zhàn)，其中最大的挑戰(zhàn)就是培訓(xùn)當(dāng)?shù)氐淖o(hù)士?！耙皇撬齻兊尼t(yī)學(xué)基礎(chǔ)的確太差；二是她們的防控意識(shí)非常薄弱。培訓(xùn)完了，我們跟她們一起去近距離接觸病人時(shí)，她們?nèi)匀缓懿恢匾暎@給我們的醫(yī)護(hù)人員帶來(lái)了潛在的被感染的可能性?！?/p>

此外，高福還要做一些與國(guó)際組織的溝通工作。他是當(dāng)?shù)貎蓚€(gè)團(tuán)隊(duì)的新聞發(fā)言人，與世界各國(guó)的媒體接觸，包括當(dāng)?shù)氐膹V播站，普及一些疾病預(yù)防與控制的知識(shí)。

工作期間，高福還在《科學(xué)》（Science）雜志上發(fā)表了題為《行走在塞拉利昂大地上》（“On the ground in Sierra Leone”）的現(xiàn)場(chǎng)工作紀(jì)實(shí)文章，并隨后在《自然》（Nature）雜志上發(fā)表關(guān)于埃博拉病毒基因進(jìn)化課題重大研究成果的論文。

揭開(kāi)“如意”病毒的外衣

在電子顯微鏡下，埃博拉病毒屬成員的形狀宛如中國(guó)古代的“如意”。然而，它卻是“一種引起人類(lèi)和靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物發(fā)病且致死率很高的生物安全四級(jí)（Biosafety Level 4）烈性病毒”。

高福院士（左前）與英國(guó)專(zhuān)家在移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行業(yè)務(wù)研討

“埃博拉病毒是一類(lèi)囊膜病毒，其對(duì)宿主的入侵可以分成兩個(gè)重要步驟，首先是病毒粘附到宿主細(xì)胞膜表面，然后是病毒通過(guò)細(xì)胞內(nèi)吞進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，形成內(nèi)吞體，在內(nèi)吞體內(nèi)，病毒發(fā)生膜融合過(guò)程，釋放自身遺傳物質(zhì)。”高福表示。

“所有病毒都不能獨(dú)立存活，必須寄生在活的細(xì)胞里才行，埃博拉病毒也不例外。”高福在向記者介紹埃博拉病毒的入侵原理時(shí)，運(yùn)用了不少生動(dòng)的比喻。

高福說(shuō)，埃博拉病毒是一種囊膜病毒。它真的非常聰明，善于偽裝自己，總是悄悄地潛入，一旦突破防線(xiàn)進(jìn)入人體細(xì)胞內(nèi)，形成內(nèi)吞體，就會(huì)脫下它那靚麗光鮮的“外衣”，與內(nèi)吞體膜上的NPC1分子相結(jié)合，完成入侵人體的過(guò)程。

據(jù)高福介紹，前人研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)吞體膜上的NPC1分子是埃博拉病毒入侵所必需的，但是NPC1分子是如何介導(dǎo)病毒入侵的，卻一直是個(gè)未解之謎。

揭秘這一入侵機(jī)制，成為高福團(tuán)隊(duì)研究的主攻方向之一。

“NPC1分子是負(fù)責(zé)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)的多次跨膜蛋白，具有三個(gè)大的腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域（A、C和I）。”高福說(shuō)：“埃博拉病毒囊膜表面糖蛋白在內(nèi)吞體里經(jīng)過(guò)宿主蛋白酶Cathepsin的酶切處理，變成激活態(tài)糖蛋白，暴露出受體結(jié)合位點(diǎn)來(lái)與NPC1分子的腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域C發(fā)生相互作用，從而啟動(dòng)后續(xù)的病毒膜融合過(guò)程，實(shí)現(xiàn)病毒的感染生活史。”

同時(shí)，高福團(tuán)隊(duì)通過(guò)晶體結(jié)構(gòu)分析的方法，率先解析了NPC1分子的腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域C的三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其具有一個(gè)由α螺旋和β折疊組成的球狀核心結(jié)構(gòu)域和兩個(gè)突出來(lái)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

隨后，研究人員解析出激活態(tài)糖蛋白與腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域C的復(fù)合物三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)域C主要利用兩個(gè)突出來(lái)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)插入激活態(tài)糖蛋白頭部的疏水凹槽里，從而發(fā)生相互作用。

“埃博拉病毒表面糖蛋白與NPC1受體結(jié)合后，就像鑰匙插入門(mén)鎖，開(kāi)啟了病毒感染過(guò)程?！备吒１硎?，“這一過(guò)程在藥物開(kāi)發(fā)上給全世界科學(xué)家提供了足夠的想象力。換句話(huà)說(shuō)，如果你能設(shè)計(jì)出一把不會(huì)轉(zhuǎn)的鑰匙去堵住鎖孔，就會(huì)阻止這個(gè)病毒感染的過(guò)程，從而達(dá)到抗病毒效果?！?/p>

“這一發(fā)現(xiàn)預(yù)示著人們能夠針對(duì)激活態(tài)糖蛋白頭部的疏水凹槽設(shè)計(jì)小分子或多肽抑制劑，來(lái)阻斷埃博拉病毒的入侵過(guò)程?！备吒Ｈ缡钦f(shuō)。

傳染病防控關(guān)口應(yīng)前移

2016年1月14日，世界衛(wèi)生組織在日內(nèi)瓦宣布，“利比里亞復(fù)燃的埃博拉疫情已于14日結(jié)束，目前所有已知的埃博拉病毒傳播鏈在西非地區(qū)全部終結(jié)。”

根據(jù)世界衛(wèi)生組織規(guī)定，超過(guò)42天沒(méi)有新增埃博拉病例即可宣告疫情結(jié)束。這意味著自2014年3月該組織獲知并確認(rèn)此次疫情以來(lái)，受埃博拉影響最嚴(yán)重的西非國(guó)家?guī)變?nèi)亞、塞拉利昂和利比里亞首次在至少42天內(nèi)未報(bào)告任何病例。

然而，就在聲明發(fā)布的幾個(gè)小時(shí)后，一名埃博拉病毒感染者在塞拉利昂不幸死亡。該死者成為塞拉利昂自2015年11月7日宣布結(jié)束埃博拉疫情以來(lái)的首個(gè)死亡病例。

據(jù)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》的報(bào)道，該死者是一名22歲的女性，是在接近幾內(nèi)亞邊境的Baomoi Luma染病后于Magburaka死亡的。在其死亡后進(jìn)行了一項(xiàng)埃博拉病毒測(cè)試，結(jié)果呈陽(yáng)性，這也讓人們不免擔(dān)心該死者在死亡前曾與其他人發(fā)生過(guò)接觸。

既然疫情已經(jīng)結(jié)束了，為什么又出現(xiàn)新的死亡病例了？

高福認(rèn)為，盡管埃博拉病毒的流行階段似乎已經(jīng)結(jié)束，但孤立的感染病例預(yù)計(jì)依然存在。起因可能源于康復(fù)患者體內(nèi)殘存的埃博拉病毒?？箵舭２├墓ぷ鞑⑽唇Y(jié)束，強(qiáng)有力的監(jiān)控與應(yīng)對(duì)仍然至關(guān)重要。

“傳染病無(wú)國(guó)界，病原微生物既沒(méi)有護(hù)照，也沒(méi)有簽證，它想去哪兒就去哪兒。防患于未然，將病原控制在原發(fā)地，永遠(yuǎn)都是傳染病防控的‘黃金準(zhǔn)則’?！备吒＝ㄗh，我國(guó)傳染病防治應(yīng)關(guān)口前移，真正將實(shí)驗(yàn)室建到傳染病的發(fā)生地，不要等傳染病來(lái)了再去應(yīng)對(duì)。

事實(shí)上，早在幾年前歐美等多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家就已進(jìn)行了這樣的戰(zhàn)略布局。

“2004年成立的中國(guó)科學(xué)院上海巴斯德研究所，就是法國(guó)病毒防控關(guān)口遷移的一個(gè)典型代表?！备吒１硎尽?/p>

中國(guó)科學(xué)院上海巴斯德研究所是由中國(guó)科學(xué)院、上海市政府和法國(guó)巴斯德研究所三方合作共建的一家科研機(jī)構(gòu)。其研究的重點(diǎn)首先是與中國(guó)密切相關(guān)的疾病，如艾滋病、SARS、流感、乙肝病毒和丙肝病毒引起的肝炎以及人畜共患病，如對(duì)人類(lèi)健康和生命威脅最大的禽流感和日本腦炎。此外，該研究所在病毒的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究方面已經(jīng)取得重要進(jìn)展，為其在新生突發(fā)病毒性疾病及其治療和預(yù)防領(lǐng)域成為先進(jìn)水平的研究中心奠定了基礎(chǔ)。

“人類(lèi)與疾病，特別是傳染病的斗爭(zhēng)永無(wú)止境。抗擊埃博拉，是全人類(lèi)的責(zé)任?！备吒Ｗ詈蠛粲酰澜绺鲊?guó)、所有相關(guān)科研機(jī)構(gòu)，應(yīng)攜起手來(lái)，開(kāi)展前沿基礎(chǔ)研究，建立完整監(jiān)測(cè)體系，實(shí)施有效防控手段，控制疫情的傳播與流行。