植物衍生疫苗显著提高小鼠对埃博拉病毒免疫力

每日科学（2011.12.5）—— 1976年8月26日，一种被称为埃博拉的丝状病毒在扎伊尔（现在的刚果民主共和国）一个偏远的小镇扬布库出现了，导致当时90%的感染者死亡，而且会产生一系列可怕的出血热症状。很快这种烈性病毒被认为是地球上最致命的天然病原体之一。

近日，亚利桑那州立大学生物设计研究所的研究人员Charles Arntzen，与该大学菲尼克斯医学院的同事们，以及美国陆军传染病医学研究所的医学博士Fort Detrick一起，在这种致命病毒的疫苗研究方面取得进展。研究结果发表在《美国科学院院报》上，另一篇相关论文则由来自加州圣地亚哥的Mapp制药公司的合作方（带头人：Larry Zeitlin）发表。Arntzen研究小组证实一种植物源疫苗能够为感染埃博拉病毒的小鼠提供强大的免疫保护作用。

目前，埃博拉病毒已经很少爆发性流行。然而，对于Arntzen这样的研究人员，这代表着一种挑战：“对于其他致命病毒像艾滋病毒，有一个常见的发生模式，允许人们进行疫苗测试。例如，一种艾滋病疫苗的研究现正在泰国的两个地方进行，因为这两地方当前有较高的艾滋病发病率”。相比之下，埃博拉病毒的爆发总是转瞬即逝、不连续、很大程度上难以预测。鉴于此，Arntzen强调说埃博拉病毒疫苗不大可能被用作预防给药，而是现存一定的储备量，以应付自然或人为的突发性疫情爆发。

病毒简介：

埃博拉病毒属于丝状病毒科，该科名字起源于病毒弯曲丝状的结构。丝状病毒科可分成埃博拉样病毒属和马尔堡样病毒属两大类。在埃博拉病毒最初爆发的位于埃博拉河岸的小镇扬布库，318名确认感染者中的280人死去了。此后不久，邻近的苏丹有另外284人被感染，其中151人死亡。

埃博拉病毒可能的宿主是蝙蝠。灵长类动物吃了蝙蝠或者蝙蝠丢弃的水果就可能被感染，被感染的灵长类则可能通过咬人或者被人吃（把灵长类做成美食在非洲某些地区很盛行）的方式将病毒传播给人类。

埃博拉病毒病的进程是很残酷的，有时会引起出血热症状，导致黏膜（胃肠道、眼睛、鼻子、阴道和牙龈）严重出血。该病极高的致死率和可怖的症状吸引了公众的注意，成为许多电影和书的题材，比较有名的一部书是Richard Preston所著《高危地带》。

Arntzen留意到当前对埃博拉病毒可能有效的若干候选抗体已经出现了。虽然有的候选抗体在动物模型上获得良好的结果，但对于抗病毒的保护方面还是有实际的缺陷。Arntzen说：“所有这些候选抗体都是从基因的角度来改变病毒活性”。这种类型的抗体需要非常严格的储存条件，而且经过几个月后有失活的倾向。“如果你的抗体必须要保存在液氮温度下，才能维持数年的保质期，同时祈祷永远也不要有病毒爆发，这种抗体缺乏实际意义”。

利用植物对抗病毒：

如今的疫苗中，有的如流感疫苗是在鸡胚中培育，有的是在动物细胞中，还有的是在酵母中培育而得。Arntzen研究小组采用一种截然不同的方式，通过将烟草转变成“活的制药厂”而得到疫苗。他们制备了一种埃博拉病毒疫苗的DNA蓝图，通过特定菌将该DNA蓝图注入烟草叶子中。Arntzen说：“DNA蓝图将每一个叶细胞转变成了一个微型生产单位”。

该研究中，疫苗蓝图是由埃博拉病毒的一个关键表面蛋白（即GP1蛋白）和一个与GP1蛋白特定搭配的单克隆抗体融合设计而成。设计出的疫苗蓝图分子两端是相互吸引的，如同一组棒形磁铁。当这些疫苗分子结合在一起，会形成一种聚合物称为埃博拉免疫复合物（EIC）。“从免疫学角度，这意味着你得到了很容易就能被我们自身免疫系统识别的东西”，Arntzen说：“因为它含有同一分子的许多克隆，称之为重复序列”。

疫苗蓝图注入烟草叶子后的两周内，聚合成足够数量的EIC，然后可以将之从其他叶细胞结构中分离纯化出来。研究人员进而用提纯的样品为小鼠接种，显示小鼠免疫系统有强烈的免疫反应。

然而对于疫苗的最终效应，有必要检验接种小鼠能否抵御埃博拉病毒的侵袭。由于处理病毒的危险性，试验是在马里兰州美国陆军医学研究所经管的一处高封闭场所中进行，由技术娴熟的研究人员操作。结果发现该疫苗对接种小鼠的保护作用与之前试验中最好的曾用过的试验疫苗得到的效果相同。

利用烟草来生产疫苗的优点是十分显著的。植物种植的费用比设计传统制药厂的费用低得多。另外，从烟草叶中提取出的样品很容易纯化，然后或者喷雾干燥或者冷冻干燥，即得到高稳定性的化合物，可以长期储存在室温环境下。这点对于埃博拉病毒疫苗来说是很关键的，因为疫苗主要是用来储备，只在疫情爆发时才会使用。

疫苗一般都包含佐剂——能增强疫苗保护效果的免疫调节因子。大多疫苗都包含明矾（或氢氧化铝），一种被FDA批准的免疫佐剂。对于植物源埃博拉病毒疫苗来说，当明矾与EIC复合物共同接种时并没有改善小鼠的存活率。反而，研究小组发现一种Toll样受体（TLR）激动剂（称之为PIC）与EIC共同接种时，能够显著改善小鼠的存活率。

TLR是机体天然免疫系统的成员，有炎症时由机体产生。Arntzen解释说PIC的作用相当于模拟炎症部位，增强机体免疫反应，同时不会引起组织损害。在PIC和EIC合用的试验中，被埃博拉病毒感染的小鼠存活率可达80%——与曾用过的最好的候选抗体效果相同。

展望：

在《美国科学院院报》发表的相关论文中，Arnzen研究小组的来自Mapp制药公司的合作方描述了该研究所用单克隆抗体的制备过程。Arntzen说，埃博拉病毒感染的治疗方法可能包括注射快反应抗体以直接攻击病毒（被动免疫），与接种疫苗刺激机体免疫保护反应（主动免疫）联合应用。这种方法在其他病毒感染中应用也很普遍，尤其是狂犬病。

植物源疫苗的下一步工作包括利用EIC平台设计对全系列丝状病毒的保护作用。这种简易纯化方案的试验方法也可能会用于其他病原体包括肝炎C或登革热。

相信研究小组的努力能够成功生产出病毒感染后的疫苗和抗体，以备美国军方储存；当疾病控制中心在远程疫情爆发事件中需要救急药品时，疫苗也能派上用场。（丁香）