从SARS到MERS:关于高致病性冠状病毒的10年研究

发布时间:2020-02-13       作者:Rolf Hilgenfeld       来源:临床实验室        浏览:3459       收藏: 0

【摘要】本文介绍了《抗病毒研究》杂志中关于严重急性呼吸综合征(severe acute respiratory syndrome,SARS)爆发10周年的一系列特邀文章。这种疾病由2002年底在中国南方出现的一种新型冠状病毒发端。在此之前,人们不确认冠状病毒会导致严重疾病,因此SARS冠状病毒(SARS-CoV)的出现完全出人意料。过去十年间的研究显示,各种蝙蝠物种和其他动物中存在多种多样的冠状病毒,这表明高致病性冠状病毒引入人群不仅是可能的,而且是不可避免的。近期,另一种导致人类出现严重疾病中东呼吸综合征(Middle East respiratory syndrome,MERS)的冠状病毒,让我们清楚地认识到冠状病毒对人类健康具有重大威胁,并且亟需更多研究来阐明病毒复制机制、识别潜在药物靶标和制定有效对策。在本系列文章中,专家从冠状病毒复制和相关疾病的多个不同方面,针对下列话题提供了有权威性的最新评论。(1)SARS的临床管理和感染控制;(2)冠状病毒的贮存宿主;(3)SARS-CoV的受体识别和跨物种传播;(4)SARS-CoV如何逃避先天性免疫应答;(5)独特的冠状病毒的蛋白结构和功能;(6)抗冠状病毒药物的发现和开发;(7)SARS疫情对公共卫生的影响。


一、研究概况

哲学家乔治·桑塔亚那(George Santayana)曾说,“那些忘记过去的人注定要重蹈覆辙”。


十年前,中国广东省出现了一种可引起人类肺炎的新型冠状病毒。已知的首例患者是佛山市的一名45岁男性,他在2002年11月16日出现发热和呼吸综合征,并传染给妻子和另外三位家人。第二个指示病例是深圳市的一名餐厅厨师,他12月10日发病,返回河源市家中以后传染给当地医院的医务工作者,包括在救护车中陪同他去广州省医院的医生。这种家庭成员和医务人员中出现严重呼吸道疾病病例聚集的情况,每个聚集病例经过二代或三代传播后消失,随后几周内又在广东省多个城市反复出现。其中很多早期病例聚集的指示病例都是在餐厅(屠杀各种野生动物的地方)工作的食品加工者或厨师(Xu 等人, 2004a)。随后几周中疫情持续,医院中的大批病人蔓延到社区(表1)。


成为该病流行病学标志的第一个“超级传播”者,是发生于2003年1月30日在广州住院的一名44岁男子,他将病毒传染给了19名亲属和50多名医务人员。2月21日,在院内被感染的一位医生前往香港并在一家酒店住宿一晚,然后于第二天住院。在酒店住宿期间他将病毒传染给另外16名酒店客人和1名游客,他们在前往目的地的过程中将该疾病带到了越南、新加坡、多伦多和香港本地人。3月12日,随着中国内地、香港和越南的疫情爆发,世界卫生组织(WHO)发出全球警告导致医院爆发疾病的似乎是一种非典型肺炎。因此发现并报告了多伦多和新加坡的其他聚集病例,促使WHO于3月15日发布紧急旅游警告,提供早期病例定义并将该疾病命名为严重急性呼吸综合征(WHO西太平洋地区,2006)。SARS爆发期间及之后发生事件的时间表如表1所示。

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当时,提出了很多可能的病原体,包括衣原体、副粘病毒、人偏肺病毒和冠状病毒等。WHO协调了实验室之间的信息共享,最后一致认定病原体是一种新型冠状病毒,被命名为SARS冠状病毒(SARS-CoV)(Peiris等人,2003;Ksiazek等人,2003;Drosten等人,2003;Kuiken等人,2003)。WHO协调的信息共享使实验室、流行病学家和临床医生在临床病毒学、患者管理和病毒传播方面快速达成共识(WHO SARS诊断多中心协作网络,2003)。


SARS沿航空旅行路线迅速传播,影响了五大洲的25个国家和地区,使8000多人患病,导致近800人死亡。幸运的是,它有一个非典型特征,能够通过基本公共卫生措施成功控制人与人之间的传播:患者发病前5天内上呼吸道分泌物中的“病毒载量”较低,然后逐渐增加,并在第二周早期达到高峰(参见本系列中Cheng等人的文章)。因此,在发病初期不易传播,为我们提供了病例检测和隔离的机会,从而阻断传播。患者在住院时传染性最强,增加了院内感染,尤其是较发达地区,因为更可能采取支气管镜检等侵入性和可能产生气溶胶的干预措施。


 SARS-CoV在环境中也异常稳定,比其他冠状病毒或其他呼吸道病毒更稳定,使得院内感染控制成为一项挑战(参见本系列中Cheng等人的文章)。据推测,SARS-CoV在较低温度和较低湿度下(特别是在空调环境中)的稳定性增强可能有助于解释某些地区与其他地区相比疫情更具爆发性(Chan等人,2011)。然而,随着意识提高,提前了患者确诊和住院的时间(Leung等人,2004)。另外,由于更好地实施了有效的感染控制手段,阻断社区和医院内的传播成为可能。因此,2003年7月5日,WHO宣布“SARS病毒在人与人之间的所有已知传播链均已被攻破”。在3月至4月的那段黑暗日子里,很难想象会有这样的结果,例如,在几天内,香港淘大花园住宅区破天荒出现了约300例病例。


二、 SARS冠状病毒的来源

疫情结束后,该病毒的人畜共患病源仍有待确定。流行病学调查发现,2002年11月至12月间出现的初始病例聚集的指示病例均为食品加工者或餐厅工作人员,尤其是那些暴露于外来野生动物(被视为中国南方冬季美食)的人。


在过去十年中,人们生活日益富裕,使这种贸易变得高度组织化和商业化,在大型中央市场安置了数百种不同来源的野生动物。经过对这些“菜市场”的调查,在果子狸(Paguma larvata)、貉(Nyctereutes procyonoides)等一系列小型哺乳动物中检测到一种与SARS-CoV密切相关的病毒。在这些市场工作的人,具有 SARS-CoV抗体的概率很高,即使他们没有SARS病史,而在市场其他区域(例如蔬菜摊)工作的人,或者社区中的人则没有(Guan等人,2003)。这确定了野生动物市场为促进SARS-CoV前体病毒维持和扩大的界面,从而使人类反复暴露并导致跨物种传播事件。


2003年末和2004年初,又诊断出四名患有SARS样疾病的患者。从系统发育上讲,再次出现的这些病毒与当时在野生动物市场中发现的病毒的关系要比与引起前一年SARS流行的病毒的联系更紧密(Liang等人,2004)。这证实了以下观点:菜市场是最初人类感染的根源,并且很可能导致其在SARS再度出现之前被关闭。进一步研究发现,野外捕捉的果子狸没有 SARS-CoV感染迹象,表明它们是中间的扩大宿主,而不是真正的贮存宿主。新型冠状病毒,包括与 SARS-CoV密切相关的一些病毒,在蝙蝠中被发现,包括食虫的菊头蝠(Li等人,2005b;Lau等人,2005;参见本系列中Drexler等人的文章)。后续研究确定了允许或限制SARS-CoV样病毒跨物种传播事件的病毒-受体相互作用及受体限制(Li等人,2005a;参见本系列中F. Li的综述)。


三、 SARS疫情期间的抗病毒治疗

在该传染病出现的早期,医生不得不管理危重症患者,包括自己的一些同事,但却不了解病毒及其对抗病毒敏感的药物。Cheng等人会详细描述采用的治疗方案。最初,患者被给予一种对某些RNA病毒比如丙肝病毒和拉沙病毒有效的广泛活性抗病毒化合物-利巴韦林(ribavirin),但事后回想起来,对SARS患者几乎没有益处。在细胞培养中利巴韦林对SARS-CoV复制的体外作用出现矛盾的结果,取决于所用的细胞类型(Cinatl等人,2003a; Morgenstern等人,2005)。


很多SARS患者被给予利巴韦林和皮质类固醇联合治疗,但疗效不一(参见本系列中Cheng等人的文章)。中国内地和加拿大多伦多的患者使用了干扰素-α。根据中国的报告,无法将有益的效果归功于干扰素-α,因为它总是与免疫球蛋白和胸腺肽联用(Zhao等人,2003)。来自多伦多的一项初步非对照研究表明干扰素-α与皮质类固醇的联合用药效果比仅使用皮质类固醇好(Loutfy等人,2003)。在感染了SARS-CoV的细胞培养中,干扰素-β的疗效比干扰素-α好很多(Cinatl等人,2003b)。聚乙二醇修饰干扰素-a被证明可以预防性地保护猕猴免受SARS-CoV感染,并通过治疗性给药减少病毒复制和组织病理(Haagmans等人,2004)。


有趣的是,HIV蛋白酶抑制剂洛匹那韦(lopinavir),通常与利托那韦(ritonavir)联用,似乎对SARS患者具有一定疗效(Chu等人,2004;参见本系列中Cheng等人的综述)。在细胞培养中也观察到了这些化合物的抗病毒效果。由于冠状病毒基因组不编码与HIV蛋白酶相关的天冬氨酸蛋白酶,Wu等人(2004)检验了洛匹那韦对分离出的SARS-CoV主蛋白酶(也称之为3C样蛋白酶,3CL pro,是一种半胱氨酸蛋白酶)的效能,结果发现IC50约为50μM。这种低效能可能不足以解释洛匹那韦/利托那韦在临床治疗SARS患者中的有益效果。虽然已知利托那韦能够增强免疫系统,但这无法解释在细胞培养中观察到的药效。另一种解释可能是这些HIV蛋白酶抑制剂的抗凋亡效果(Maturrese等人,2002)。关于提出的洛匹那韦与SARS-CoV主蛋白酶结合模式以及提高其抑制效能的尝试的更多信息,参见本系列中Zhang等人对此分子靶标的综述。

在中国内地,除了上述的一种或多种治疗方法,还使用了传统中药(TCM)。但难以评估这些中药的价值,因为没有相关的系统研究(参见本系列中Cheng等人的文章)。唯一证明在细胞培养中具有抗SARS-CoV效果的TCM(但是浓度相对较高)是甘草酸(glycyrrhizin),一种存在于甘草中的化合物(Cinatl等人,2003a)。


四、 早期合理设计抗SARS药物的尝试

在发现SARS-CoV后三周内,Marra等人(2003)和Rota等人(2003)测出了这种病毒的完整核酸序列,使得通过更合理的方法发现抗病毒药物成为可能。例如,Luo等人(2004)发现SARS-CoV核衣壳(N)蛋白与HIV衣壳(CA)蛋白之间存在一些序列相似性。后者与亲环素A(cyclophilin A,CypA。宿主细胞的一种肽酰脯氨酰顺反异构酶)互作,从而使HIV颗粒与宿主细胞结合(Gamble等人,1996)。因此,Luo等人(2004)认为SARS-CoV的N蛋白也可与CypA互作,并将K d值确定为60-160 nM。这种蛋白互作可被环孢素A(cyclosporin A,CsA,一种CypA抑制剂)阻断,但它却被用作免疫抑制药物。通过利用模拟 SARS-CoV N-CypA复合物作为靶标的虚拟筛选技术,Luo等人成功地发现了这种相互作用的一些其他抑制剂,但其中大多数具有一定程度的细胞毒性。Chen等人(2005)证实了CypA与N蛋白之间的相互作用,甚至提供了CypA进入病毒体的证据,类似于先前的HIV-1研究结果。


然而,SARS疫情结束后,通过抑制CypA来阻断SARS-CoV复制的想法没有被进一步研究,直到 Pfefferle等人(2011)通过酵母双杂交和其他蛋白质间相互作用技术,发现 CypA与SARS-CoV非结构蛋白1(Nsp1)存在特异相互作用( HCoV-NL63 Nsp1也有类似作用)(参见本系列中von Brunn及其同事的文章)。因此,他们检测了CsA对一系列冠状病毒的抗病毒作用,结果发现其为“泛冠状病毒抑制剂”(Pfefferle等人,2011;也参见de Wilde等人,2011)。但是,由于CsA对γ-冠状病毒(传染性支气管炎病毒(IBV),不含Nsp1同源蛋白)也有抗病毒活性,Luo等人(2004)最初提出机制的CsA可能有抗冠状病毒的效果(Ma-Lauer等人,2012)。有趣的是,有报道显示环孢素A有时用于治疗SARS患者(例如,So等人,2003)。


在疫情爆发早期就开始设计抗SARS药物了,但由于缺少分子靶标的结构数据而受到阻碍。到2003年3月底,确定SARS-CoV为导致SARS的病原体时,只获得了一个冠状病毒蛋白的晶体结构,也就是猪冠状病毒-传染性胃肠炎病毒(TGEV)的主蛋白酶(M pro 或3CL pro)的结构(Anand等人,2002)。然而,2003年5月中旬,在北京SARS疫情高峰时期,同一个团队发布了第一个合成抑制剂(与 TGEV M pro结合的肽甲基酮)的结构,以及另一种冠状病毒M pro(人冠状病毒229E)的结构,和基于这些结构的 SARS-CoV酶的同源模型(Anand等人,2003)。此外,这些作者表示AG7088(rupintrivir),一种人鼻病毒3C蛋白酶的Michael-acceptor-type抑制剂,应该是抗SARS药物设计的良好起点。不久后,研究证明这种化合物本身的抗病毒活性较低(Shie等人,2005),但是芦平曲韦(rupintrivir)的衍生物在感染病毒的细胞培养中显示出较高活性(Shie等人,2005; Yang等人,2005)。这些研究得益于2003年6月 SARS-CoV主蛋白酶本身晶体结构的发现(Yang等人,2003)。从那以后,很多以冠状病毒M pro为靶标的抑制剂被设计和合成出来,但是其中很少抑制剂经过系统毒性和其他临床前研究,因此如果SARS重来,这些化合物是不能用于临床试验(或治疗新型人类冠状病毒感染患者,如下文的 MERS-CoV)的。旨在设计冠状病毒主蛋白酶抑制剂的许多研究由本系列中的 Zhang等人概述。


五、  SARS-CoV基因组和蛋白质组

冠状病毒是包膜病毒,具有单股正链的RNA基因组。这是已知最大的RNA基因组,大小为27–32 kb(SARS-CoV为27.8 kb)。SARS-CoV基因组的14个开放阅读框(ORFs)编码至少28种蛋白(图1)。结构蛋白由定位在基因组3’-末端的三分之一处编码。刺突状糖蛋白(S蛋白)从病毒颗粒的表面凸起(“冠状病毒”的名称由此而来),负责受体结合和膜融合。2003年末,血管紧张素转换酶2(ACE2)被确定为人细胞表面上的 SARS-CoV受体(Li等人,2003;Wang等人,2004)。Li等人(2005a)测定了SARS-CoV刺突状蛋白受体结构域与ACE2复合物的结构,将在本系列中对此及后续工作进行综述。Simmons、Pöhlmann及其同事阐述了S蛋白的成熟加工,这是膜融合的前提条件。同时证明了所涉及的宿主细胞蛋白酶抑制剂能够阻止SARS-CoV进入细胞(Adedeji等人,2013)。与S蛋白三聚体的七肽重复序列相对应的多肽可抑制病毒包膜与宿主细胞膜融合(Sainz等人,2006; Liu等人,2009)。


另一个最重要的冠状病毒结构蛋白是核衣壳(N)蛋白,它包裹了基因组RNA,并在其复制和转录中起作用(Tylor等人,2009;Grossoehme等人,2009)。Huang及其同事将在本系列文章中阐述有关这种蛋白质的最新知识。基质(M)蛋白和包膜(E)糖蛋白完成了结构蛋白的组装,同时认为SARS-CoV病毒颗粒还包含一些辅助蛋白(见下文)。


ORF1约占SARS-CoV基因组的三分之二,并编码两种巨大的多聚蛋白:pp1a(约486 kD)和pp1ab(约790 kD)。核糖体在ORF1a 3’末端附近的位点使整个ORF1ab被翻译(Namy等人,2006)。多聚蛋白被两种病毒半胱氨酸蛋白酶-木瓜样蛋白酶(PL pro,Nsp3中的一个结构域)和主蛋白酶(M pro或3CL pro , Nsp5)加工成共15或16种非结构蛋白(Nsp)。其中大多数为病毒复制/转录复合物(RTC)的组成成分,但它们可能也有其他功能(参见Sawicki等人,2005, 2007;Pasternak等人,2006;Masters, 2006;Perlman和Netland, 2009)。


RTC由大多数冠状病毒的Nsp和一些尚未确认的宿主蛋白组成,在病毒诱导的双膜囊泡(DMV)和其他异常膜结构(来源于内质网膜)处进行组装(Knoops等人,2008)。近年来,在这些DMV结构上取得了重大进展,由 Snijder及其同事在本系列中进行综述。RTC组装完成后,一组子代基因组mRNA被合成,且随后翻译成结构蛋白和辅助蛋白(Sawicki等人,2007;Pasternak等人,2006)。最后,结构蛋白与新合成的基因组RNA一起组装成子代病毒体。通过内质网-高尔基体囊泡的膜出芽后(budding)(Krijnse-Locker等人,1994),成熟的病毒体通过胞吐作用从宿主细胞中释放。


由于冠状病毒蛋白酶具有明显的重要作用,因此它们成为了结构、功能、机制和抑制剂等方面的重要研究对象。由Mesecar、Baker及其同事(关于PL pro)和Zhang等人(关于M pro)在本系列中进行综述。在过去的十年中,在其他Nsp结构方面也取得了重大进展,以期有所了解它们的功能。表2列出了迄今为止已知的结构。几个结构蛋白质组学项目使这项工作成为可能(Bartlam等人,2005,2007;Canard等人,2008;Hilgenfeld等人,2008)。总体来说,这种方法非常成功,虽然对于那些我们已知3D结构的蛋白(主要由 ORF1a编码),在很多情况下其功能尚不清楚(Nsp1、PL pro以外的Nsp3结构域、Nsp9、Nsp10,还有部分Nsp7+8)。相比之下,对于一些我们知道功能的蛋白(主要由ORF1b编码)而言,对其结构信息所知甚少。最缺少结构信息的是Nsp12(RNA依赖性的RNA聚合酶,the RNA-dependent RNA-polymerase,RdRp)和Nsp13(解旋酶),两者都是明显的药物靶标。在本系列中,PL pro以外的Nsp3结构域特征的进展由Lei等人概述,Nsp7–Nsp10由 Xiao等人概述,而Nsp12–Nsp16由Canard 及其同事概述。


最后,SARS-CoV基因组会编码一些辅助蛋白,其中某些蛋白会快速演变。例如,在SARS爆发早期,ORF8编码了一种蛋白,但在2003年初该病毒的演变期间,它丢失了29个核苷酸并因此编码了两种独立的辅助蛋白,8a和8b。人们认为,这一事件是造成同一时间人与人传播效率提高的原因,从而爆发了疫情(中国SARS分子流行病学联盟,2004; Oostra等人,2007)。SARS-CoV辅助蛋白的结构信息仍然非常缺乏(见表2),部分是因为很多这些基因产物都是膜蛋白。在本系列文章中,SARS-CoV的辅助蛋白由D.X. Liu及其同事综述,而其演变过程则是Gorbalenya及其同事的论述主题。


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图1  SARS-CoV RNA基因组的结构


SARS-CoV RNA基因组的结构描述了已获得的一些蛋白的三维结构。对应出版物的参考文献和PDB代码见表2。 


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通过核磁共振(NMR)技术阐明的结构用斜体的蛋白质数据库(PDB)代码表示。缩写:NTD,N-端结构域;CTD,C-端结构域;HCoV,人冠状病毒;FCoV,猫冠状病毒;IBV,传染性支气管炎病毒;TGEV,传染性胃肠炎病毒。这里只列出了游离蛋白的结构,抑制剂复合物不包括在内。还列出了SARS-CoV基因组RNA的S2m要素的晶体结构。只包括具有PDB代码的结构。


六、 经验与教训

SARS疫情生动地证明了我们住在一个“地球村”,世界任何一个地方出现的传染性疾病都有可能在短时间内在全球传播。这次疫情的一个主要影响就是2005年制定了国际卫生条例(IHR)(http://www.who.int/ihr/en/),并于2007年被世界卫生大会认可。IHR要求各国家上报异常和不明原因的突发性传染病,以及具备检测和应对这类疾病的公共卫生能力,不管何时在何地发生(参见本系列中 P. Gully的综述)。SARS和其他当代人畜共患病威胁,比如H5N1禽流感,凸显了人类健康、动物健康和环境健康组织之间的合作需求。因此出现了“全球健康(one health)”的概念,促进了多学科的协同作用,以实现人、动物和环境的最佳健康。联合国粮食及农业组织(FAO)、国际动物卫生组织(OIE)及WHO等相关国际组织具有正式的协议和框架,以此协调各项活动来评估动物/人类/生态系统界面的风险(FAO–OIE–WHO合作:参见http://www.who.int/influenza/resources/documents/tripartite_concept_note_hanoi_042011_en.pdf(2013年8月7日可用))。SARS还促使人们更加重视对野生生物病毒多样性的了解,以及对这些病原体在跨物种传播的生态和生物学基础的了解。


七、 十年后中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)

SARS爆发十年后,值得详细描述这些事件并总结后来对SARS-CoV的认识,因为我们仍面临新发疾病的威胁。由于加大了研究力度,在2004/2005年发现了另外两种人类冠状病毒,HCoV NL63和HCoV HKU1(van der Hoek等人,2004; Woo等人,2005)。2012年,中东出现了另一种新型冠状病毒(Zaki等人,2012)。该新型中东呼吸综合征(MERS)冠状病毒与 SARS-CoV一样,也是β属冠状病毒,但属于c系而不是b系(参见本系列中Drexler等人的文章)。它会导致严重肺炎和肾衰竭,致死率高。指示病例源于约旦、卡塔尔、沙特阿拉伯和阿联酋,并在法国、德国、意大利、突尼斯和英国发现旅行相关病例。截至2013年9月7日,共确诊114例MERS,死亡54例(http://www.who.int/csr/don/2013_09_07/en/index.html)。


MERS患者倾向为老年人且具有其他潜在疾病。医院中出现了二代传播,但在法国发生的一次类似事件中,该疾病对健康医务工作者的传染力并不强。相反,它针对的是免疫功能低下的患者(Mailles等人,2013)。最大的病例聚集发生在沙特阿拉伯东部省 Al-Ahsa地区的一家医疗机构,其他患者和家庭成员以及少数医务工作者被传染(Assiri等人,2013)。与SARS相比,至今被感染MERS的医务工作者相对较少。虽然在欧洲和非洲的伏翼蝠中发现了与MERS-CoV密切相关的病毒,但仍需确定从流行病学角度来说更合理的人畜共患病源和系统发育上最相近的病毒(参见本系列中Drexler等人的文章; Annan等人,2013)。最近,在阿曼和埃及的单峰骆驼中发现了高滴度的抗MERS-CoV中和抗体,表明它们可能是该病毒的中间传播者(Reusken等人,2013;Perera等人,2013)。这些事件使人不禁联想起2002年底爆发的SARS。需要进行血清流行病学研究来确定MERS-CoV二代传播的全部范围以及感染是否更广泛存在于社区。


 MERS-CoV的受体被确定为二肽基肽酶IV (DPP4),表达于人类呼吸道且存在于很多物种中,包括蝙蝠(Raj等人,2013)。从病毒-宿主受体相互作用中获得的限制SARS-CoV跨物种传播的生物学信息(参见本系列中Li的综述),将对MERS-CoV具有一定意义。近期发布了MERS-CoV纤突蛋白受体结合域(RBD)与DPP4复合物的两种晶体结构(Lu等人,2013;Wang等人,2013),也有RBD本身的结构(Chen等人,2013a;参见本系列中F. Li的综述)。Ren等人(2013)提供了MERS-CoV主蛋白酶的晶体结构,Lei等人正在准备关于该病毒宏畴的文章。所有这些结构将包含在本系列中描述SARS-CoV和MERS-CoV个别蛋白的综述中。


MERS-CoV似乎可以在人的呼吸组织中有效复制(Chan等人,2013),靶向肺泡上皮细胞和肺血管内皮,表明有传播至呼吸道以外的潜力,就像SARS-CoV一样(参见本系列中Cheng等人的文章)。如同 SARS-CoV,该新型冠状病毒似乎在避免引起宿主干扰素反应,但仍对干扰素作用敏感(参见本系列中Frieman、Baric及其同事的综述;Chan等人,2013;Falzarano等人,2013a;de Wilde等人,2013)。已尝试的SARS治疗选择包括干扰素疗法,如本系列中Cheng等人所述,也许对MERS有用。


八、 值得吸取的教训:SARS和MERS的抗病毒治疗和疫苗开发现状

过去十年内,在SARS-CoV蛋白的功能和结构方面取得了巨大进展,疫苗研发也有进展,在动物实验模型中制定并评估了很多策略。然而,应该注意到,2005-2006年以后,在很多国家SARS-CoV研究难以获得资金,尤其是新的抗病毒治疗方法方面。相似地,在对人类健康没有明显威胁的情况下,没有进一步研发 SARS-CoV疫苗的动机。资助机构和同行评审员在这方面似乎有些缺乏远见,但是很多病毒学家也没有认真考虑SARS卷土重来或类似SARS病毒的威胁。


尽管已经根据晶体结构设计出了很多针对 SARS-CoV主蛋白酶的抑制剂(参见本系列中Zhang等人的综述),但很少在SARS-CoV感染细胞培养中进行验证,更不用说动物模型了。至于病毒非结构蛋白中的其他主要药物靶标,RdRp (Nsp12)和解旋酶(Nsp13),情况更加不容乐观,因为难以获取这些酶的活化形式,很多使其晶体化的方法都失败了。因而,经过十年的出色的 SARS-CoV基础研究得出令人挫败的结论是,我们仍然只有2003年对患者的治疗仅显示不确定效果的疗法,也就是干扰素-α和洛匹那韦/利托那韦,似乎是作为MERS患者特效抗病毒治疗的所有方法。近期,研究表明在感染了MERS-CoV的恒河猴中,采用干扰素-α2b和利巴韦林联合治疗后,病程进展缓慢得多(Falzarano等人,2013b)。在治疗SARS患者方面显示出较大的不良效果后,皮质类固醇不再作为治疗选择。环孢素A的非免疫抑制派生物例如DEBIO-025也许有望用于治疗,但这些化合物仍需在感染病毒的细胞培养中进行验证。另外,根据蝙蝠冠状病毒HKU4 M pro晶体结构(与对应 MERS-CoV的酶非常相似)设计的一种缩氨酸酮酰胺,似乎很有应用前景,具有良好的抗MERS-CoV病毒活性(Lin等人,文章在准备中),某些α,β-不饱和酯也有相同作用(Ma等人,文章在准备中)。然而,这些化合物目前仅在动物中进行安全性研究,临床应用还需要很长时间。如果当前的 MERS-CoV疫情届时已经结束,那么对这些化合物及其它化合物的开发热情和资金又面临再一次消失的危险,而在下一次冠状病毒引起的人畜共患病传播到人群中时我们同样面临“无药可用”的情形。


除了研发新的抗病毒药物,还需要建立和巩固可以快速响应诸如MERS之类的新兴传染病危机的全球网络,以便在对照临床试验中科学评估新的治疗方案。已经出现了一些类似网络,包括 ISARIC(国际严重急性呼吸道及新发传染病联盟)。这项全球计划旨在确保临床研究人员可以公开获取所需的方案和数据共享流程,以快速应对可能演变成流行病或大流行病的新发疾病(http://isaric.tghn.org/)。


关于疫苗研发,SARS痊愈者中存在持久的中性抗体应答为我们提供了一丝希望,至少从原则上讲,主动和被动免疫策略是可行的。制定了很多疫苗策略并在实验室动物中验证,包括表达 SARS-CoV S蛋白的重组载体疫苗、DNA疫苗、灭活全病毒疫苗和重组蛋白疫苗(可查看 Gillim-Ross和Subbarao, 2006)。这些研究表明,S蛋白对于引发有效的保护性抗体应答至关重要,并且在动物模型中,中和抗体滴度与避免感染之间具有良好的相关性。N蛋白可诱导抗原特异性T细胞介导的免疫应答。一种灭活的全病毒疫苗在中国进行了1期临床试验。已证明,人单克隆SARS-CoV中和抗体对实验动物的被动预防和免疫治疗具有保护作用(Gillim-Ross和Subbarao, 2006)。但是,在SARS没有再次出现的情况下,没有采取这些举措的动机,而且近年来,在可靠的SARS疫苗方面还没有取得进展。


总而言之,SARS疫情让我们吸取了很多教训,但仍未认识到开发新的抗病毒疗法的必要性。由于基本相同的原因,在过去十年内,抗病毒药物与冠状病毒疫苗开发都没有进展。随着MERS-CoV的出现,这次我们希望本系列文章有助于改变研究人员和资助政策制定者的态度!

(编译:王小茜)


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收稿日期:2020-02-10

本文链接:http://www.ddm360.com/article/detail/1054
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