埃博拉病毒性出血热潜在治疗方法和疫情更新(08/04/2014)

埃博拉病毒性出血热潜在治疗方法和疫情更新(08/04/2014)

今天晚间非洲办公室又有更新,塞拉利昂的情况正如我所猜测的,仍处于爆发期。

afro.who.int/en/cluster

截至8月1日,四国感染人数已达1603人,死亡人数887人。6月28日至8月1日5天内平均日新增感染人数为43.6人/日。可见感染仍在加快。

请参考@Vigorous Cooler 最新的关于埃博拉病毒疫苗的文章。埃博拉出血热 疫苗 的研究现状 - 病毒学笔记 - 知乎专栏

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先转载世界卫生组织非洲办公室公布的最新感染情况

afro.who.int/en/cluster

截至7月30日,几内亚,利比里亚,塞拉利昂,尼日利亚四国共发现1440例感染(包括疑似),死亡826人。目前来看非洲办公室的消息还是最快的,希望能保持。菲律宾的7位疑似尚未确诊。

图一:7月28日至30日的更新数据。每日减至18人/日。尼日利亚与机场死者接触的人中发现了两例疑似。

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今天主要说说埃博拉病毒性出血热的潜在治疗方法,行文会专业些,按照疫情发展顺序推演,顺带回答评论中大家提出的问题,稍长。主要内容是埃博拉病毒的致病机理,疾病传播方式的分歧和已有的治疗探索。欢迎转载,但请不要从文中摘出三言两语,断章取义。

埃博拉病毒(Ebola Virus)是指一个埃博拉病毒属(Genus)的病毒,这个属下面目前发现了5个种(Species)。每个种的平均致死率都不相同,其中最致命的,就是扎伊尔型,也就是这次爆发的类型。

图二:上支,马尔堡病毒家族。下支,埃博拉病毒家族,数字代表分支可信度的百分比,数越大表示该处分支的证据越充足。由上到下依次是两种扎伊尔型,科特迪瓦型(塔伊森林型),本迪布焦型,苏丹型和雷斯顿型。两种病毒同属丝状病毒科,属于近亲。对于近亲的研究能很大程度上推进对埃博拉病毒的理解。

2014年的大爆发始于2月,于三月底由几内亚传到了邻国利比里亚(不是利比亚,和卡扎菲没关系)。在疫情的初始阶段一般有这几件事情要做:确认是什么疾病,判断是哪种类型,估计危险等级。患者多数死于失血性休克,传染快,于是埃博拉病毒性出血热的可能性极大。样品被送到了位于里昂的巴斯德研究所(有个大牛师兄现在就在位于巴黎的总部工作)。测序结果4月16号以短讯的形式刊载于《新英格兰医学杂志》,指出这次的病毒测序与扎伊尔型有97%相同。鉴于扎伊尔型在以往的爆发中恶名昭著(致死率最高可达90%),这次爆发立刻引起重视。再提到这次爆发的病原体时,我会使用扎伊尔埃博拉病毒这个名词。很多关于这次爆发的报导或科普文章,包括我自己写的在内,都有将不同类型的埃博拉病毒,甚至把病原体和造成的疾病混在一起说的问题。

图三:总感染人数(红)与总死亡人数(黑)演化曲线。注意到4月末直至5月中旬疫情得到有效控制。

有很多人问为什么现在的死亡率只有729/1323=55%。“死者长已矣,生者当勉力”:如果目前的患者没能逃过病魔,死亡率就会上升。当疫情接近尾声的时候,死亡率才会收敛。值得注意的是,在疫情的爆发阶段,死亡率会有短暂的下降,这是由于确诊人数大量增加所造成的。四月至五月,死亡率大概在65%。所以不要看到死亡率下降了,就认为是好消息。

5月底6月初到底发生了什么事情呢?塞拉利昂国内出现了病例。而且在两个月之内感染人数就超过了先期遭忧的两位邻居。塞拉利昂一向以国内政局的混乱以及人民恶劣的生活环境闻名于世, 参见电影《血钻》。

图四:疫情发展总表,不包括新增的尼日利亚。

扎伊尔型埃博拉病毒的致病机理究竟是怎样的呢?它究竟能不能通过空气传播呢?有兴趣的人可以读

jvi.asm.org/content/77/

这篇文章有Public access,所以我可以把图截出来。埃博拉病毒首先攻击免疫系统(单核细胞,巨噬细胞)。随后造成严重的细胞因子失调,引起过分的免疫反应。这种过度应激也就是新闻中常说的“埃博拉病毒和免疫系统联手杀人”。关键性的细胞因子包括肿瘤坏死因子α(TNF-α,促进细胞凋亡,引发炎症,阻止病毒复制。但它和其他的TNF一起被认为和埃博拉病毒型出血热的高致死率有非常高的联系),白细胞介素-6(IL-6),白细胞介素-8(IL-8,吸引嗜中性粒细胞)等等。

图五:A:埃博拉病毒感染单核细胞(白细胞的一种),细胞死亡之后释放大量的与炎症相关的细胞因子。B:细胞因子传递信号,导致静脉内皮细胞稳定性下降。同时内皮细胞受埃博拉病毒影响发生病毒糖蛋白(GP)的瞬表达(Transient expression),大量生成的GP能够减少整联蛋白的作用,内皮细胞就脱落死亡了。这是埃博拉病毒造成致命性内外出血的原因。

经研究,埃博拉病毒若想进入细胞,必须通过一种本来在细胞膜上的本来是协助胆固醇运输的蛋白。这种蛋白被称为NPC-1(Niemann-Pick disease, type C1,得名于如果变异之,会导致C型尼曼匹克症)。目前经临床试验有效的对抗埃博拉病毒的方法就是使用NPC-1蛋白抑制剂去阻止埃博拉病毒进入细胞。虽然会导致尼曼匹克症,但两害相权取其轻,一些对神经系统的破坏是能够忍受的。

回到传染,我在回答中说埃博拉病毒能通过飞沫传播,但是世界卫生组织目前的说法是没有证据证明这种病毒能够通过空气在人-人之间传播。事实上,如果想获得如此致命的病毒在人-人之间传播的证据非常困难,除非是公共卫生方面的研究,比如有一个病人坐飞机,与他相距很远但是没有身体接触的人被感染了,并且新患者没有其他与病毒接触的途径。除非大规模爆发,案例足够多,碰到这样的案例需要时间。实验室创造这样的条件就容易很多。事实上,在灵长类上(猕猴)都已经获得了埃博拉病毒通过空气传播的直接证据。这件事情暂时没有公论。但是这次美国带回国的两位患者,以及尼日利亚乘飞机的这位患者,都有可能成为解决这个问题的关键。鉴于在肺表面存在肺泡巨噬细胞(又称尘细胞),而且免疫细胞完全能在肺部或者上呼吸道粘膜附近聚集,空气中的埃博拉病毒被吸入后感染人体的可能性极大。这也是为什么世界卫生组织一边说没有证据证明空气传染,一边推荐密切跟踪所有有可能被空气传染的人群:不仅是因为有空气传播的风险,更是要找证据。同时,所有医护人员在防止体液飞溅的防护服(gown)之外还必须要加口罩(mask)。最后一点,飞沫传播并不完全等同于空气传播。飞沫传播(droplet transmission)一般是指直接把体液的小液滴喷到其他人的粘膜上,比如眼睛,呼吸道粘膜一类,距离不会太远,一般能有两米就很多了,在一些意义上可以被认为是空气传播(airborne),典型的途径是通过咳嗽或者喷嚏。飞沫核传播(Viral droplet nuclei transmission)是另外一个概念,即使飞沫在空气中漂浮的很久,包裹的体液完全干掉了,这种病毒依然具有传染能力,典型的如SARS-Cov或者甲型流感。这类病毒形成了气溶胶之后非常容易扩散。况且,埃博拉病毒是可以通过接触体液(特别是唾液)传播的。综上所述,尽管现在还没有非常确凿的人传人证据,但是一定要警惕飞沫传播,以及更加严重的飞沫核传播,别让自己成了证据。

最后是重头戏,埃博拉病毒性出血热应该怎么治。其实,已经有很多非常有前途的药了。这里着重说一个我自己认为最有前途的,叫做BCX4430。这种小分子最开始是被用于对抗埃博拉病毒的亲戚马尔堡病毒,效果极佳。后来被发现对抗埃博拉病毒(不管是扎伊尔型还是苏丹型)也不错,而且对抗甲型流感也还好。这种腺苷类似物居然是广谱抗病毒药物,所以呢,就发了篇Nature

nature.com/nature/journ

可惜这篇文章没有Public access,我只能转述加解说大概内容。

首先是背景介绍。遗传物质分两种:脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。人是以DNA为遗传物质的,而埃博拉病毒全都是以RNA为遗传物质的(属于负链RNA病毒,意味着它的遗传物质和可供翻译的mRNA是反着的)。埃博拉病毒要想转录,必须通过RNA聚合酶,没有它就没法制造mRNA,没法进而制造有功能的蛋白质。这里是最关键的一点,埃博拉病毒的RNA聚合酶和人的RNA聚合酶是不一样的,他们生成RNA的具体过程也是不一样的。

思路是这样的:如果我们能使病毒合成自己的RNA的时候出错,但是不影响人的RNA生成,不就能杀死病毒又不至于伤人了吗?抓人和病原体生物合成方面的区别并不是什么新鲜的思路。典型的比如链霉素,通过攻击细菌核糖体来破坏细菌翻译过程,达到杀菌效果。但链霉素不可使用过多,否则就会抑制人的核糖体,造成极大的副作用。

我说这么多,就是想让大家知道,抗病毒药的设计是很困难的,因为很多病毒都是从宿主细胞中就地取材的,动这些环节就很可能杀死正常的细胞。而且是药三分毒,有些时候做试验一用药,病毒是少了,正常细胞也少了很多,这种药是不能用的。这种BCX4430的效果如何呢?

对于RNA来说,常见的有四种核苷,分别是

腺苷


鸟苷

尿苷

胞苷

下面是BCX4430的分子式,摘自Biocryst公司专利Patent WO2013158746A1

请问BCX4430长得像以上哪一个?

答案是腺苷啦,要不怎么叫腺苷类似物.核糖上面有一个氧原子(O)被换成了氮(N)。不要小看这一点变化。这种化合物在合成进入RNA链之前首先会被磷酸化,生成三磷酸-BCX4430。而病毒的RNA合成酶会错把三磷酸-BCX4430当成三磷酸腺苷,也就是大名鼎鼎的ATP。此后三磷酸-BCX4430回以单磷酸腺苷的形式被整合进RNA。关键的地方来了,由于BCX4430非常像腺苷,但又不是腺苷,所以他能骗过病毒的RNA合成机制。可是错的毕竟是错的,RNA在整合进这个错误的BCX4430之后的空间位型就发生了变化,导致RNA还没合成完就意外中止了。根据实验数据,整合进BCX4430之后,这个RNA最多再能整合两个碱基,然后就终止了,可谓是病毒的“含笑两步癫”。这种药物进入细胞后,会严重干扰病毒的RNA转录,以及后续的翻译过程。然后病毒所必须的蛋白就不能表达,游离的病毒会减少,然后就被人体的免疫系统消灭了。

而人在合成RNA的时候,药物BCX4430并不会导致RNA链错误中止,很可能是因为人的RNA聚合酶没有把BCX4430当成腺苷。这个机制提供了至关重要的选择性,使得这个药物大部分时候只会针对病毒,而不会针对人。

这个药现在研究到什么程度呢?今年4月份的Nature论文显示,只要11.8µM(11.8微摩尔每升)的BCX4430就能对扎伊尔型埃博拉病毒的抑制率达到50%,只要25.4 µM就能将抑制率提到90%。相比之下,半数细胞毒性浓度CC50高达100µM以上。值得一提的是扎伊尔型埃博拉病毒的数据是用Antiviral Assay实现的,是体外实验。文章只对马尔堡病毒进行了体内实验,显示老鼠在病毒感染后96小时内用药的存活率都接近100%,而120小时后用药则跌至~30%。如果不用药存活率只有5%。相信埃博拉病毒的体内实验数据,甚至是临床数据很快就会到来。

这个药临床实验已经开始,我会随时更新结果。如果马尔堡病毒和埃博拉病毒真的催生出了新的广谱抗病毒药物,不知道若干年之后人们会怎么评价2014年这场埃博拉病毒性出血热爆发。正如耐青霉素金黄色葡萄球菌出现之于万古霉素,结核痼疾之于链霉素:塞翁失马,焉知非福。

题图:BCX4430,摘自Biocryst公司专利Patent WO2013158746A1

感谢@伍晨@谭大毛@Vigorous Cooler 的讨论

编辑于 2014-08-05

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