埃博拉病毒病研究的现状和思考

2015-08-07 09:11 作者:中华临床感染病杂志

       埃博拉病毒病是一种急性出血性传染病,主要通过接触传播,临床表现为突起发热、肌肉酸痛、腹泻、出血和多脏器损害,伴随外周血白细胞、血小板计数降低等。

 

       埃博拉病毒是人类历史上最致命的病毒之一,人感染后病死率在50%-90%,被世界卫生组织(WHO)列为生物安全第四级(Biosafetylevel4,BSL-4)病毒,同时也被视为生物恐怖工具之一。

 

       埃博拉病毒病自1976年第一次在西非暴发至2014年之前,已相继暴发24次。在近40年的科学研究中,医学研究人员没有找到能预防埃博拉病毒病的方法,也没有标准的治疗程序和预测其流行的扩散模型,更没有疫苗。

 

       在2014年的这次疫情中,患者病死率节节攀升。据WHO通报,截至2014年12月3日,非洲各国共报告病例17145例,其中死亡6000余例,包括300多名医护人员,病死人数远远超过以往37年的总和。

 

       目前,全球已进人埃博拉病毒病高度戒备状态,各国纷纷加强国境检疫措施,进行病原检测的技术储备,并制订防控、转运、医院感染控制等方案以应对本国可能的输人性病例(包括将意外感染的援外人员接回国治疗)。

 

       此次疫情来袭期间,各国科学家对埃博拉病毒病的发病机制、治疗方法以及疫苗的研究不断深人,取得了很多新的突破。然而,这个令全球恐慌的疾病仍然存在诸多未解之谜,需要进一步探索。

 

       1 疾病传染源的发现以及带来的思考

 

       1976年发现埃博拉病毒后,科学家认定这是一种人兽共患传染病,在自然界中存在不发病的贮存宿主。然而,研究人员多次在流行区的各种动物中均未能检测到该病毒,直至2005年才第一次在锤头果蝠(Hypsignathusmonstrosus)、无尾肩章果蝠(Epomopsfranqueti)、小、领果蝠(Myonycteristorquata)中同时发现埃博拉病毒的RNA及抗体。

 

       尽管未能在果蝠中分离到活的病毒,但研究人员此后在非洲多个其他品种的蝙蝠中也检测到了埃博拉病毒的抗体,如黄毛果蝠、非洲小狐蝠、抱尾果蝠、棕果蝠等。

 

       在亚洲蝙蝠中也发现了埃博拉病毒的抗体。这些发现为果蝠是埃博拉病毒的自然宿主提供了更多的证据。尽管埃博拉病毒也能感染非人灵长类动物(如大猩猩和黑猩猩),但普遍认为,非人灵长类动物和人一样,都是埃博拉病毒的偶然宿主,而非自然宿主。

 

       科学界虽然已经锁定果蝠为埃博拉病毒病的传染源,但是对于致病的这种病毒为何在果蝠中不发病,以及是如何实现跨种传播仍不清楚,而研究果蝠是如何抵御病毒感染,将会给人类埃博拉病毒病的治疗带来巨大突破,是未来研究的一个非常重要的方向。

 

       另外一个不容忽视的问题是,目前埃博拉病毒共有5型,但在果蝠中仅发现扎伊尔型和雷斯顿型,而未发现苏丹型、本迪布焦型及塔伊森林型。

 

       这三种型别的埃博拉病毒来自哪里仍是个未解之谜,而且埃博拉病毒病总体来说发病例数较少,如果以果蝠传染给人来解释,那么人类与果蝠的接触应该是比较少见才对,但事实上在非洲赤道地区,人类与果蝠的接触非常密切,很多地区甚至捕猎果蝠作为食物。因此只能假定果蝠中的埃博拉病毒平时并不感染人,只在合适的时机,如果蝠怀孕、食物来源的改变等,病毒被激活后才感染人。

 

       这种假定可以解释为何埃博拉病毒病少见以及呈现周期性的特性,但是对于病毒激活的机制、传播途径等仍需进一步研究。同时研究者的思路也不能太过局限,需要考虑可能还存在其他贮存宿主,比如2009年科学家在菲律宾的猪中曾经发现过雷斯顿型的埃博拉病毒。

 

       发现果蝠是埃博拉病毒病的传染源在埃博拉病毒研究史上有着里程碑式的意义。基于此,科学家可以进行多方面的探索:       (1)建立全球监测系统监测动物中的发病,以此来预测人群中的发病,勾画出病毒分布的生物地理边界以及宿主的范围,同时也有利于在动物中发现新病毒;

 

       (2)开发更多灵敏、无创的检测方法来监测果蝠群,比如监测果蝠的粪便、尿液或者唾沫,这样无需宰杀果蝠即可判断其是否存在埃博拉病毒潜伏感染,而且从流行病学的角度来看,果蝠如何排毒,是否有周期性,这些信息比果蝠是否存在埃博拉病毒感染更加重要;

 

       (3)从基因水平了解宿主对病毒的免疫应答以及宿主-病毒的相互作用,从而解释为何果蝠不发病,同时也可以此发现其他潜在的宿主;(4)进一步了解果蝠排毒以及跨种传播的方式和途径,以避免人类暴露在该病毒之下。

 

       2 埃博拉病毒病的传播途径以及对防护措施的思考

 

       埃博拉病毒具有高传染性和高致死率,须以BSL-4级标准进行防护。医护人员与患者接触、实验人员进行实验操作时必须严格执行个人防护措施,且必须在BSL4级实验室内完成。

 

       BSL4级实验室在全球范围内十分稀少,这也限制了埃博拉病毒基础研究的深人开展,但也从另一方面说明可靠的消毒隔离措施、良好的个人防护和充分的重视是可以有效控制该病流行的。有评论认为,埃博拉病毒即使传人发达国家,其流行的可能性也非常小,因为发达国家有完备的隔离病房以及个人防护装备。

 

       埃博拉病毒主要通过感染患者的血液、呕吐物、排泄物和其他分泌物传播,从受污染的针管及其他材料直接或间接感染,通常发生在家庭成员或健康护理时的密切接触,只有极少数患者在并无明显接触史的情况下感染了埃博拉病毒,这使得人们怀疑存在空气传播,但并无确切依据。

 

       科学家曾将4只猴子放在装有6头感染了埃博拉病毒的猪的围栏内,中间以8英寸的缓冲区隔离,结果其中2只猴子感染了埃博拉病毒,证实动物实验中存在空气传播。

 

       但是,这个结果并不能直接应用于人,因为埃博拉病毒感染猪后主要侵犯肺部,使猪有较多的咳嗽、咳痰,从而导致空气传播,而该病毒感染人后的靶器官是肝脏,导致体液和排泄物中有病毒,主要引起的是接触传播,而且仅仅8英寸的缓冲区也不能证明埃博拉病毒可以通过气溶胶长距离的传播。

 

       虽然目前对埃博拉病毒的传播途径已比较明确,但包括负责遣送患者回国的西方政府机构在内的大多数卫生机构,均采用应对空气传播性疾病的防护措施。

 

       对埃博拉病毒的过度防范可使卫生救援人员安心,但全呼吸道防护装置昂贵、舒适性差、且大多数受影响的国家难以负担。在塞拉利昂,普通民众甚至难以承担简单的手套和消毒液的费用。

 

       因为一次性手套一副2000里昂(约合0.44美元),一瓶免洗消毒液13000里昂(约合2.89美元)。这么算下来,戴上几个小时就要换下的一次性手套在塞拉利昂足够买两块面包了。个人防护物品对于大部分西非普通人来说完全是奢侈品。

 

       医护人员穿着引人注目的防护服和面罩的形象,可能也是引起西非一些社区公众恐慌的真正原因。如果这导致人们逃离疫区,可能反而会增加感染蔓延和扩散的风险。事实上西非国家在2014年的疫情中已多次发生患者逃离隔离区的事件。

 

       WHO总干事陈冯富珍博士在2014年8月20日《新英格兰医学杂志》在线发布的一篇文章中指出,贫困作为单一且最重要的因素,可以解释为何此次埃博拉疫情波及范围如此之大、情况如此之严重以及遏制疫情如此之艰难。

 

       恐惧也仍然是控制疫情的最大阻碍,该负面情绪可能会破坏疫情监测和治疗工作。由于该病在本质上是通过直接接触传播,因此目前需要在西非合理和有效地使用防护装备。

 

       3 埃博拉病毒病的发病机制及新认识

 

       人感染埃博拉病毒后的发病机制研究目前非常欠缺,部分原因是因为病例均在偏远地区。目前,有研究者在啮齿动物豚鼠和小鼠中开展了一系列埃博拉发病机制的研究,但是从哺乳动物中分离的病毒在啮齿动物中并不能引起典型的严重疾病,因此需要对动物进行系列的适应性改良。

 

       目前豚鼠和小鼠可以用于抗病毒药物和待选疫苗效果的初筛试验,基因工程小鼠可以用来研究宿主和病毒的相互作用。但不管如何,啮齿类动物中病毒的发病机制研究总是不如非人灵长类动物中的研究准确。因此,在讨论发病机制的时候,必须交代研究是在何种动物中开展的。

 

       埃博拉病毒是一种泛嗜性的病毒,可感染多种细胞类型以及人体各系统器官,尤以肝、脾损害为著。非灵长类动物中的研究表明,单核吞噬细胞系统尤其吞噬细胞是首先被病毒攻击的靶细胞,这些细胞从感染部位通过淋巴系统向局部淋巴结迁徙,通过血液向肝、脾迁徙,然后从脾和淋巴结向其他组织迁徙,导致病毒的全身扩散,同时也造成这些抗原提呈细胞无法将信息传递给T淋巴细胞,使得T淋巴细胞无法对该病毒形成有效的应答,导致抗体应答缺失,最终使得病毒在人体内大量增殖。

 

       同时患者血清中白细胞介素2(IL~2)、IL40、肿瘤坏死因子a(TNF-a)、一氧化氮、干扰素Y(IFN-)和IFN-a水平明显升高。这些细胞因子和炎性介质的升高导致机体免疫失衡,是促成疾病进展的原因之一。

 

       其中,一氧化氮的异常增高会导致机体一系列的病理性改变,包括淋巴细胞的凋亡,组织损伤和血管壁完整性的丧失。如何使这些细胞因子/炎性介质重新进人稳态是今后埃博拉病毒病治疗的焦点,可能有助于改善埃博拉病毒致命性感染的预后。

 

       病毒干扰人体免疫系统的另一佐证是它可以抑制I型IFN的合成。IFN调节因子3(IRF-3)是调节I型IFN基因表达的关键转录因子,它的活化将影响IFN基因的表达。既往的研究发现,病毒蛋白VP35可以通过阻断IRF-3的激活来抑制IFN的合成,而VP24可以干扰I型IFN信号传导通路。

 

       病毒感染时,IFN会促使信号转导与转录激活因子1(STAT1)进人细胞核,激活参与抗病毒反应的数百个蛋白质的基因,产生抗病毒蛋白,起到间接的抗病毒作用。但是埃博拉病毒感染时,其蛋白VP24会附着在STAT1上,导致STAT1无法进人细胞核并引发免疫应答。

 

       2014的一项研究将VP24的作用位点精确定位到了核转运蛋白a5(KPNA5)羟基端独有白勺非经典核定位信号(NLS),为进一步针对性的药物研发奠定了基础。

 

       埃博拉病毒引起休克和大出血的机制复杂。有研究者认为,内皮细胞的损害导致毛细血管内的血液渗人外周器官,从而造成循环系统的崩溃,并使人快速死亡。

 

       由此可见,内皮通透性增加及毛细血管受损是病理损伤的关键。但是,引起内皮细胞损伤的确切机制尚不明确。既往的研究认为,病毒的糖蛋白是导致血管内皮细胞损伤的主要原因,因此是病毒感染内皮细胞导致血管内皮细胞结构损伤,由此引起出血性的症状。

 

       然而,对早期病例的组织进行组织学分析并未发现血管损害,而且迄今没有任何一项研究报道了血管的损害。同时,在非人灵长类动物中也未发现血管损害的存在。导致埃博拉病毒病凝血异常的机制也尚未明确。多项研究提示,感染了埃博拉病毒的单核细胞和巨噬细胞表达或释放的组织因子是导致凝血异常的重要因素。

 

       此外,疾病晚期的凝血功能异常也可能由其他因素引起,比如有研究报道在猕猴中发现感染了扎伊尔型埃博拉病毒后血桨中天然抗凝蛋白C的浓度快速下降。

 

        总而言之,目前的研究表明,宿主受损的免疫应答在疾病发展中起主要作用,这其中,抗原提呈细胞的感染和激活是疾病发展的关键,而细胞因子/炎性介质的释放,破坏了血管壁和凝血系统,最终促进了疾病的进一步进展,导致多器官功能衰竭。对发病机制的新认识,有助于研制和开发新的治疗药物和手段。

 

       4 埃博拉病毒病治疗的现状以及涉及的伦理、利益问题

 

       迄今,埃博拉病毒病尚无确切有效的药物和疫苗。目前正在研发的几种药物和疫苗主要集中在美国,但尚无一种完成严格的临床试验。

 

       原因如下:(1)难培养:埃博拉病毒病试验需要在BSL4级实验室开展,而具备这样条件的实验室在全球范围内数量极其有限;(2)难预测:由于埃博拉病毒病暴发的不确定性和非地域局限性,往往当药物研究者寻找到适合的患者之前,感染者已不治身亡,无法试验新药;(3)难推进:由于剂量、安全性等技术参数难以把控,从药物和疫苗的动物测试阶段推进到人体测试阶段难度很大,比如基于RNA干扰的药物曾被誉为极具潜力的治疗埃博拉病毒病的药物,但在I期药物安全性临床试验中,6名健康试药者在服药后出现大量细胞活素分泌并导致多器官衰竭,该药物的研发从此夭折;(4)难获利:药物研发需要投人巨额资金,而非洲人们不可能承担如此昂贵的药物,且销量有限,因此制药公司不愿投人。埃博拉病毒病治疗药物的研发与推广不仅仅是一个医学问题、政治问题,更是有关各大医药公司利益的问题。

 

       目前,在治疗埃博拉病毒病方面最有前景的药物为重组的单克隆抗体,其在阻止病毒进人细胞,降低病毒载量方面显示了益处。2014年8月,2名感染了埃博拉病毒的美国人被接回本国治疗,一种新的药物ZMapp由此进人公众视线。

 

       美国食品药品管理局(FDA)通常对新药物的研发有着严格的管理规定,一种新药从研发到上市,需要经过长达十几年的临床试验,花费数十亿美元的研发经费。

 

       而ZMapp发展之快、投人之小、政府政策优惠之大,是新药研发史上少有的。此次高效、迅速的药物研发,不仅缘于美国根基深厚的生物医学技术,更缘于一项伟大的法律创新——动物法则(animalrule)。

 

       早在2009年,就有专家在Nature子刊上撰文讨论将动物法则用于埃博拉病毒病研究的潜在意义,但直到2014年埃博拉病毒病大范围暴发,动物法则才真正派上用场。

 

       动物法则规定,在极为特殊的情况下,在药物的有效性无法得到人体验证之前,药物研发公司可以应用在动物中证明有效的结果将药物推进到下一阶段的临床试验。

 

       动物法则无疑推动了埃博拉病毒病治疗的发展,但它能否降低药物研发成本,并让更多大型药物研发公司加人出血热类疾病治疗药物的研发之中,我们也只能在保守中观望着。

 

       WHO也多次组织医学伦理学家讨论并评估在临床决策过程中使用未经注册的试验药品可能引发的伦理质疑,例如是否应该将尚未经过检测也未证明对人类安全的药物用于此次疫情;考虑到可获得药物数量极为有限,如果使用该药,应该给谁用等问题,WHO专家最后达成的一致意见是:考虑到本次埃博拉疫情的特殊情况,在特定条件都能得到满足的前提下,把疗效和不良反应未知的未经证实的干预药物用于治疗或预防措施符合医学伦理。

 

       但在提供此类实验性干预措施时必须严格遵守相关道德标准,其中包括确保护理过程中各个方面的透明度,患者必须知情并同意,有选择自由,保密、尊重个人意愿,维护尊严的权利,而且要有社区的全面参与。

 

       但是这次使用ZMapp也带来另一个伦理问题,如果试验药物无效怎么办。目前,埃博拉病毒病的病死率为70%~80%,可见不依赖于任何药物,患者也可能存活。

 

       ZMapp虽然在动物实验中显示出较好的应用前景,但其至今只在数例患者中应用过,不能以此确定ZMapp的安全性和有效性。此外,面对埃博拉病毒病这一致命性疾病,试验性药物的不良反应可以忽略吗?

 

       疫情暴发地的医务人员可能并不具备处理非常罕见不良反应的能力,如因药物不良反应导致患者死亡,可能会加深患者对该病的恐惧以及对医务人员的不信任,从而延缓抗埃博拉病毒药物和其他研究的发展。

 

       所有这一切指向了一个关键问题,那就是针对诸如埃博拉病毒病这样的散发在资源匮乏地区的疾病,如何更好地开展药物研发和新药验证。

 

       埃博拉病毒疫苗的临床试验所面临的道德挑战比治疗药物更为严峻,并且不适用于美国FDA的动物法则:疫苗的有效性实验必须在健康人群中进行,而唯一有效的检验方法是将受检者暴露于致命的埃博拉病毒,因此受到来自医学伦理学界的强大质疑与阻力。

 

       由此可见,鉴于治疗药物和疫苗研发中可能涉及的伦理问题,埃博拉病毒病的治疗药物和疫苗研究还有很长的一段路要走。

 

       5 展望

 

        截至2014年12月,埃博拉病毒病疫情在全球范围内尚未得到很好的控制,而且迄今没有特效药和疫苗。但从另一方面来看,此次埃博拉病毒病的暴发也成为埃博拉病毒基础和临床研究的契机。

 

       目前和在今后一段时间里,在强化卫生体系和基础设施建设之外,全球科学家必须致力于解决以下几个问题:密切监测果果蝠以及人类中病毒基因的变化;开发早期、快速、特异性的诊断试剂;寻找对抗埃博拉病毒的特效药物;开发有效的疫苗;制订更为透明、合理的药物验证方案,推动药物尽快从实验室向临床转化。我们期待着在全世界科学家的共同努力下,埃博拉病毒病能够被彻底攻克。

热点信息