互动科普

钩虫病感染

Peter J. Hotez，David I. Pritchard

造成千百万儿童生育阻滞的智力发育迟钝的钩虫感染，至今仍然被研究人员大大地忽视了。新的研究结果揭示，可以生产疫苗来加以预防。

只要对当今世界的每个人进行调查，估计有10亿人口——约占全球人口的五分之一——在他们的小肠里就藏有钩虫。这些寄生虫以暗中为害的方式进行偷窃活动。这些半英寸长的窃贼以其利齿叮住小肠壁的表层和亚表层并在此偷吃血液。每条钩虫每天从循环的血液中虽然只吸吮少量的血。但当有20条、100条乃至1000条钩虫同时吸血时就会吃掉大量的血（在100条钩虫的情况下，几乎可吃掉一茶杯血），其结果就可能是严重的了。

血液把铁、蛋白质和其它营养物带给人体的各种组织。如果寄主不能足够快地补充这些失去的物质（正如经常在儿童、育龄妇女和其他人身上出现的营养不良状况那样的情况）的话，其结果就可能出现缺铁贫血症和蛋白营养不良症，这是从轻度感染走向完全患病的明显标记。占受感染病员群体的25%的贫血和蛋白质营养不良兼得者，可能发生极度的昏睡和虚弱。更为糟糕的是，当儿童受许多钩虫的慢性感染时，缺铁和蛋白质缺乏就可能引起严重的生育阻滞，并可能伤及行为的、认知的和运动的发育，有时甚至是不可逆转的伤害。钩虫病偶尔甚至可能造成死亡，特别是婴（幼）儿的死亡。

广泛流行于热带发展中国家的钩虫病是能够治愈的。可是，在钩虫病盛行的许多地区，杀钩虫的药品（有时还有铁的添加剂）可能未被使用或者难以获得。由于这个原因以及其它一些理由，这些地区急需疫苗，以便能够预防在人体肠道内形成旺盛群体的钩虫。然而，可悲的是，在过去的25年中，钩虫病已被大多数的生物医学研究团体忽视了。主要原因很简单：研究明显第三世界的疾病的资金缺乏，而在实验室内保存这些钩虫的虫体又有困难。其结果，使钩虫感染的研究未从生物技术的革命中受益，而生物技术的革命已导致了在认识和治疗其它人类疾病方面取得了十分令人难忘的进展。

我们现在正在努力扭转这种趋势。我们实验室与其它几个实验室一道已开始使用现代分子技术去探索钩虫的两个主要种属：钩口线虫属（Ancylostoma）和板口线虫属（Necator）。在过去的几年间，这种努力已使之有可能鉴定出能够有潜力用作预防疫苗的一定范围的钩虫蛋白质。在这些受人欢迎的和意想不到的转折中，这些蛋白质中的许多似乎也很有希望作为工业化国家常见的心血管病和免疫性疾病的药物。

一条明显的感染途径

美国与其它国家曾经一度对钩虫病比较重视并将其列入研究日程。1880年当被称为矿工贫血症流行而袭击在瑞士阿尔卑斯山修筑赛音戈扎特（Saint Gothard）铁路隧道的意大利劳工时，医学团体开始充分意识到此病的潜在危险性。十二指肠钩虫（Ancylstona duodenale）,这是主要导致人类钩虫病的两种钩虫中的一种，上述矿工贫血症应归咎于它。到1902年第二种钩虫美洲板口线虫（Necator a mericanus）也被鉴定出来，而钩虫怎样从一个个体传递给第二个个体的许多细节已被查明。此后不久，发现美洲板口线虫的感染在美国东南部极为猖獗。作为回应，石油巨头John D. 洛克菲勒建立了洛克菲勒卫生委员会（Rockefeller Sanitary Commission）的，设法在美国东南部根绝这种疾病。洛克菲勒还支持一项篇际控制钩虫感染的活动。这些努力使一些新的治疗方法得以引进并为目前已取得的进展莫定了重要的基础。

然而，即便在格克菲勒未卷入消灭钩虫病此项事务之前，研究人员已奇迹般地发现，钩虫感染人体的道路是相当曲折的，并需要钩虫卵和低龄幼虫在人体外的土壤中度过一段时间。钩虫的雌成虫每天要释放出数以千计的受精卵，通过粪便排出寄主体外。刚孵出的幼虫为了生存和生长，需要温暖的、湿润的和通气良好而避阳光的土壤。这些条件在热带的乡村随处可见，特别是在那些种植有作物提供覆盖的地方或高大林木下的耕地场所最为适合。因此，最严重的感染（每人受100多条钩虫的感染）就出现在居住于种植有椰子、可可、咖啡豆、茶、甘蔗、甘薯和桑树的地区的人群中。

卵在土壤内1天后即孵化成小幼虫。它们在经两次蜕皮到感染阶段之前以有机残骸和细菌为食。感染阶段的幼虫不进食。它们移动至土壤表面使之与寄主接触。在这种角逐中，钩虫可能表现出令人怀疑的行为：它们爬上禾谷类的叶片或土粒中，使它们的尾和背部保持直立状态。

通常，隐约可见的幼虫通过潜入腿和脚的皮肤而进入人体，当然十二指肠钩虫的幼虫亦能通过口腔进食而感染人体。钩虫幼虫历经皮肤之时似乎可引起不良的炎症反应，在反应中白细胞云集于受感染的组织内。不管什么原因，这些白细胞一般不消灭进入体内的钩虫，纵然其时有剧烈的灼痒之感。事实上，在1978年，印度北部的一群男子开始做一种流行的卡巴迪（kabaddi）游戏（游戏者双方相互抓扯以图把对方摔倒在地）后，爆发一种疼痛奇痒的出了名的皮肤病反应，当地人把它叫做“土癣”（“ground itch”，亦称钩虫皮病）。参加游戏的人直到全身奇痒迫使他们离开泥田拼命去寻找减轻痛苦的方法以前都不知泥田已受感染性钩虫幼虫污染。

一些研究人员推测，对于摄食而进入人体的钩虫幼虫来说，通向小肠是一件容易之事，它们可以直接移动到它们的最终目的地。可是，经过皮肤进入人体的钩虫幼虫则必须费相当的劲才能穿过表皮进入下面的真皮而进入微血管或淋巴系统。穿透这些管道之后不久，它们就随血液循环而被带到心脏的右侧并进入肺部。钩虫幼虫在这些地方破坏血液循环而进入气道并引起咳嗽和影响吞食东西。开始在皮肤内成熟的幼虫，在小肠内最终发育成钩虫的雄性和雌性成虫。它们立即就可以在小肠内交配和进食。雌虫通常在以幼虫达到人体后大的两个月内即开始排卵。

奇妙的是，这种连续的生活史有时会在中途被打断。宾夕法尼亚大学的Gerhard A. Schad和他的同事已证明，十二指肠钩虫幼虫在进入人体内到达小肠之前可保持数月的休眠状态。没有一个人确切地知道它们在何处休眠或怎样把自己隐藏起来，但杜兰大学的Keun Tae Lee、Maurcie Dale Little以及后来的Paul C. Beaver和他们的同事都在动物和人的肌纤维内找到了钩虫的幼虫。因此，肌纤维组织可能是休眠钩虫幼虫的一个隐蔽所。

从钩虫本身来看，进入休眠状态对其成活有重要意义。如果在干旱年分，幼虫会加速成熟，雌虫就会把卵排放进荒土中，可是，如果钩虫幼虫能够设法选择合适的时间到达小肠,结果产卵就与湿季相吻合了，这些卵就将有大量的机会得以孵化成长。这样看来，钩虫幼虫可能充分具有这样一种天生的本领。本世纪六十年代末工作在印度西孟加拉邦的Schad研究小组确定，当年的干热季节内感染人体的十二指肠钩虫幼虫在人体组织内保持发育上的停滞状态，而后在季风雨季刚好来临之前才进展到可产卵的成虫阶段。因此，钩虫卵正好落到所需要的潮湿土壤内。

对钩虫来说，休眠期可能是好事，但它可能对寄主有干扰。可从小肠内消灭钩虫成虫的药物不能杀死幼虫，其结果，在一段时期看来治疗有效的钩虫病患者，即使他们不再接触新的钩虫虫源，数月之后也可能再度生病。

有些间接的证据也会令人不安，受阻的十二指肠钩虫幼虫能够进入哺乳母亲的奶水中，因此对新生婴儿造成严重的感染。有部分的证据表明，事实上此类传播在狗身上就有发生。中国上海寄生虫病研究所的Yu Sen-hai和Shen Wei-xia最近对患有严重十二指肠钩虫病感染的许多新生婴儿作了检查。通过哺乳传播钩虫病的可能性是特别令人忧虑的，因为受钩虫病严重感染的新生儿由于它所引起的失血而可能死亡。

治疗的难以成功之处

根据已知的钩虫的生活史，我们（本文的两位作者）各自提出鉴定能使钩虫蛀入皮肤并在人体内成熟和存活的这些微小的分子。我们推理，如果我们可以分离这些微小的分子，我们就能够将其中一些用作疫苗。Hotez专注于研究包括有几个种的钩口线虫属（Ancylostoma）;而Pritchard则集中研究主要由美洲板口线虫（N. americanus）组成的板口线虫属（Necator）。

Hotez几乎都是用狗钩虫（A. caninum）来作为钩口线虫属的代表，其理由是这个种比十二指肠钩虫（A. duodenale)更容易在实验室内保存。正如我们从名称上就可以预料到的那样，狗钩虫主要感染狗，但根据最近由澳大利亚昆士兰大学的Paul Prociv和澳大利亚汤斯维尔总医院的John Croese的研究表铂，在人体内也找到了狗钩虫。

我们之所以对建立疫苗特别感兴趣，正如我们在前面所述的那样，大部分原因是世界上许多地区钩虫病要得到治疗仍很成问题，以及由于休眠的幼虫能够在治疗结束后数月产生新的感染。这些困难由下面的事实而加重了，即因为初次钩虫感染而受苦的人似乎并未获得对以后感染的强烈的保护性免疫力，这种免疫使比方说感染过一次水痘的人受益。因此，生活在钩虫病流行的地区的民众将再度接触钩虫并连续受到再次感染，而且也将需要反复进行药物治疗，这是大多数受害者不可能办到的事情。除此之外，经常使用药物也不是一种解决钩虫病问题的理想办法。中国上海寄生虫病研究所的研究人员已对大量的钩虫病人进行了调查，他们目前已经发现药物治疗并不总是像前面所述的那样有效。

当然，最好的方法在于预防，把卫生水平提高到钩虫病传播不能够发生的程度。这一措施被认为是根除美国东南部人类钩虫病的主要原因。不过，在大多数发展中国家要想在短期内就建立起卫生系统，那是不可能的。要生活在炎热的热带的居民总是靠穿衣服来保护身体，以期减少与钩虫的接触，这似乎也是不可能的。因此，此刻最合乎逻辑的选择是广泛给予所设计的疫苗以增强寄主的抵抗能力。

我们能够想象出两种不同类型的疫苗注射方法。在经典的抗感染的方法中，注射微小的分子或死的乃至有缺陷的整个有机体，以引起目标对呈现于生物体表面的一个或多个分子的免疫反应。当这种方法获得成功时，所诱发的免疫反应使人体在任何时间都可以立即消灭进入人体的有机体（钩虫）。

即便说钩虫的自然感染看来不会引起较大的保护性免疫力，但预防接种可能仍会赋予保护性。30多年前，当时在格拉斯哥大学任教的Thomas A. Miller用感染阶段中的活的但受辐射损伤过的十二指肠钩虫幼虫接种狗，狗产生了免疫力。由活的幼虫组成的人疫苗也许不会得到政府的批准。尽管为此，Miller的成功经验也可能通过注射遗传工程幼虫（钩虫）蛋白或蛋白质片断的方法使其在人体内再现。如果这种疫苗见效，它就会阻止钩虫幼虫在人体内存活或成熟。

我们还可利用新的疫苗种类，我们将其称为抗病疫苗。由于钩虫不能够在寄主体内增殖，所以能减少它们吸取血量的任何事物都会减轻它们对人体的伤害。我们推测，假如我们能够鉴定出由钩虫分泌而不是由人体分泌的微小分子，那么供给这些微小的分子就可以起对钩虫的免疫应答。尽管这种应答可能不会直接杀死钩虫（因为释放的这些物质不会向钩虫体内扩散），但它可以中和使钩虫能够成熟，吸取血液，并免受免疫系统的其它部份攻击的分泌物。

作为我们鉴定出可能对疫苗有用的分子的部分成果，我们已测定了钩虫附着于小肠壁后发生的一系列生物化学作用。发生附着后，钩虫泵动它的咽肌，从而满口吸进（插入）粘膜和下面的基质。与此同时，钩虫分泌出能够强烈破坏粘膜组织的酶类。

我们实验室和澳大利亚布里斯班昆士兰医学研究所的Paul J. Brindley已经鉴定出了这些酶类中的一些酶。其中包括能够降解寄主蛋白质的蛋白酶，以及能够分解透明质酸和小肠的其它结构成分的透明质酸酶。这种物理的和化学的联合攻击，不仅释放出了为钩虫所需的小肠壁的潜在营养成分，而且在钩虫口器的插入过程中还切断了微血管。钩虫吸取大量自由流动的血液，而且还使血液大量浪费。

人类寄主以所具备的双向防御体系对钩虫的入侵做出反应。防御的部分目的是使受伤害血管处的血液凝结。血液凝结作用能够阻止进一步失血并抑制钩虫食血。防御体系之另一部分则是免疫学的。免疫学部分包括激活白血细胞（白细胞），这种白细胞含有嗜中性白细胞和嗜曙红细胞。白细胞通过产生自由基和脂质过氧化物（两者都是高度反应性的和破坏性的）而努力去杀死钩虫寄生物。

免疫学防御体系还包括放出能够与白细胞协同作用的抗体分子。抗体中有种免疫球蛋白E（IgE）型，这种球蛋白可以起着变态反应的作用。Pritchard和他的合作者新近在巴布亚-新几内亚所进行的研究指出，IgE介导的反应在一些钩虫病患者中可能十分强烈（可能是那些最容易发生变态反应的钩虫病患者），而且看来还能够减少钩虫的进食；虽然如此，IgE显然不能立即杀死许多钩虫。

钩虫可释放化学因子

钩虫之所以能持续生存下去，是由于它们已进化形成了穿过血管和破坏免疫防御系统的对策。例如，钩虫至少用导致凝（血）块形成过程的两种成分进行干扰。当微血管损伤时，血管细胞释放出被叫做组织因子的糖样蛋白，它能与循环蛋白因子Ⅶ相结合，其所形成的复合体引起一系列的反应，使第三种分子——一种叫做因子X的酶—被激活到巅峰状态。被激活的因子X（亦称因子Xa）反过来又把促凝血球蛋白转换成凝血酶，此凝血酶则把另一种蛋白质，即血纤维蛋白原（凝血因子I）转换成血纤维蛋白的难溶性链。然后，血纤维蛋白聚集起来作为血管壁上的网络并构成凝血的要素。这种网络通常网罗住血小板以及其它一些物质。

研究人员几乎在一个世纪前就已知道钩虫至少产生一种抗凝血的因子，但其本质仍然是个秘密。我们已经发现钩虫所产生的一种物质，它可阻止血小板在试管内凝结。我们和其他研究人员还证实，钩虫分泌一种蛋白质，该蛋白质早期在凝血通道中运转并阻遏因子Xa的活动；因此，此种蛋白阻碍凝血途径中所有后续的步骤。Hotez实验室的Michael Cappello与加利福尼亚圣迭哥的CORVAS国际公司的George P. Vlasuk合作目前已从狗钩虫中分离出了此种蛋白质。这种被叫做AcAP（狗钩虫抗凝血剂肽）的分子，是自然界中前所未有的一种比较小的极为有用的蛋白质，正如将要看到的那样，AcAP分子的性状意味着它可以被用作与钩虫感染无关的疾病的药物。

钩虫逃避免疫的破坏作用的战略同样取决于释放的化学物质。CORVAS的研究人员已从狗钩虫中分离出了一种叫做嗜中性细胞抑制因子的这类物质，它部分地通过阴止嗜中性白细胞和嗜曙红细胞释放强烈氧化的化学物质而抑制嗜中性白细胞和嗜曙红细胞的活性。

Pritchard和他的同事Peter M. Brophy已证明，美洲板口线虫（N. americanus）已逐渐形成了一种相关的防御能力。它分泌出抗氧化剂酶类（如过氧化物歧化酶和谷胱甘肽-S-转化酶），这些酶类能够中和自由基等等。为了加强保护自己，美洲板口线虫还产生一种酶，它可降解由小肠壁神经元发出的神经递质乙酰胆碱。如果小肠壁的神经递质乙酰胆碱自由地发挥作用，它就会帮助激活白细胞去抗击美洲板口线虫。

最后，我们发现，用于破坏吸收阻塞物中组织的化学物质还有利于钩虫躲避免疫系统的毁坏。美洲板口线虫制造的一种蛋白酶可溶解抗体，而主要由钩口虫属（Ancylostoma）各个种制造的透明质酸酶可促进各种分泌物的局部扩散。这种扩散作用保证钩虫被一种保护性的化学掩蔽物团团包围。

因此，在许多情况下，在肠道内的钩虫成虫起自身含有药物制造者的作用，产生的分子用来抑制血液凝结和抑制寄主的免疫应答。

可是产生这些有趣的化学物质的不只是钩虫的成虫，它的幼虫也同样可以产生。例如，Hotez实验室的John M. Hawdon已证实，可感染的狗钩虫幼虫至少精心制作了两种蛋白质：一是也许可以帮助钩虫幼虫穿透皮肤的蛋白酶；另一种蛋白质尚不知道它的功能，这第二种蛋白质叫做ASP（钩虫分泌的多肽）可能参与进食阶段的熟化作用。

许多候选疫苗

人们发现钩虫在其生活史中可以产生如此众多的蛋白质，表明疫苗开发是明智之举。例如，Hotez研究小组的Hawdon和Brian F. Jones最近已克隆了ASP（钩虫分泌的多肽）基因，并测定编码这种蛋白质的氨基酸顺序。这种ASP蛋白质的一部分原来非常相似于在带刺昆虫的毒液中发现的一种蛋白质的片断。这种毒液蛋白引起人的免疫系统的强烈反应。而且，对毒液成分起反应的抗体，当把它们与ASP在试管内混合时，同样对A5P也起反应。

这些结果为下述想法提供了依据，也就是说，ASP可以用作能够激发摧毁感染性钩虫幼虫或阻止幼虫成熟的抗体反应的疫苗。现在可以用遗传工程的方法大量得到ASP。有了这些装备的武装，Hotez不久将与上海寄生虫病研究所的研究人员合作，把ASP作为疫苗在实验动物身上进行试验。前面早已叙述过的另一些钩虫产物——特别是AcAP和其它抗凝血因子、抗氧化剂和嗜中性白细胞抑制因子——都正在被考虑作为疫苗进行试验。

由英国Babraham研究所的Edward A. Munn和他的同事所进行的研究向我们指出，其他分子值得作进一步的评价。他们已证实，由绵羊的胃蠕虫（不是钩虫）制造的一种酶组成的疫苗能够保护绵羊免受绵羊胃蠕虫的再次感染。Pritchard和他的合作者已指出，美洲板口线虫能制造出相类似的酶，用这种钩虫酶作注射液的结果表明，可以唤起人对钩虫感染的保护性反应。

从集中于对钩虫侵染敏感的遗传因子的研究中同样可能出现疫苗的可能性。现在在牛津大学的Schad和Roy M. Anderson几年前曾注意到，开始就获严重钩虫感染的人看来也会再度获得重感染，而开始就获得轻度感染的人，再度感染也是轻度的。这里有些征兆表明这些模式是由寄主的基因控制的。如果是这样的话，鉴定出影响敏感性的基因就会对防止严重感染提供更多的线索。Pritchard在巴布亚-新几内亚的研究工作揭示，含于变态（过敏）反应中的基因也许是值得继续跟踪研究的。

此种前景是十分诱人的，但要进行疫苗生产仍存在着一系列的障碍。制药公司不大愿意为第三世界的疫苗生产投资，原因是缺乏富有魅力的市场，它意味着制药公司将不能够收回他们的成本。除非有大笔钱可赚，否则钩虫疫苗的开发完全可能难有起色。

令人啼笑皆非的是，已鉴定出来的钩虫蛋白质，迄今可能还未开始用作疫苗，但却作为与钩虫感染无关的疾病的治疗药物在使用。正如现在所要提及的例子，抗凝血剂AcAP可以证明对治疗心脏病有用。

人们可能记得，AcAP干扰因子Xa的活性，而因子Xa在引起小肠内的一系列血液凝结的反应中是一个关键性的作用因子。因子Xa看来对引起心脏病的血液凝块的形成也是重要的。这些事实结合AcAP结构所具有的独待性，意味着这种蛋白质可以用作一些心血管疾病患者的现有抗凝血剂药物的替代药物。例如，在防止通过血管成形术（使动脉像气球那样膨胀以便清洁通道），扩展的动脉的再度阻塞中，AcAP可能是有益的。

把嗜中性白细胞抑制因子和其它阻碍免疫应答的化学物质用于治疗工业国家中常见的一些疾病也是大有希望的。为确定上述钩虫分泌的化学物质是否应开发出来作为治疗自体免疫疾病、移植的排斥反应以及气喘或其它变态（过敏）反应症的药物，正在进行各项研究。

千万把儿童放在心上

钩虫内发现的分子可以有多种用途的这种可能性是令人高兴的，但用于工业国家的治疗并不是我们的初衷。我们仍然把希望着眼于我们将找到一条消灭钩虫病的途径。

1911年，北卡罗来纳州哥伦布县的一位医生C. L. Pridgen叙述了一位受钩虫病折磨的IS岁少年心脏病发作的情景。在洛克菲勒卫生理事会的第二次年度报告中，他写道：

这个孩子是一个典型的病例。

他的皮肤显得非常苍白……他似乎不太注意周围的人群……他以极不在乎的态度接受体格检查，当检查完毕后，不等到听医生讲述诊断的结果，他就立刻转身走了，他走到一根圆木附近并坐下，显得非常疲倦……他的父亲说，这孩子总是一声不吭……就像一条狗那样靠在门廊止，整天无精打采的。没有人可以使他振作起来去干活或玩耍。

这个少年的病情经治疗得到了戏剧性的改善。Pridgen用这个孩子的父亲的话作为最后的报告，“当我离开家后，我的孩子正跟在犁后并对骡子大声喊叫，他以此种方式让我知道他是多么高兴还活着。”

然而，这个孩子后来又受到感染，并再度无精打采。他只要生活在第三世界，这孩子不可能每次都能得到所需的治疗。我们希望，总有一天可以生产一种价廉的疫苗，以防止这类极度怠倦乃至更悲惨的景况在世界上千百万儿童中发生。

【赵裕卿/译  胡天其/校】