他們創造的這套“防癌武器”,為無數女性帶來更安全的生活

2021年09月09日14:10

  ▎藥明康德內容團隊編輯

  全世界每年新增的宮頸癌病例超過了50萬。每一年,有25萬以上的女性會因為宮頸癌不幸離世,但隨著人乳頭瘤病毒(HPV)疫苗的問世和推廣,這種趨勢將逐漸降低,更多的女性將不再遭受宮頸癌的侵襲。

  儘管,HPV的整體防護效果需要至少到2030年才能看得出來,但在一些接種率較高的國家,初步數據已經顯示疫苗能夠減少人群患宮頸癌的比例。比如接種率很高的澳州,年輕女性發生生殖器疣和宮頸癌前病變的概率已經迅速下降。

  從上世紀80年代人類第一次將宮頸癌與HPV聯繫起來,到科學家找到製作HPV疫苗的策略,再到能接種的HPV疫苗,僅僅過去了40多年。那麼這40多年中,人類究竟是怎樣將一種癌症的可疑源頭鎖定,並找到抵禦的方法呢?

  找到敵人

  這段故事的第一個主人公是Harald zur Hausen。Hausen 1936年出生於德國,由於戰亂,他的童年生活過得非常坎坷,學校也經常關停,導致他總是會落下課程。而他平時最大的興趣就是鳥和其他動物。

  等到高中畢業,Hausen在專業選擇上,他遵循了自己的熱愛的方向,但稍微做了些許改變,從生物學轉向了醫學。醫學院的生活讓他對基礎研究更加著迷,他覺得自己誌不在臨床醫師,便在滿足升學條件後,前往了德國杜塞爾多夫大學。

  ▲Harald zur Hausen (圖片來源:Kuebi = Armin Kuebelbeck, CC BY-SA 3.0 , via Wikimedia Commons)

  在那裡,他接受了大量細菌學和病毒學的基礎研究訓練,他首先接觸的便是牛痘病毒在小鼠細胞中的影響。他當時發現病毒會造成染色體上發生一些突變,但不清楚其中的原因。當時,德國的細菌和病毒學研究剛剛起步,他並沒有條件將相關實驗繼續下去。

  等到博士後時期,他來到了病毒研究較為成熟的美國,並在免疫學家Werner Henle的實驗室任職。這個團隊專門研究愛潑斯坦-巴爾二氏病毒,又稱EB病毒(EBV)。在上世紀60年代,有研究者發現EBV和伯基特氏淋巴瘤有聯繫。Henle推測,EBV是一種致癌病毒,會潛伏在一些淋巴細胞中緩慢轉移。

  受到這種啟發,Hausen一邊研究腺病毒在感染細胞中的一些秘密作用,一邊繼續探索EBV和伯基特氏淋巴瘤的關係。他在一次電鏡觀察中,發現癌細胞內部存在EBV的清晰證據。他也得出結論,認為EBV在伯基特氏淋巴瘤發生中有著重要作用。

  帶著病毒與癌症聯繫的研究經驗,他回到了德國,宮頸癌的攻堅戰開始了。在當時,大家普遍推測單純皰疹病毒2型(HSV-2)是導致女性患宮頸癌的罪魁禍首。因為這種病毒能通過性傳播,並且一些宮頸癌樣本中也出現了HSV-2的DNA片段。

  不過Hausen發現了這種理論基石中的一個小破綻。他利用當年研究EBV留下的工作,聯繫了一些同事讓他們檢查宮頸癌樣本中是否含有HSV-2的DNA,但同事給出的結果都是否定的。他開始懷疑,HSV-2應該不是真正的兇手。

  而此時,他發現一些報告稱尖銳濕疣能夠轉變成鱗狀細胞癌,而尖銳濕疣裡面是能檢測到人乳頭瘤病毒顆粒的。在當地一家醫院皮膚科的幫助下,他獲得了大量蹠疣樣本,他也首次發現不同疣之間的DNA可能出現雜交。這也暗示,乳頭瘤病毒存在非常多的種類。

  ▲電鏡下的HPV(圖片來源:CNX OpenStax, CC BY 4.0 , via Wikimedia Commons)

  到1979年末,Hausen與同事合作,終於首次從尖銳濕疣中分離出了HPV-6,不過他們並未在宮頸癌樣本中檢測到HPV-6。這些經驗讓他們進一步從尖銳濕疣中找到了HPV-11,這是一種從喉乳頭瘤中來源的病毒類型。

  這一次,24份宮頸癌樣本中有1份顯示出HPV-11陽性。

  這是Hausen和同事首次見證宮頸癌和HPV具有聯繫的證據。他們肯定,應該有別的HPV可能與宮頸癌具有高度聯繫。1983年,HPV-16被發現了,它出現在了約50%的宮頸癌樣本中;接下來是HPV-18,它在多種宮頸癌細胞系中出現的比例為20%。

  ▲Harald zur Hausen與另外兩位科學家分享了2008年的諾貝爾生理學或醫學獎。另外兩人因發現HIV而獲獎(圖片來源:The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2008。 NobelPrize.org。 https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2008/summary/)

  之後的兩年中,更多證據顯示這兩種病毒在宮頸癌進展中有著重要作用。比如它們通常會整合進癌細胞基因組。宮頸癌前病變也會含有這些病毒,並表現出相應的基因表達模式。

  至此,抵禦宮頸癌的一半工作已經完成,我們知道該對付什麼東西了,接下來需要的是一支可以激起免疫系統警惕的疫苗。

  抵禦敵人

  當時,減毒活疫苗已經在預防麻疹和腮腺炎中取得顯著的積極成果,但是用這種方式製造HPV疫苗會存在很大的風險,畢竟即使是經過減活的HPV,它仍然含有會促進癌症發生的基因。美國國家癌症研究所的Douglas Lowy和John Schiller想要製造一種HPV16疫苗,疫苗中只能含有非致癌的遺傳物質。

  此時,病毒外殼蛋白成了一種潛在的候選對象。一些位於病毒表面的蛋白,能夠在體外試管中進行自我重新組裝,並且能最終變成和病毒外觀一樣的顆粒。這種類病毒顆粒能夠引起免疫反應,但是更安全,因為它們內部不會含有病毒的遺傳因子。

  Lowy和Schiller認為,HPV上具備可能實現這一目標的蛋白L1和L2。1991年,免疫學家Ian Frazer在測試中發現,同時將L1和L2混合時,能夠產出HPV16的類病毒顆粒。但是單一使用一種蛋白的話則無法成功。

  通過電子顯微鏡的觀察,他們確定這種類病毒顆粒會比其他乳頭瘤病毒顆粒要小,因此可能是一種“不夠完整的組裝體”。最初,Lowy和Schiller想要測試這種顆粒的效果時,並沒有已經建立的動物實驗系統,因此不能直接測試HPV。

  不過,奶牛和牛乳頭瘤病毒(BPV)給了他們一個絕佳的實驗平台。如果他們能先在牛中驗證自己的思路和方法有效,再將該策略在HPV中進行略微修改和復刻,那麼就能變相探究這種疫苗的可行性了。

  兩人在動物中獲得的實驗結果非常驚人,經過改造用於生產BPV L1蛋白的昆蟲細胞可以製造出與現實BPV一樣外觀和大小的類病毒顆粒。他們將這些細胞破碎的混合物注入到兔子後,兔子的血清中產生了大量的BPV抗體。這些血清不僅能在體外阻止BPV感染實驗細胞,並且最多能在稀釋百萬倍的情況下發揮阻止感染的效果。

  這意味著,一種可用的阻止乳頭瘤病毒感染的策略正在浮出水面。大家也開始逐漸接受類病毒顆粒阻擋病毒感染的方法是可行的。

  夢想的疫苗

  當然,Lowy和Schiller的終極目標是應對HPV而不是BPV,因此他們需要測試HPV上的病毒組裝效果。他們最初使用的Hausen從宮頸癌標本中分離的原始毒株當作測試對象。但是從這株HPV上獲得的L1蛋白並不像BPV一樣,能夠自行完成組裝。

  他們認為由於癌細胞很容易產生基因突變,而這種導致癌症的HPV已經獲得了一些遺傳改變,從而導致L1無法組裝成功。為了驗證這種可能性,他們選取了兩株沒有致癌,使宮頸感染屬於良性病變的HPV。而從這株病毒上分離的L1蛋白,可以在不需要L2蛋白的情況下完成組裝。實際上,一個氨基酸的差異決定了致癌HPV的L1無法實現這一功能。

  隨著HPV L1病毒顆粒實現量產,多家生物公司開始推動疫苗的研發工作。Lowy和Schiller與約翰·霍普金斯大學完成了第一次HPV16 L1類病毒顆粒(VLP)疫苗臨床試驗。參與者一共有36名,她們全部都產生了強烈的特異性免疫反應。

  而在之後,一項涉及800名誌願者的研究同樣展示出了疫苗的良好防禦效果,接種了疫苗的誌願者全部沒有經曆HPV16導致的宮頸持續性感染。隨後,疫苗的成分從HPV16 上升到了HPV16和HPV18兩種類病毒顆粒。

  兩種HPV疫苗分別於2006年和2009年得到美國FDA的批準,用於預防宮頸癌前病變和宮頸癌。現在,我們已經可以自行預約HPV疫苗進行自我保護。根據Lowy和Schiller的研究,只需一針就能激發強大的保護效應。這或許能極大地保護難以獲得疫苗的發展中國家或地區。

  儘管仍處於早期階段,但是這場抵禦病毒,拯救生命的戰役已經開始吹起勝利的號角,在未來可預見的日子裡,凱旋的消息將傳遍世界每個角落。

  參考資料:

  [1] Harald zur Hausen – Facts。 NobelPrize.org.Retrieved September 1st 2021 from https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2008/hausen/facts/

  [2] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2008。 Retrieved September 1st 2021 from https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2008/summary/

  [3] HPV vaccines for cancer prevention。 2017Lasker~DeBakey Clinical Medical Research Award。 Retrieved September 1st 2021 from https://laskerfoundation.org/winners/hpv-vaccines-for-cancer-prevention/

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