客观日本

“流感的研究和治疗” —防备新型流感、全球传染病—

2011年09月08日 科技交流

前言

人们在担心新型流感有可能会发展为重大疫病。尤其是担心之后还会出现新型的人类流感。目前,以WHO为首,众多国家均积极致力于流感的预防和治疗研究。此外,为了避免出现流感、全球传染病等紧急事态,编制流感、全球传染病预防手册成为日本的当务之急。

在此情况下,在本月(第29期)的中国科技月报中,中国与日本的病毒研究专家们立足于中日流感的共同研究,介绍了两国流感相关的基础研究、诊断方法及疫苗的开发、治疗方面的最前沿的研究信息,为大家提供了“流感研究和治疗”特辑。

本中心衷心感谢为本特辑提供稿件的北京大学基础医学院(原北京医科大学)及中国国家流感中心(流感研究中心)、中国科学院武汉病毒研究所、山东大学齐鲁医院,以及日本国立国际医疗中心国际疾病中心、独立行政法人农业和食品产业技术综合研究机构、东京大学医科学研究所的各位作者的理解与协助。

本特辑将成为中日两国研究交流进一步发展的契机,如能籍此加深各位读者对流感研究急切性的理解,我们将深感荣幸。

中国综合研究中心

  

中国新型流感研究最前线

1. SARS的研究

2003年,中国的北京与世界上都受到了重度急性免疫不全综合症(SARS)的流行的威胁。北京的人们患上了显示出呼吸器官重度感染症状的未知疾病,而且北京大学的合作医院中开始出现死亡病例。但是,这种疾病的原因却无从得知。4月中旬,病原体被同定为新型病毒SARS病毒。可以认为对于这种疾病,尚无治疗方法,以北京市为代表,全国陷入了恐慌。

一直进行分子病理学研究的我为了研究这种新型疾病的出现,被任命为“北京大学健康科学中心”中SARS对策本部的负责人。我们由病理学者构成的小组从中国科技部得到了用于进行SARS死亡人员尸体解剖的资助金。我们小组得到了18例SARS或者疑似SARS而死亡的患者尸体,并对其实施了完全解剖。由此,在北京市内设立了用于快速进行尸体解剖的生物学安全性等级3(P3)实验室,且启动了世界上最大的SARS人体组织库。

接下来,小组将北京大学内不同系的教授与研究人员组织在一起,形成解释该传染病的病因的团队,并开始努力。我们结合大量的临床数据,认真形成了分子生物学、分子病理学、免疫学、微生物学等最新技术。而且,得到了一系列重要的发现。

最初小组发现的是并不是当时很多人相信的那样“SARS传染仅限于呼吸器官与肺”。我们发现这种病毒还会传染消化器官、脑、免疫细胞。结果还在身体中的很多组织与器官中发现了这种病毒。因此,SARS是全身性的感染,不仅是肺部的疾病。只不过肺部是最初感染,且是最重的患病器官。

其后,小组明确了SARS病毒的特性。我们找到了病毒在体内的正确位置,同定了感染该病毒的细胞种类。我们发现肺中病毒的主要对象细胞为Ⅱ型上皮细胞(这种细胞与响应在细胞表面开孔的界面活性剂的生产的蛋白质相关)。这种细胞感染后,在细胞表面开孔的界面活性剂的生产会受到影响,最终在肺细胞上开孔,使其死亡。而且,还发现了向肺中蔓延的液体与白血球的渗透。在肺泡囊中存在大量的巨噬细胞的融合所形成的多核巨型细胞。肺的间质细胞受到很大的损伤。根据这些病例知识,发现了呼吸器官功能不全。实际上,临床上70%的患者由于呼吸器官功能不全而死亡。

在脑中,判明了SARS病毒造成神经细胞感染。在临床方面,很多SARS患者都出现了包括重度头痛、发作、意识不明、运动、感觉功能丧失在内的神经症状,因此该发现对于阐明这些原因是很重要的。特别是,与通常的自杀出现率相比,SARS患者的比例非常高。以往,这种迹象与行动是由社会性压力、高烧、脑部低氧症状造成的,但是,我们查明中枢及末梢神经细胞由于感染该病毒而受到损伤,此外该症状表现出直接由病毒感染产生的。

我们的小组判明小肠也会感染病毒,粘膜细胞是其目标。这显示出病毒有可能会随着便而蔓延。这与其他小组报告的“在便中检测出SARS病毒”的事实一致。虽然未报告排泄物造成的感染,但是SARS经由消化器官进行传染的可能性很高。这意味着处理SARS患者的排泄物时,需要进一步采取防御手段。

最重要的一点是包括淋巴球、单球、巨噬细胞在内的免疫细胞都会受到SARS病毒的感染。这些感染细胞有可能会涉及病毒的全身感染。此外,研究小组在末梢血与脾脏中观测到大量被破坏的免疫细胞。根据这一点,SARS病毒可能是患者一般出现的白血球减少或者淋巴球减少的主要原因。

基于分子病理学的解析与大量的临床数据,我们的小组提出了下述的假设。SARS病毒经由呼吸器官进入患者体内,感染气管与肺的上皮细胞,引起咳嗽、发热、呼吸器官等的初期症状。其后,病毒迅速感染免疫细胞,通过该细胞将病毒输送至消化器官、脑及其他器官。同样,大量的免疫细胞、特别是淋巴球受到感染,引起损伤等末端淋巴球减少症。最终,患者出现急性免疫不全症后,丧失防御手段。呼吸器官感染的病毒其后不会遇到免疫细胞,可以扩大至肺及其他内脏器官。因此几乎所有感染SARS的病例都会达到很严重。此外,老人与慢性疾病的患者显示出更容易受到SARS的攻击。患者共同的特征为所有人的免疫力都很弱。在医学研究杂志《Journal of Investigative Medicine》中登载有发现SARS相关的知识,其病因的研究结果发表在美国病理学杂志《American Journal of Pathology》中。这些论文说明了疾病相关的所有临床症状与实验室中的知识,而且制作了疾病预防、诊断、治疗、对患者跟踪的手册。

2. 传染人类的禽流感H5N1的研究

禽流感在今天已经成为对于人类健康的一个潜在性的威胁。1977年以后首次报告了人类的感染病例,世界上报告了300例以上的病例,约60%的人死亡。所幸,感染病例的产生是偶然出现的,且已经被隔离。此外,虽然出现了从有限的人向其他人的传染,但是尚无从大规模的人向其他人传染的确凿证据。人之间的感染是很困难的,这一点说明如下。即,即使一群人在同一地区同时或者相继出现该疾病,也几乎不能证明是人之间的感染。即,不能断言人们“不可能被相同的病原体感染”。但是,这种疾病在如此高的死亡人数且无有效的治疗方法的情况下,如果真是非常简单地出现人之间的传染,则其重大性将是不能想象的。面对这种可以认为是世界范围内流行蔓延的新型疾病,最初应该做的工作就是研究人类患病的原因。我们小组通过H5N1感染死亡者的研究来应对这一难题。

我们首选对于禽流感感染的2个死亡病例进行了解剖。其中1例为已经怀有4个月的胎儿的孕妇。这是至今为止唯一的孕妇病例。使用在SARS研究中确立的技术,本小组对于禽流感感染的尸体解剖中得到的组织样品进行了解析,得到了一系列重要的发现。

与SARS相同,研究小组发现包括气管的上皮细胞在内的上呼吸道感染了H5N1病毒。这是由于病毒只感染肺的深处细胞,因此得到与人之间感染很困难这一一般认识相反的结果。此外,H5N1病毒在肺中的对象目标同定为Ⅱ型上皮细胞、T淋巴球、巨噬细胞、嗜酸性白细胞。使用Insitu杂交的技法,判明H5N1病毒的DNA部分在肺中局部存在。感兴趣的是肺中只不过有很少的几个上皮细胞含有病毒,但是肺的病例症状范围极大。这说明组织损失不是病毒的直接攻击造成的,好像是免疫系统的过剩反应造成的。本团队还对于这些患者肺中发现的细胞因子进行了调查。其结果证明了受到H5N1感染的肺引起了免疫响应障碍。

此外,已知H5N1病毒还会感染脑神经细胞、脊髓、末梢神经,感染的范围很大。团队在脑部的大部分神经细胞中都观察到病毒RNA或者蛋白质。此外,还在消化器官、淋巴结、免疫细胞中发现了这种病毒。因此,禽流感对人类的感染也是全身的疾病,而不是仅限定于呼吸器官的疾病。

这些研究结果在10月刊的“The Lancet”中登载后,受到了医学界及世界的关注。还从死亡的24岁的母体内的4个月的胎儿中检测出H5N1病毒。而且,在胎儿的血液单球、肝脏的巨噬细胞、肺的上皮细胞中发现了病毒。在母体的肺中观察到的感染细胞只有数个,但是其伤害显示已经波及到胎儿。根据这些观察可能得出很多的结论。

第一,证明了病毒会从母亲传染给胎儿。4个月的胎儿虽然是具有独立的遗传型或者表现型的人,但是胎儿不可能从母体以外的环境中感染病毒。这一事实无疑意味着病毒可以在人之间感染。在该病例中,病毒从母亲传染给胎儿,证明了人之间的传染。

第二,从母亲与胎儿的病毒分布可知,H5N1感染造成的病变与病毒造成的直接伤害相比,会引起免疫系统的伤害。由于胎儿的免疫反应不充分,因此很难认为会对入侵的病毒具有充分的免疫响应。所以,胎儿肺部的伤害很小。该结论与SARS的情况完全不同。H5N1感染的死亡着大概为30岁以下的年轻人,成为说明40岁以上的人几乎不感染这一事实的理由之一。

我们对于两名H5N1感染死亡者肺中的细胞因子与趋化素进行了研究。结果支持疾病的病理学机制、所谓的“细胞因子攻击”理论。而且,团队对于H5N1病毒及通常感冒病毒的受容体分布进行了调查。而且,发现双方的受容体存在于气管的上皮细胞,与组织样品中的H5N1病毒分布一致。因此,显示出存在至今所不知晓的新病毒受容体的相互作用形成的机制。

结论

在此研究中明确了人类感染的SARS与禽流感之间重要的类似性与不同性。两种疾病最初均经由呼吸器官感染,而且向其他器官扩大,然后向全身发展。病毒量充分时,包括免疫细胞在内,一系列细胞都会引起感染。病毒会经由咳嗽、体液、消化器官排泄物进行传染。因此,处理该病毒时,需要采取预防性手段。

但是,两种疾病之间的差异仍然值得关注。特别是这种疾病的免疫系统发挥了极其重要的作用。在SARS方面,几乎会由于病毒对免疫细胞的攻击,结果引起免疫不全,最终导致死亡。而在禽流感方面,免疫系统的过剩反应乃至紊乱、或者细胞因子的过剩发现成为高死亡率的主要原因。

关于这些研究结果,在英国的SCI杂志中大概发表了30篇研究论文。据此,我们的团队对于这些疾病的病理学与病因阐明发挥了指导性作用。其后,北京大学及汕头大学对于这种新的疾病进行了进一步研究。

 

顾 江

北京大学基础医学院院长兼汕头大学副校长

简历

1977年中国吉林医科大学毕业,1984年获得英国皇家医学院研究生院病理学博士(PhD)。曾在美国NCI(国立癌症研究所),NIH(国立卫生研究所)进行科研活动,并出任纽约市立大学健康科学中心的临床教授。2003年出任北京大学基础医科学院院长,2007年出任汕头大学副校长,现在兼任中国病理学会会长。

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