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

人物簡介：

高福

研究員 中國科學院院士

發(fā)展中國家科學院院士

美國微生物科學院院士

中國疾病預防控制中心副主任

中國科學院大學醫(yī)學院院長

中國科學院北京生命科學研究院副院長

中國科學院病原微生物與免疫學重點實驗室主任

中國科學院微生物研究所研究員/博士生導師

中國生物工程學會理事長

中華醫(yī)學會副會長

（英國）牛津大學訪問教授

高福先后在山西農業(yè)大學和北京農業(yè)大學獲得學士和碩士學位，1995年在英國牛津大學獲得博士學位，相繼在英國牛津大學、加拿大卡爾加里大學、美國哈佛大學/哈佛醫(yī)學院從事博士后研究工作。2001～2004年在英國牛津大學任講師、實驗室主任、博士生導師，2004～2008年任中國科學院微生物研究所所長。2003年入選中國科學院“百人計劃”，2005年獲得國家杰出青年基金資助。曾先后主持多項國家重大科研項目，是973項目首席科學家，國家自然科學基金委員會“創(chuàng)新研究群體”項目負責人。主要從事病原微生物跨宿主傳播、感染機制與宿主細胞免疫研究以及公共衛(wèi)生政策與全球健康策略研究。曾榮獲中國科學技術協(xié)會首屆青年科技獎（1988）、Thomson Reuters Research Fronts Awards 2008、首屆（2008）談家楨生命科學創(chuàng)新獎和第7屆（2014）談家楨生命科學成就獎、中華預防醫(yī)學會科學技術獎一等獎、中華醫(yī)學會中華醫(yī)學科技獎一等獎、發(fā)展中國家科學院（TWAS）基礎醫(yī)學獎（2012）、國家科技進步獎一等獎（2014）和二等獎（2011,2014）、日本日經亞洲獎（Nikkei Asia Prize）（2014）、何梁何利基金科學與技術進步獎（2015）和吳階平-保羅·楊森醫(yī)學藥學獎（簡稱吳楊獎）（2015）等。在SCI國際刊物上發(fā)表論文350余篇（包括Cell，Nature，Science, Lancet, NEJM, Immunity, NSMB, PNAS, PLoS Pathogens等）。

1月14日（美國時間），國際權威學術期刊《細胞》（Cell）在線發(fā)表了中國科學院微生物研究所高福院士研究團隊的文章《埃博拉病毒糖蛋白結合內吞體受體NPC1的分子機制》(“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)機制（第五種機制），這種新型機制與之前病毒學家們熟知的四種病毒膜融合激發(fā)機制都大為不同，成為近年來國際病毒學領域的一大突破，為抗病毒藥物設計提供了新靶點。該研究“加深了人們對埃博拉病毒入侵機制的認識，為應對埃博拉病毒疫情及防控提供重要的理論基礎”。

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，近日，本刊記者走進中國科學院微生物研究所，就相關問題對中國科學院院士、中國科學院大學醫(yī)學院院長、中國疾病預防控制中心副主任高福進行了專訪。

埃博拉病毒的前生今世

“埃博拉”，剛果（金）（舊稱扎伊爾）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個村莊的百姓，致使數百生靈涂炭，有的家庭甚至無一幸免，“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節(jié)圖

據世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，埃博拉如幽靈般地在非洲時隱時現，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，是引起人和靈長類動物發(fā)病且致死率很高的烈性病毒，其引起的埃博拉出血熱（EBHF）更是被稱為當今世界上最致命的病毒性出血熱。”高福表示。

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

“埃博拉病毒，是生物安全等級為4級（Biosafety Level 4）（艾滋病為3級，SARS為3級，級數越高防護越嚴格）。”高福接著介紹說：“人類一旦感染埃博拉病毒，通常會在5—10天內發(fā)病，最長潛伏期可達21天。起初只是出現類似于感冒的癥狀，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。”

埃博拉病毒已確定分為5個亞型，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月開始，在以幾內亞、利比里亞和塞拉利昂為中心爆發(fā)的一場疫情，就是由扎伊爾型這一埃博拉病毒亞型引起的，共導致了28000多人感染，死亡人數超過11000人。”高福表示。

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

埃博拉是如何進行傳播的？高福告訴記者，“埃博拉病毒主要通過人體直接接觸進行傳播，也就是說，主要是通過病人的血液、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。實驗室檢查常見淋巴細胞減少、血小板嚴重減少和轉氨酶升高，有時血淀粉酶也增高?！?/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、歐洲和南亞，發(fā)展成為波及全球的重大公共衛(wèi)生事件，全球病例和死亡數也遠遠超過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。

2014年9月16日，中國政府派出62名工作人員組成首批移動實驗室監(jiān)測隊出征塞那利昂，主要開展實驗室篩查和留觀工作。高福受命擔任中國CDC實驗室檢測隊前方工作組副組長，主要負責與國際組織的溝通、外聯等工作。

高福介紹，他們的隊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，他們就像一個傳染病醫(yī)院，醫(yī)生護士的工作和在國內是相似的；還有一個就是中國疾病預防控制中心（CDC）派出的移動實驗室檢測隊，主要工作就是檢測病料。

檢測隊的任務主要有兩個：其一是檢測疑似患者。他們參與當地最初病理的篩選，確認是否感染了埃博拉病毒，“控制疫情的關鍵是把病人找出來，隔離治療才能阻斷疫情進一步蔓延”。其二是檢測尸體。他們對每一具尸體都要進行醫(yī)學檢測，“當地喪葬習俗中有許多宗教性儀式，去世的人在下葬前，親友要對尸體進行清洗、撫摸和親吻，而埃博拉病毒會通過直接接觸傳播，假如一個死者感染了埃博拉病毒，那么該尸體就不能再按當地風俗去直接接觸，必須立即火化或者直接埋葬。”

兩個多月的時間，中國CDC實驗室檢測隊累計檢測了1635份血液樣本，收治留觀病例274例。

“檢測樣本本身就是一個技術活，我們的移動P3(P3指生物安全防護三級實驗室，最高防護級別為四級)去了，同事們都是訓練有素的專業(yè)人員，工作本身并沒什么障礙。但塞方給我們的提供的病料樣本存在一些問題，有的登記資料不全，有的試管破裂，有的樣本不合標準。為了拿到合適的樣本，我們經常需要與塞方反復溝通。”高福說。

在留觀工作上，中國團隊也遇到過一些困難與挑戰(zhàn)，其中最大的挑戰(zhàn)就是培訓當地的護士?！耙皇撬齻兊尼t(yī)學基礎的確太差；二是她們的防控意識非常薄弱。培訓完了，我們跟她們一起去近距離接觸病人時，她們仍然很不重視，這給我們的醫(yī)護人員帶來了潛在的被感染的可能性。”

此外，高福還要做一些與國際組織的溝通工作。他是當地兩個團隊的新聞發(fā)言人，與世界各國的媒體接觸，包括當地的廣播站，普及一些疾病預防與控制的知識。

工作期間，高福還在《科學》（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”）的現場工作紀實文章，并隨后在《自然》（Nature）雜志上發(fā)表關于埃博拉病毒基因進化課題重大研究成果的論文。

揭開“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古代的“如意”。然而，它卻是“一種引起人類和靈長類動物發(fā)病且致死率很高的生物安全四級（Biosafety Level 4）烈性病毒”。

高福院士（左前）與英國專家在移動實驗室中進行業(yè)務研討

“埃博拉病毒是一類囊膜病毒，其對宿主的入侵可以分成兩個重要步驟，首先是病毒粘附到宿主細胞膜表面，然后是病毒通過細胞內吞進入細胞內部，形成內吞體，在內吞體內，病毒發(fā)生膜融合過程，釋放自身遺傳物質?！备吒１硎?。

“所有病毒都不能獨立存活，必須寄生在活的細胞里才行，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，運用了不少生動的比喻。

高福說，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，一旦突破防線進入人體細胞內，形成內吞體，就會脫下它那靚麗光鮮的“外衣”，與內吞體膜上的NPC1分子相結合，完成入侵人體的過程。

據高福介紹，前人研究發(fā)現內吞體膜上的NPC1分子是埃博拉病毒入侵所必需的，但是NPC1分子是如何介導病毒入侵的，卻一直是個未解之謎。

揭秘這一入侵機制，成為高福團隊研究的主攻方向之一。

“NPC1分子是負責膽固醇轉運的多次跨膜蛋白，具有三個大的腔內結構域（A、C和I）。”高福說：“埃博拉病毒囊膜表面糖蛋白在內吞體里經過宿主蛋白酶Cathepsin的酶切處理，變成激活態(tài)糖蛋白，暴露出受體結合位點來與NPC1分子的腔內結構域C發(fā)生相互作用，從而啟動后續(xù)的病毒膜融合過程，實現病毒的感染生活史。”

同時，高福團隊通過晶體結構分析的方法，率先解析了NPC1分子的腔內結構域C的三維結構，發(fā)現其具有一個由α螺旋和β折疊組成的球狀核心結構域和兩個突出來的環(huán)狀結構。

隨后，研究人員解析出激活態(tài)糖蛋白與腔內結構域C的復合物三維結構，發(fā)現結構域C主要利用兩個突出來的環(huán)狀結構插入激活態(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受體結合后，就像鑰匙插入門鎖，開啟了病毒感染過程?！备吒１硎?，“這一過程在藥物開發(fā)上給全世界科學家提供了足夠的想象力。換句話說，如果你能設計出一把不會轉的鑰匙去堵住鎖孔，就會阻止這個病毒感染的過程，從而達到抗病毒效果?！?/p>

“這一發(fā)現預示著人們能夠針對激活態(tài)糖蛋白頭部的疏水凹槽設計小分子或多肽抑制劑，來阻斷埃博拉病毒的入侵過程。”高福如是說。

傳染病防控關口應前移

2016年1月14日，世界衛(wèi)生組織在日內瓦宣布，“利比里亞復燃的埃博拉疫情已于14日結束，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?！?/p>

根據世界衛(wèi)生組織規(guī)定，超過42天沒有新增埃博拉病例即可宣告疫情結束。這意味著自2014年3月該組織獲知并確認此次疫情以來，受埃博拉影響最嚴重的西非國家?guī)變葋?、塞拉利昂和利比里亞首次在至?2天內未報告任何病例。

然而，就在聲明發(fā)布的幾個小時后，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日宣布結束埃博拉疫情以來的首個死亡病例。

據《中國科學報》的報道，該死者是一名22歲的女性，是在接近幾內亞邊境的Baomoi Luma染病后于Magburaka死亡的。在其死亡后進行了一項埃博拉病毒測試，結果呈陽性，這也讓人們不免擔心該死者在死亡前曾與其他人發(fā)生過接觸。

既然疫情已經結束了，為什么又出現新的死亡病例了？

高福認為，盡管埃博拉病毒的流行階段似乎已經結束，但孤立的感染病例預計依然存在。起因可能源于康復患者體內殘存的埃博拉病毒?？箵舭２├墓ぷ鞑⑽唇Y束，強有力的監(jiān)控與應對仍然至關重要。

“傳染病無國界，病原微生物既沒有護照，也沒有簽證，它想去哪兒就去哪兒。防患于未然，將病原控制在原發(fā)地，永遠都是傳染病防控的‘黃金準則’?！备吒＝ㄗh，我國傳染病防治應關口前移，真正將實驗室建到傳染病的發(fā)生地，不要等傳染病來了再去應對。

事實上，早在幾年前歐美等多數發(fā)達國家就已進行了這樣的戰(zhàn)略布局。

“2004年成立的中國科學院上海巴斯德研究所，就是法國病毒防控關口遷移的一個典型代表?！备吒１硎尽?/p>

中國科學院上海巴斯德研究所是由中國科學院、上海市政府和法國巴斯德研究所三方合作共建的一家科研機構。其研究的重點首先是與中國密切相關的疾病，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，如對人類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和應用研究方面已經取得重要進展，為其在新生突發(fā)病毒性疾病及其治療和預防領域成為先進水平的研究中心奠定了基礎。

“人類與疾病，特別是傳染病的斗爭永無止境。抗擊埃博拉，是全人類的責任?！备吒Ｗ詈蠛粲?，世界各國、所有相關科研機構，應攜起手來，開展前沿基礎研究，建立完整監(jiān)測體系，實施有效防控手段，控制疫情的傳播與流行。