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(xué)院院士

發(fā)展中國家科學(xué)院院士

美國微生物科學(xué)院院士

中國疾病預(yù)防控制中心副主任

中國科學(xué)院大學(xué)醫(yī)學(xué)院院長

中國科學(xué)院北京生命科學(xué)研究院副院長

中國科學(xué)院病原微生物與免疫學(xué)重點實驗室主任

中國科學(xué)院微生物研究所研究員/博士生導(dǎo)師

中國生物工程學(xué)會理事長

中華醫(yī)學(xué)會副會長

（英國）牛津大學(xué)訪問教授

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年在英國牛津大學(xué)獲得博士學(xué)位，相繼在英國牛津大學(xué)、加拿大卡爾加里大學(xué)、美國哈佛大學(xué)/哈佛醫(yī)學(xué)院從事博士后研究工作。2001～2004年在英國牛津大學(xué)任講師、實驗室主任、博士生導(dǎo)師，2004～2008年任中國科學(xué)院微生物研究所所長。2003年入選中國科學(xué)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(xué)家，國家自然科學(xué)基金委員會“創(chuàng)新研究群體”項目負(fù)責(zé)人。主要從事病原微生物跨宿主傳播、感染機制與宿主細(xì)胞免疫研究以及公共衛(wèi)生政策與全球健康策略研究。曾榮獲中國科學(xué)技術(shù)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(xué)創(chuàng)新獎和第7屆（2014）談家楨生命科學(xué)成就獎、中華預(yù)防醫(yī)學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎一等獎、中華醫(yī)學(xué)會中華醫(yī)學(xué)科技獎一等獎、發(fā)展中國家科學(xué)院（TWAS）基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)獎（2012）、國家科技進(jìn)步獎一等獎（2014）和二等獎（2011,2014）、日本日經(jīng)亞洲獎（Nikkei Asia Prize）（2014）、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎（2015）和吳階平-保羅·楊森醫(yī)學(xué)藥學(xué)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(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）在線發(fā)表了中國科學(xué)院微生物研究所高福院士研究團(tuán)隊的文章《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(xué)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(xué)領(lǐng)域的一大突破，為抗病毒藥物設(shè)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(rèn)識，為應(yīng)對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，近日，本刊記者走進(jìn)中國科學(xué)院微生物研究所，就相關(guān)問題對中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院大學(xué)醫(yī)學(xué)院院長、中國疾病預(yù)防控制中心副主任高福進(jìn)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(shù)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(xì)節(jié)圖

據(jù)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(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(dāng)今世界上最致命的病毒性出血熱?！备吒１硎?。

據(jù)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(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(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(jié)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(shù)越高防護(hù)越嚴(yán)格）?！备吒＝又榻B說：“人類一旦感染埃博拉病毒，通常會在5—10天內(nèi)發(fā)病，最長潛伏期可達(dá)21天。起初只是出現(xiàn)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?！?/p>

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(nèi)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(dǎo)致了28000多人感染，死亡人數(shù)超過11000人?！备吒１硎?。

“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。”高福如是說。

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人體直接接觸進(jìn)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(xì)胞減少、血小板嚴(yán)重減少和轉(zhuǎn)氨酶升高，有時血淀粉酶也增高。”

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(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dān)任中國CDC實驗室檢測隊前方工作組副組長，主要負(fù)責(zé)與國際組織的溝通、外聯(lián)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(hù)士的工作和在國內(nèi)是相似的；還有一個就是中國疾病預(yù)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(wù)主要有兩個：其一是檢測疑似患者。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，隔離治療才能阻斷疫情進(jìn)一步蔓延”。其二是檢測尸體。他們對每一具尸體都要進(jìn)行醫(yī)學(xué)檢測，“當(dāng)?shù)貑试崃?xí)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(jìn)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(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(shù)活，我們的移動P3(P3指生物安全防護(hù)三級實驗室，最高防護(hù)級別為四級)去了，同事們都是訓(xùn)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(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。

在留觀工作上，中國團(tuán)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(xùn)當(dāng)?shù)氐淖o(hù)士。“一是她們的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)的確太差；二是她們的防控意識非常薄弱。培訓(xùn)完了，我們跟她們一起去近距離接觸病人時，她們?nèi)匀缓懿恢匾?，這給我們的醫(yī)護(hù)人員帶來了潛在的被感染的可能性?！?/p>

此外，高福還要做一些與國際組織的溝通工作。他是當(dāng)?shù)貎蓚€團(tuán)隊的新聞發(fā)言人，與世界各國的媒體接觸，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。

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)場工作紀(jì)實文章，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“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(jìn)行業(yè)務(wù)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(xì)胞膜表面，然后是病毒通過細(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)生膜融合過程，釋放自身遺傳物質(zhì)?！备吒１硎?。

“所有病毒都不能獨立存活，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，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(jìn)入人體細(xì)胞內(nèi)，形成內(nèi)吞體，就會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，卻一直是個未解之謎。

揭秘這一入侵機制，成為高福團(tuán)隊研究的主攻方向之一。

“NPC1分子是負(fù)責(zé)膽固醇轉(zhuǎn)運的多次跨膜蛋白，具有三個大的腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域（A、C和I）。”高福說：“埃博拉病毒囊膜表面糖蛋白在內(nèi)吞體里經(jīng)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(jié)合位點來與NPC1分子的腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域C發(fā)生相互作用，從而啟動后續(xù)的病毒膜融合過程，實現(xiàn)病毒的感染生活史?！?/p>

同時，高福團(tuán)隊通過晶體結(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)其具有一個由α螺旋和β折疊組成的球狀核心結(jié)構(gòu)域和兩個突出來的環(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主要利用兩個突出來的環(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，就像鑰匙插入門鎖，開啟了病毒感染過程?！备吒１硎荆斑@一過程在藥物開發(fā)上給全世界科學(xué)家提供了足夠的想象力。換句話說，如果你能設(shè)計出一把不會轉(zhuǎn)的鑰匙去堵住鎖孔，就會阻止這個病毒感染的過程，從而達(dá)到抗病毒效果。”

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

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)?！?/p>

根據(jù)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(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，受埃博拉影響最嚴(yán)重的西非國家?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(jié)束埃博拉疫情以來的首個死亡病例。

據(jù)《中國科學(xué)報》的報道，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)行了一項埃博拉病毒測試，結(jié)果呈陽性，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。抗擊埃博拉的工作并未結(jié)束，強有力的監(jiān)控與應(yīng)對仍然至關(guān)重要。

“傳染病無國界，病原微生物既沒有護(hù)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(yuǎn)都是傳染病防控的‘黃金準(zhǔn)則’?！备吒＝ㄗh，我國傳染病防治應(yīng)關(guān)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(yīng)對。

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

“2004年成立的中國科學(xué)院上海巴斯德研究所，就是法國病毒防控關(guān)口遷移的一個典型代表?！备吒１硎?。

中國科學(xué)院上海巴斯德研究所是由中國科學(xué)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(gòu)。其研究的重點首先是與中國密切相關(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(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)。

“人類與疾病，特別是傳染病的斗爭永無止境?？箵舭２├侨祟惖呢?zé)任?！备吒Ｗ詈蠛粲?，世界各國、所有相關(guān)科研機構(gòu)，應(yīng)攜起手來，開展前沿基礎(chǔ)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。