互动科普

研制“通用型”流感疫苗

撰文  亚历山大·赫勒曼斯（Alexander Hellemans）

翻译  杜珍辉

《第七封印》（The Seventh Seal）拍摄于1957年，由瑞典著名导演英格玛·伯格曼（Ingmar Bergman）执导。这部电影讲述了一个骑士对抗死神的故事：14世纪，欧洲爆发黑死病，近一半的人口因此死亡。脱离十字军，返回家乡的骑士安东尼乌斯·布洛克（Antonius Block），没有见到迎接他的亲人，只看到等待他的死神。为了活命，他向装扮成牧师的死神提议下棋，并要求只要他没输，就不能带走他的生命。

类似的对抗也发生在当今世界。流感病毒（influenza virus）已在人类和动物世界肆虐多年，在与这种病原体的对抗中，人类鲜有胜绩。过去30年，科学家和一些健康工作者向流感病毒发起挑战，希望找到消灭流感病毒的方法。令人意想不到的是，流感病毒比死神还要狡猾——它不停地改变身体表面的蛋白类型，让人类免疫系统疲于应付。

每年，世界卫生组织（WHO）和其他一些研究机构，都会预测流感病毒表面蛋白的变化情况。一旦WHO确定了最可能出现的变化，药品生产商就得在短短数月内，据此研制新的流感疫苗。比利时根特大学的分子生物学家沃尔特·费尔斯（Walter Fiers）说：“制备季节性流感疫苗的整个流程都存在巨大缺陷。首先是进度太慢，疫苗还未面世，新的流感病毒已经开始在全球肆虐；其次，我们很容易忽略一些病毒，但它们很可能在日后成为主要病原体。” 费尔斯的目标是，研制一种“通用型”流感疫苗，就像我们小时候注射的疫苗一样，为人体提供长久的免疫力。

注射一次疫苗，就能抑制流感病毒的感染（尤其是A型流感病毒）——这是几代科学家梦想，但梦想却难以成真。在流感病毒表面，主要分布着两种蛋白：一是红细胞凝集素（hemagglutinin），它的作用是让病毒黏附到细胞上，并趁机进入细胞；二是神经氨酸酶（neuraminidase），它能促进病毒向其他细胞转移。（学术界正是根据这两种蛋白的类型，来为流感病毒命名，比如H5N1禽流感病毒，其中的H5和N1，分别指代一种红细胞凝集素和神经氨酸酶。）编码这两种蛋白的基因经常发生点突变（point mutation，由核苷酸改变引起的基因突变），引起遗传漂移（genetic drift，由于偶然发生的改变，而造成下一代某一基因的数量不同于上一代的现象）。此外，来源不同的病毒基因（如来自于人和动物）可以相互交换、重组，也能引起遗传漂移。漂移会改变这两种蛋白，让人体内原本存在的抗体无法识别。目前，流感病毒的数量已超过90种。

与布洛克寄希望于运气不同，现年77岁的费尔斯坚信，他已找到了流感病毒的致命弱点：尽管流感病毒的“外衣”变化多端，但有一个地方始终不会改变。费尔斯说：“在流感病毒上，有一种名为M2的蛋白，它的一部分处于病毒外部，我可以利用这部分片段研制疫苗。”

得出这个结论并不容易，这是费尔斯50年研究的结果。作为分子生物学家，他把主要精力投入了基因组研究。1972年，费尔斯和同事发表文章，首次阐述了一个基因的完整核苷酸序列——这是个编码噬菌体（感染细菌的病毒）表面蛋白的基因。4年后，他成功破译噬菌体的全基因组序列。费尔斯回忆说：“这是世界上第一个被破译的基因组序列。”当时，看到很多人因流感而痛苦不堪，他决定把流感病毒列为下一个研究目标。

1980年，费尔斯首次测定了人流感病毒H3N2的红细胞凝集素基因序列。H3N2出现于1965年，他把这个病毒的红细胞凝集素基因与发现于1968年的流感病毒的基因放在一起比较，结果发现，点突变引起了遗传漂移。

他开始思考，遗传漂移如何引起病毒种类的改变？当时，科学家注意到一个奇怪的现象：感染过1968年的流感病毒的人，体内的抗体会与在1963年从一只鸭子体内分离到的流感病毒发生反应。分析了“鸭子流感病毒”的红细胞凝集素基因后，费尔斯发现，上述两种流感病毒非常相似。今天，很多人都已知道，发生某些突变的禽流感病毒也能感染人类。

这类突变一旦发生，任何人的免疫系统都无法阻挡禽流感病毒的进攻。费尔斯解释说：“从外表来看，突变禽流感病毒几乎不同于其他任何流感病毒，我们的免疫系统根本无法识别，因此它的传播速度将非常迅猛。只有不受遗传漂移影响的疫苗，才能阻止灾难发生。”

更准确地说，费尔斯要研制出这样的流感疫苗，必须找到流感病毒上不会发生改变的部分。这个任务很艰巨，但他成功了。在流感病毒表面，M2蛋白构成了一些孔隙，它的一个片段（被称作M2e）非常稳定，即便其他表面蛋白都发生突变，该片段仍会保持原有结构。但问题在于，病毒表面的M2蛋白很少，不足以引发强烈的免疫反应。

最直接的方法是增加M2蛋白的数量，但如何才能做到这一点？费尔斯想到了乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）。这种病毒有一个蛋白质核心，如果把编码核心蛋白的基因转入大肠杆菌，会发生一些意想不到的事：大肠杆菌开始生成核心蛋白，并把它们组装成类似于乙型肝炎病毒的颗粒。费尔斯发现，如果把M2e基因连接到编码核心蛋白的基因上，大肠杆菌就会生成带有M2e的病毒样颗粒。

在动物试验中，给小鼠注射了上述颗粒后，费尔斯在小鼠血液中检测到了针对M2e的抗体，此后，即便再给小鼠注射致命剂量的流感病毒，小家伙仍安然无恙。不过，这类抗体的作用原理与常规抗体不同，因为它不会直接抵抗感染。费尔斯说：“抗体的目标不是病毒，而是被病毒感染的细胞，如果在感染初期，你能杀死被感染的细胞，那么你就能抵抗感染。”

1997年，费尔斯为这项技术申请了专利，并于两年后在著名的《自然医学》（Nature Medicine）杂志上，详细阐述了技术原理。英美生物技术公司阿坎比斯（Acambis）已向费尔斯购买了专利权，开始制备这种新型抗体。I期临床试验于去年结束，阿坎比斯的研究人员发现，在79名自愿者中，90％的人都产生了针对M2e的抗体。

然而，这种抗体能否帮助人类抵抗流感病毒，还需要进一步验证——失败的例子并非没有。10年前，科学家针对病毒的内部蛋白，曾研制出一种抗流感药物，它能激活免疫系统中的杀伤性T细胞，但最后证明，这种药物只能帮助部分小鼠抵抗流感。

由于故意用流感病毒感染自愿者是不道德的，因此研究人员必须进行大规模的野外试验（field trials）。费尔斯说：“我们必须要找一个流感高发地区。人口密度大，且混杂着各种家禽、家畜的地方，最可能爆发流感。”研究人员要为成千上万的人注射疫苗，以获得具有统计学意义的试验结果。

目前，制药行业已对费尔斯的疫苗产生了浓厚兴趣。美国密歇根大学安阿伯分校的流行病学家阿诺德·蒙托（Arnold Monto）说：“‘通用型’疫苗极具应用前景。不过，只靠这类疫苗是否足以抵抗流感，我不敢肯定。”他认为，在使用‘通用型’疫苗的同时，还须辅以季节性疫苗。与流感病毒的对抗，可能还会继续，但现在，科学家们至少已经找到了对抗流感病毒的策略。