百科：青蒿素的危機

2015年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授予了中國科學家屠呦呦、愛爾蘭科學家威廉·坎貝爾和日本科學家大村智。屠呦呦獲獎的理由是發(fā)現(xiàn)和提取了青蒿素，坎貝爾和大村智獲獎的理由是發(fā)明了治療盤尾絲蟲病和淋巴絲蟲病的藥物阿維菌和伊維菌素。盡管青蒿素被譽為治療瘧疾的“神藥”，但是，青蒿素在瘧疾治療中也面臨一些問題。
　　瘧原蟲的耐藥性
　　人類對瘧疾的抗爭表現(xiàn)為道高一尺魔高一丈的拉鋸戰(zhàn)。無論何種藥物，瘧原蟲在適應了一段時間后就會對藥物產(chǎn)生耐藥性，瘧原蟲對青蒿素和雙氫青蒿素同樣如此。因此，屠呦呦獲得今年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎只是對過去中國科研人員成績的肯定，但同時也提出了一個問題，如何應對越來越嚴重的瘧原蟲的耐藥性。
　　
　　瘧原蟲對青蒿素產(chǎn)生耐藥性的危機早就讓世界衛(wèi)生組織（WHO）和全球飽受瘧疾之害地區(qū)的人們頭痛。世界上瘧疾耐藥性最嚴重的地區(qū)當屬湄公河三角洲。早在20世紀五六十年代瘧原蟲就已經(jīng)兩次對關(guān)鍵藥物，如氯喹和乙胺嘧啶等產(chǎn)生了耐藥性。瘧原蟲的耐藥是因為其基因產(chǎn)生了突變，而且，從那時起，瘧原蟲的耐藥基因已經(jīng)向世界各地傳播。同時，寄生蟲的耐藥又是一個全球性問題。
　　此后，中國科學家發(fā)明的青蒿素和雙氫青蒿素的使用抑制了瘧疾的耐藥性。當然，瘧原蟲耐藥也有使用方法問題，即單一使用某種藥物會讓寄生蟲很快產(chǎn)生基因突變，從而產(chǎn)生耐藥性。意識到這一點，世界衛(wèi)生組織一再提醒各國衛(wèi)生部門謹慎用藥，并且推廣瘧疾治療的聯(lián)合用藥（以青蒿素為基礎(chǔ)的綜合療法，ACTs），但是，瘧疾的耐藥性還是不可避免地再次出現(xiàn)，而且是針對瘧疾的特效藥青蒿素。2003～2004年，首例青蒿素耐藥（ACTs耐藥）病例出現(xiàn)在泰國-柬埔寨邊界。2009年，以青蒿素為基礎(chǔ)的綜合療法對泰國、柬埔寨等國的一些瘧疾已經(jīng)明顯失效。
　　因此，世界衛(wèi)生組織不得不承認，過去10多年，治療瘧疾最有效的藥物青蒿素已經(jīng)在柬埔寨、緬甸、越南、老撾以及泰國邊境地區(qū)越來越多的患者中失去作用。這個事實讓人們無奈和惋惜，因為，青蒿素是幾十年來對抗瘧疾最有效的藥物，也是中藥中經(jīng)過了現(xiàn)代實驗醫(yī)學，包括藥理學、病理學、生物化學、分子生物學和基因?qū)W檢驗并得到國際認可和推崇的一種藥物。
　　在21世紀初，世界衛(wèi)生組織寧愿相信瘧疾對以青蒿素為基礎(chǔ)的綜合療法耐藥的原因是伴侶藥的問題，而非青蒿素的問題。但是，嚴酷的現(xiàn)實告訴人們，瘧原蟲對青蒿素的耐藥既是藥物的問題，又是瘧原蟲適應環(huán)境和藥物自身的問題。
　　依賴于現(xiàn)代科學，如基因?qū)W，現(xiàn)在研究人員確認了青蒿素失效的主要原因是因為瘧原蟲的一個基因突變。這個發(fā)現(xiàn)是逐步確認的。2012年，發(fā)表在英國《自然》雜志的一篇研究文章提出，一種名為K13的基因突變蛋白與瘧原蟲耐受青蒿素有緊密關(guān)聯(lián)性。2013年在美國《新英格蘭醫(yī)學雜志》上發(fā)表的另一篇文章則提示，東南亞的瘧疾耐藥性普遍存在K13基因突變。研究人員確認K13基因位點在瘧原蟲的第13個染色體上，其編碼的K13蛋白形狀與風車類似。
　　2015年初，美國哥倫比亞大學的大衛(wèi)·費多克等人和位于泰國曼谷的瑪希隆大學-牛津大學熱帶醫(yī)學聯(lián)合研究所的鄧多普等人在美國《科學》雜志在線發(fā)表的兩篇文章確認了K13基因是如何讓瘧原蟲對青蒿素耐藥的。
　　費多克等人利用鋅指核酸酶技術(shù)來修復瘧原蟲的基因，如果對耐藥性瘧原蟲的K13突變基因進行修復，則瘧原蟲不會耐藥。在給耐藥性瘧原蟲植入普通的K13基因后會讓它們對青蒿素再次敏感，相反，把突變后的K13基因植入對藥物敏感的瘧原蟲后又會讓它們對青蒿素產(chǎn)生耐藥性。
　　鄧多普等人分析了來自東南亞和非洲的1000多名患者攜帶的瘧原蟲的所有信使RNA分子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有K13基因突變的瘧原蟲會使參與蛋白折疊和修復的基因的功能增強，從而降低參與DNA復制的基因表達。這個機制會幫助瘧原蟲修復青蒿素對它們的殺傷。這個機理也體現(xiàn)在，瘧原蟲是通過放緩生長速度以減輕青蒿素對其進行傷害，于是，瘧原蟲的耐藥就不可避免地產(chǎn)生了。
　　抗御瘧疾的深層機理
　　現(xiàn)在，另一些研究人員通過對腸道菌的研究從分子角度解釋了為何兒童比成人更容易患瘧疾，因此也揭示了瘧原蟲耐藥的另一種機理。
　　葡萄牙古爾班基安研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)，人體內(nèi)共生的腸道菌表面有一些糖分子，這些糖分子稱為聚糖。人體免疫系統(tǒng)識別這些聚糖之后，能產(chǎn)生高水平的天然血液循環(huán)抗體，后者就是人體抗御疾病的衛(wèi)士之一。于是，他們提出一個假說，針對腸道菌表面聚糖的天然抗體，也能夠識別病原體表達的相似的糖分子，例如識別瘧原蟲表面類似的糖分子，從而攻擊瘧原蟲，避免瘧疾的產(chǎn)生。
　　這種假說的基礎(chǔ)是，人體某些腸道菌表面的糖分子與瘧原蟲表面的糖分子相似，故而前者誘導機體產(chǎn)生的抗體可以通過相似性來攻擊瘧原蟲。而且，由于成年人機體中誘導產(chǎn)生的抗體滴度足夠大，所以比兒童更能有效地抗御瘧疾。
　　假說需要實驗來證實。古爾班基安研究所的伊爾馬茲等人在研究中發(fā)現(xiàn)，人體腸道內(nèi)一種最常見的大腸桿菌——大腸埃希氏菌能產(chǎn)生類似瘧原蟲的聚糖半乳糖殘基，因此，這些大腸桿菌的半乳糖殘基能誘導機體生成天然的抗體，稱為抗半乳糖殘基抗體。這些抗體產(chǎn)生后，會識別瘧原蟲產(chǎn)生的半乳糖殘基，把瘧原蟲當成外來入侵物而發(fā)起攻擊。攻擊的過程是，抗半乳糖殘基抗體激活免疫系統(tǒng)中的補體系統(tǒng)，從而呼喚免疫系統(tǒng)的其他成員來殺死瘧原蟲，由此阻止這種寄生蟲從組織和皮膚進入血液而導致瘧疾的產(chǎn)生。
　　這種機理顯然能解釋為何在熱帶和亞熱帶的瘧疾高發(fā)地區(qū)，只有一部分成年人被蚊蟲叮咬之后會感染瘧疾，但5歲以下的兒童明顯更容易受到感染。因為，成年人擁有更多的抗半乳糖殘基抗體，能抵御瘧原蟲進入血液。嬰幼兒體內(nèi)還沒有足夠多的大腸桿菌，因此不能誘導機體生成高濃度的抗半乳糖殘基抗體，以抗御瘧疾的產(chǎn)生。

　　進一步的研究證明了這一點。伊爾馬茲等人把人工合成的半乳糖殘基輸入小鼠體內(nèi)，讓小鼠產(chǎn)生了高水平的抗半乳糖殘基抗體，結(jié)果，這些抗體讓小鼠的瘧疾發(fā)病率大大減少，這說明正是抗半乳糖殘基抗體的水平不高才使嬰幼兒容易患瘧疾。
　　自然賦予人類這種天然的抗御瘧疾的原理給人以道法自然的啟示。瘧原蟲固然能造成人患病，但是，人體自身的微生物也提供了一種天然的防御方法，即通過腸道菌產(chǎn)生與瘧原蟲相似的半乳糖殘基，誘發(fā)機體產(chǎn)生抗體，以抗御瘧疾。這種方法顯然有治本的作用，因為，如果把人體內(nèi)大腸桿菌產(chǎn)生的與瘧原蟲相似的半乳糖殘基作為抗原來生產(chǎn)疫苗，就有可能不僅預防成人患瘧疾，還能預防兒童患瘧疾，真正實現(xiàn)預防優(yōu)于治療的目標。
　　同時，由于這是微生物之間的相生相克和模仿，很難刺激瘧原蟲的抗藥（疫苗）性，因此，這可能是研發(fā)抗瘧疾長效疫苗的一種途徑。當然，目前這只是一種設(shè)想，但在疾病防治方面擁有道法自然的神韻，也因此不僅可能是攻克瘧原蟲抗藥性的一條途徑，而且也可能是預防和根除瘧疾的一種希望。
　　如何化解瘧原蟲的耐藥性？
　　人類要想贏得抗擊瘧原蟲以及其他寄生蟲戰(zhàn)爭的勝利需要采取更為新穎的方式，除了在用藥手段上創(chuàng)新外，還需要有新的方法，如研發(fā)新的藥物，或在青蒿素的基礎(chǔ)上采用復方藥物，以及用基因工程的方法來治療瘧疾。
　　基因工程主要是針對瘧原蟲的基因進行修飾，即改造瘧原蟲的基因，可用的手段已經(jīng)比較明晰。例如，可以通過鋅指核酸酶來修復瘧原蟲變異的K13基因。鋅指核酸酶是將一個非特異性的核酸內(nèi)切酶FokI（FokI是一種存在于細菌的限制酶）與含有鋅指的結(jié)構(gòu)進行融合，可對特定的基因序列進行切割和修復。被切開的DNA可以由切除的修復機制使切開處的單鏈部分被刪除，然后又重新連接到一起。
　　通過鋅指核酸酶為耐藥性瘧原蟲植入普通的K13基因，可以讓它們對青蒿素再次敏感。另一種方法是用CRISPR/Cas基因修飾系統(tǒng)（也稱基因編輯器或基因剪刀），這種基因剪刀已經(jīng)被研究人員嘗試用來切割艾滋病病毒（HIV）感染者和患者體內(nèi)細胞中的艾滋病病毒，從而根除潛伏的艾滋病病毒。
　　不過，這兩種相似的方法都存在一個較大的難題，即如何對數(shù)以千萬計的瘧原蟲和艾滋病病毒進行基因的切割和修復，因為，這個工程太龐大了。對艾滋病病人實施基因工程清除艾滋病病毒的工作量還小一些，但對人體內(nèi)和蚊子體內(nèi)的瘧原蟲實施基因工程的改造則是一個極為龐大的工程。
　　同時，瘧原蟲的基因突變也使其抗藥性成為一種特質(zhì)，因此要利用瘧原蟲的基因突變研發(fā)新的藥物和疫苗可能計劃沒有變化快。不過，伊爾馬茲等人的研究結(jié)果提供了一種攻克瘧原蟲抗藥性的本元思路，即道法自然。如同自然界的各種生物相生相克一樣，也有一些微生物是瘧原蟲的克星，如果能利用這一點來研發(fā)“以物治蟲”或“以蟲治蟲”的藥物和疫苗，將會事半功倍。
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