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shRNA表达克隆

进展缓慢的寄生虫疫苗开发工作

Feb 26, 2013 No Comments

瞄准目标。Miriam Tendler手里拿的就是一个曼氏血吸虫Sm14蛋白模型,她们就是以这个蛋白为靶点开发血吸虫疫苗的。

 

已经进行了很久的血吸虫(schistosomiasis)疫苗开发工作目前急需资金支持。

在巴西的里约热内卢(RIO DE JANEIRO, BRAZIL)Oswaldo Cruz基金会(Oswaldo Cruz Foundation)的院子里,Miriam Tendler在位于那栋旧大楼内的实验室里已经工作了20多年,她的实验室里堆满了各种文件,走道里也全是各种包装盒。可是Tendler却不愿意换一个新的实验室,因为她担心任何环境上的改变都会影响血吸虫的生活,这么多年来她一直在实验室里细心呵护的这些血吸虫可全都是她的宝贝。Tendler一直都在从事血吸虫疫苗的开发工作,不过她关注的是在巴西东部地区比较流行的曼氏血吸虫(Schistosoma mansoni),而不是在我国比较流行的日本血吸虫。

目前世界上已经发现了6种血吸虫可以使我们人类患上血吸虫病(schistosomiasis),而曼氏血吸虫就是其中的一种。这些寄生虫可以在我们人体的血管里生活数十年之久,它们不断产卵,会使我们感到疼痛、严重贫血、营养不良,还会伤害我们的肝脏、肾脏和脾脏。这些血吸虫有一半的生命周期都发生在淡水螺(freshwater snail)体内,所以在Tendler的实验室里专门有一间房是用来养淡水螺的,那里面放了几十个水族箱。

根据世界卫生组织(World Health Organization,WHO)的统计,血吸虫病是全世界危害性第二大的寄生虫病,仅次于疟原虫引发的疟疾(malaria)。目前全世界大约有两亿人感染了血吸虫,其中大部分被感染者都是儿童,另外还有六亿人正面临着被血吸虫感染的危险。关于血吸虫病死亡率的数字各方的表述差异较大,不过世界卫生组织专门负责血吸虫病防控工作的Lester Chitsulo认为,每年单单在撒哈拉以南非洲地区(sub-Saharan Africa)就大约有30万人死于血吸虫病。

疫苗是对付血吸虫病最有效的武器,但是由于开发血吸虫疫苗缺乏吸引力,而且目前有比较便宜,而且管用的抗血吸虫药物——吡喹酮可供医护人员和血吸虫病患者选择,所以血吸虫疫苗的开发工作都找不到太多的资金支持。据澳大利亚James Cook大学(James Cook University, Cairns, in Australia)的Alex Loukas介绍,长期以来他们一直都只能得到一点点科研经费,研究工作根本不能很好地开展。从事这方面工作的科研人员都希望梅琳达—盖茨基金会(Bill & Melinda Gates Foundation)能够帮助他们摆脱目前的困境。下个月,梅琳达—盖茨基金会的专家们将在美国西雅图召开一次为期两天的会议,专门讨论有关资助血吸虫病疫苗开发工作的各种问题。Loukas认为如果他们最后决定给与资助,那么一切问题都将不再是问题。

目前在血吸虫疫苗的开发工作上已经取得了一些进展,有两个疫苗正在进行临床试验。但是这两个疫苗都存在一些问题。其中一个疫苗是由法国巴斯德所(Pasteur Institute in Lille, France)专门针对埃及血吸虫(S. haematobium)开发的疫苗Bilhvax,埃及血吸虫在非洲和中东地区比较流行,主要引起泌尿生殖系统的血吸虫病。可是Bilhvax虽然经过了大量的临床试验,但是目前公布的试验结果却不多,这一点比较奇怪,让人不得不怀疑他们的工作到底有没有取得实质性的进展。

另外一种疫苗则是在巴西政府的资助下,以一种公立机构和私立机构合作的模式,由Tendler等人针对曼氏血吸虫开发的疫苗。这也是世界上唯一一款由血吸虫病高发国开发的血吸虫疫苗,是根据曼氏血吸虫的Sm14蛋白(曼氏血吸虫主要通过这种蛋白来利用我们人体的脂肪酸)开发而成的一款疫苗,将于今年开展II期临床试验。可是有很多实验室都无法重复出Tendler等人的实验结果,其他科研人员在重复的小鼠动物试验中并没有观察到Tendler等人报道的、那么高的保护率。

除了上面这两种疫苗之外,我们还需要针对其它血吸虫的疫苗,因为现在还没有一款“多效合一”的血吸虫疫苗让我们免受各种血吸虫的侵害。美国德克萨斯州休斯敦市Baylor医学院下属的美国热带医学校(Baylor College of Medicine’s National School of Tropical Medicine in Houston, Texas)的校长Peter Hotez就表示,他们需要一系列的血吸虫疫苗产品。Hotez正在开发一款叫做Sm-TSP-2的血吸虫疫苗,不过该产品目前尚未进入临床。与此同时,美国还在开发另外一款血吸虫疫苗,该产品目前暂时被命名为Sm-p80。

 

抱雌沟

虽然各种血吸虫可以引起各种不同的症状,但是每一种血吸虫的生活史(lifecycle)其实都是一样的。它们首先会在淡水螺里进行增殖,产生大量的尾蚴(cercariae)幼虫释放到水环境里。当我们人类接触到这些被污染的疫水之后,这些尾蚴就会钻过我们的皮肤,脱去尾巴,然后进入到人体的血管里并随着血液循环经过肺脏,最终来到我们的肝脏定居,继续发育成熟,然后交配产卵。体型较大的雄虫身体会折叠形成一条抱雌沟,刚好让娇小的雌虫躺在这条抱雌沟里。

雌雄合抱之后,这对血吸虫夫妇就会迁移到我们身体各处的静脉(veins)里,比如曼氏血吸虫和日本血吸虫(S. japonicum)就会定居在肠道(bowel)和直肠(rectum)静脉里,而埃及血吸虫则会迁移到膀胱(bladder)静脉里。血吸虫雌虫每天都会产生大量的虫卵,而且它们的这种高产状态可以维持好几年的时间。产出的这些虫卵绝大部分都会随着我们人体的大小便排出体外,如果这些虫卵进入水体之后就可以继续感染淡水螺,开始新一轮的生活史。但是还有一些虫卵并没有被排出体外,而是存积在我们体内,比如肝脏等器官里,激活免疫反应,引起血吸虫病,让患者产生各种症状,严重情况下还会致人死亡。

 

 

从事公共卫生工作的卫生防疫人员数十年来一直想通过消灭淡水螺来控制血吸虫的传播。虽然也取得了一些零星的胜利,但是采用这种措施在拥有众多辽阔湖泊的非洲和尼罗河流域控制血吸虫是不太现实的。而且自20世纪80年代吡喹酮(praziquantel)诞生以来,它已经成为了治疗血吸虫病的首选药物。在很多血吸虫病高发地区,那里的学龄儿童每年都会定期服用吡喹酮来预防血吸虫感染。默克制药公司(Merck)自2007年以来也一直在向世界卫生组织无偿提供吡喹酮药品,他们最近还宣布将会提供更多的药品,供应量将会达到每年2.5亿片。

虽然吡喹酮治疗血吸虫病的效果不错,但是有科学家担心这样大规模的使用会促使血吸虫产生耐药性,而吡喹酮又是我们目前拥有的唯一一款能够有效治疗血吸虫病的药物,一旦产生耐药性后果将不堪设想。此外,在血吸虫疫区,很多人治好了病之后没多久,一般也就几个月时间又会被血吸虫再次感染而患病,所以我们目前还没有一套控制血吸虫病的长期方案。所以Loukas认为大家最终会认识到,单靠吡喹酮这种治疗性药物是解决不了问题的,我们还是控制不了血吸虫病发病率居高不下的问题,关键还得开发血吸虫疫苗。

荷兰莱顿大学医学中心(Leiden University Medical Center in the Netherlands)的Maria Yazdanbakhsh是欧洲一个曼氏血吸虫疫苗开发工作的负责人,她表示虽然疫苗可能也不能够给我们百分之百的保护力,让我们完全避免被感染,但是至少可以减少血吸虫的产卵量,这样也会减轻患者的症状,同时还能够降低患者的传染性。Yazdanbakhsh指出,如果血吸虫的产卵量能够降低,那么水体污染的情况就会有所缓解,这样就能够减少被血吸虫尾蚴感染的机会。研究也表明这种情况的确是有可能发生的。研究发现,生活在血吸虫病疫区的成年人对血吸虫再感染是有一定免疫力的,在动物试验中也发现,注射疫苗之后可以将动物的排卵量降低一半。

Hotez认为目前各界对开发血吸虫疫苗的意愿正在逐渐高涨,这其中有部分原因是因为血吸虫病与HIV流行存在一定的关联。研究发现,女性血吸虫病患者感染HIV病毒的机会要比其他女性高出三至四倍。Yazdanbakhsh表示,如果梅琳达—盖茨基金会真的能够提供资金支持,那么地方政府也会有所表示和动作。不过到目前为止,梅琳达—盖茨基金会还没有做出任何承诺,他们也不愿意就此事向《科学》(Science)杂志发表任何评论。

 

让人疼痛的皮疹

即便科学家们得到了足够的科研经费,也不代表他们的科研工作会就此一帆风顺地开展下去,要开发一款成功的血吸虫疫苗还有很多困难需要去克服。比如在2007年有一款钩虫(hookworm)疫苗进行了一次临床试验,身体健康的美国志愿者们注射了疫苗之后都感觉良好,没有出现不适的感觉。但是在巴西进行试验时却发现7名志愿者中有3人的头颈部和肩背部长出了痛性皮疹,以至于试验不得不提前终止。据参与了那次实验工作的Loukas介绍,这主要是因为钩虫感染在巴西非常普遍,所以人们体内普遍都存在抗钩虫的抗体,当接种了钩虫疫苗之后体内的IgE抗体发挥了作用,所以志愿者才会长出皮疹。

所以Loukas认为为了防止类似的事件发生在血吸虫疫苗的实验工作中,一定要对参与临床试验的志愿者先进行一番筛查,看看他们体内是否存在能够与疫苗成份发生免疫反应的IgE抗体,携带了这些抗体的人就不能够参加临床试验。对于那些已经正在开发之中的血吸虫疫苗,包括正在进行临床试验的那两款疫苗,也需要注意这个问题,但是目前还没有相关的数据报道。

另外一个难题就是包括Sm14疫苗在内的多款疫苗虽然都报道称在小鼠动物实验中保护效果很不错,但是其他实验室的科研人员却不知道为什么就是无法重复出这么好的试验结果。据Loukas介绍,这个问题也让他们这些从事血吸虫研究的人困扰了很多年,而且这也严重的损害了他们这个领域的科学声誉。另外如何让在小鼠实验中表现良好的疫苗也能够在人体实验中表现得同样优秀,这也是一个大问题,没人知道人体试验是否会取得和小鼠试验一样好的结果。虽然曼氏血吸虫很容易感染小鼠,但是啮齿类动物毕竟不是这些血吸虫的天然宿主,以绝对体积来看,小鼠体内如果有一对血吸虫成虫就相当于我们人体内有成千上万对血吸虫成虫。所以有科研人员开始寻找其它的动物模型,比如狒狒(baboon),不过饲养狒狒需要专门的场地和设备,成本也要高得多。

近日在血吸虫疫苗研究领域里又杀出了一匹黑马,那就是法国开发的血吸虫疫苗。这款疫苗早在1998至1999年间就进行了I期临床试验,可是实验结果却一直拖到2012年的7月才公布。而且这款疫苗也已经完成了II期和III期临床试验,但是到现在也没有公布相关的试验结果。根据这款疫苗的负责人,法国巴斯德研究所的Gilles Riveau介绍,他们原本打算等所有试验全都结束之后再公布试验结果,不过现在他们发现这么干是错误的,所以又在去年公布了I期临床试验的结果,至少他在写给《科学》杂志的电子邮件中是这么解释的,而且他们表示II期临床试验的结果也将于近日公布。

除了上面介绍的这些血吸虫疫苗之外,还有一些科研人员选取了其它一些靶标来开发疫苗,随着曼氏血吸虫和埃及血吸虫基因组序列的公布,我们可选择的靶标又丰富了许多。Yazdanbakhsh等人最近就瞄准了血吸虫生活史中接触人体的最初阶段,他们计划用这个阶段的尾蚴幼虫,即能够穿透人体皮肤的尾蚴做疫苗来免疫人体。因为有科学家发现有几个血吸虫基因只在这个时候表达,所以他们认为锁定这几个基因的表达产物就可以在血吸虫尾蚴进一步发育成熟之前困住它们。当然,他们也希望这种疫苗可以预防血吸虫感染。

而Loukas的课题组瞄准的则是血吸虫的体表蛋白,血吸虫分泌的这些蛋白覆盖在虫体表面,可以起到隔离的作用,将血吸虫的抗原掩盖起来,避免被人体的免疫系统所识别。据Loukas介绍,他们开发的一款很有潜力的疫苗很快就能够面世了。

虽然有这么多技术可供选择,可是开发血吸虫疫苗在更大程度上却是一个政治问题,或者说叫政治任务,所以Tendler抱怨道:“我们的工作可不是一场政治赌博,也不是儿戏,更不是魔术,这只是一个普普通通的科研工作而已。”

 

 

原文检索:

KAI KUPFERSCHMIDT. (2013) A Worm Vaccine, Coming at A Snail’s Pace. Science, 339:502-503.

筱玥/编译

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