疟疾仍然威胁着世界近半数的人口。人们正用DNA新疫苗进行反击。
无人确知蚊子从何时开始把疟原虫寄生虫(更多地称为疟疾)注入人体。但从记述发现疟疾衰弱和常见致命症状的一些参考著作中便可追溯到这个书面词的起源。早在公元前2700年,一些著作就曾首次描述过剧烈的疟疾类热病。到了公元前400年,希波克拉底作出了热病蔓延与蚊子最喜爱的繁殖地点(季节性降雨形成的水池)有联系的结论。
今天,疟疾仍是最成功、最持久的杀人凶手之一。据世界卫生组织报道,现在有23亿人,即大约45%的世界人口正处于感染疟疾的危险境地。想象50年前就已受控的疟疾,如今每年却有150-270万人死于疟疾,平均每20秒就有一人死亡。甚至美国居民也不能幸免。过去10年,加利福尼亚、佛罗里达、密执安、新泽西和纽约等州都记述了罕见的疟疾病例。
现在,一种新型疫苗可能为战胜这种古老灾祸提供最大的希望。海军医学研究所疟疾计划主任、疟疾疫苗专家斯蒡芬 · 霍夫曼(Stephen Hoffman)博士说:“当前,我们正在进行疟疾的首次DNA疫苗试验。仅仅两年前,要不是那些观点明确的人,我们绝不可能开始临床试验。”
了解隐藏在这种悲观主义后面的东西,有助于回忆同这种疾病作斗争的医学史。17世纪30年代首先使用一种有毒植物碱,即奎宁治疗疟疾取得了成功,当时它的许多副作用尚未使患者病势加重。直到第二次世界大战美国才开始制造叫做氯奎的较安全的合成抗疟药。由于几千年来疟疾一直在发展的防御能力大大高于人类一直在发展的医学防御能力,所以人的治疗不可能与疟疾防御能力并驾齐驱。在世界大部分地区内,疟原虫寄生虫已变得能耐过去研制的氯奎和大部分抗疟药。
虽然用传统疫苗防止了许多人类最残酷的灾祸(天花、麻疹、腮腺炎和脊髓灰质炎),但迄今疟疾证明是不受传统疫苗影响的。
霍夫曼解释说:“我们预防病毒和细菌的疫苗都是预防传染病的药剂,而病毒和细菌则比寄生虫简单得多。”传染病药剂,例如水痘基本上以一种可治疗的形式存在。疟疾则不同。疟疾寄生虫不仅是一种活动目标,从人跳到蚊子,又从蚊子跳到人,而且也能改变其形态和活动。因而疟疾寄生虫有可能成为解决整个问题的一种策略。某种疗法可能在某一生活周期内击败疟疾寄生虫,但不可能在全部生活周期内击败疟疾寄生虫。更糟的是疟疾寄生虫学会了如何改变自己反应人体自然防御体系和免疫系统的压力。这就意味着可能存在同一寄生虫的许多不同变种,甚至存在于同一人体内,以致搞乱人体的防御体系。霍夫曼说:“这就是研制疟疾疫苗需要现代分子免疫学、生物学和疫苗学全部知识、设备和专门技能的原因。”
研究与疟疾作斗争的新型疫苗的早期努力取得了一些混合成果。1987年,哥伦比亚波哥大实验室的曼纽尔 ·帕塔罗约(Manuel Patarroyo)博士用合成法生产的疟疾寄生虫蛋白质制造了一种疫苗。有人认为这种蛋白质激活了人体免疫系统的防御能力。可是,这种蛋白质的大规模试验证明是无确定结果的。
据在霍夫曼实验室工作的海军研究人员凯文 · 贝尔德(Kevin Baird)所说,生产可靠疫苗的一大障碍是保持疫苗蛋白质的完整性。即使最微小的变异也可能使蛋白质改变形态,致使疫苗无效。贝尔德说:“人们制造蛋白质疫苗时必须证明制造、贮存和使用环境不会使蛋白质改变其合乎需要的特性。”这种要求既难办到又很费时。
霍夫曼知道帕塔罗约的困难后,经过几年的探索终于发现了一种可以用于制造疟疾疫苗的技术,这种技术能有效方便地生产蛋白质。1992年,他终于发现《自然》杂志发表的一篇论文,该文叙述了证明有前途的新型疫苗(DNA疫苗)。人们已经证明这种疗法可以激活预防选择性鼠疾的强大免疫系统的防御能力。仅仅两年后,霍夫曼及其小组就应用这种新技术研制成预防鼠疟疾的DNA疫苗——一个终于能治愈疟疾的鼓舞人心的信号。
传统疫苗不是含活、弱、死的致病微生物,就是含人造致病微生物,这种微生物就叫做病原体。人体所含致病微生物的数量虽未达到发病的程度,但足以引起人体免疫系统产生防御能力。另一方面,DNA疫苗只含病原体的单一基因。
科学家们知道怎样使用这种基因吗?研究人员利用自动化工艺试验了一个又一个基因,然后在鼠体上试验这些基因,从而找到一个起作用的基因。把所选择的每个基因插入细菌的DNA分子里,这种分子就叫做质体。然后把这种质体放入生长培养基中培养,纯化后注入患者。患者身体起反应而产生蛋白质,这就是能刺激免疫反应的抗原。贝尔德说:“在某种意义上说,DNA疫苗仅仅使人体产生有用的疫苗蛋白质,这种蛋白证明在体外是很难产生和控制的。”
一旦DNA疫苗在整个人体内循环,也就证明它促使抗体和细胞溶解性T淋巴细胞(CTL)——即“杀伤”细胞生成。CTL能识别和直接攻击受感染的细胞目标,例如感染疟疾的细胞。CTL的这种能力进一步鼓励了从事DNA疫苗潜力研究的研究人员,因为过去CTL只受活疫苗的刺激。而且,DNA疫苗比使用活感染剂疫苗安全,因为这种疫苗没有致病的危险。
治疗疟疾的DNA疫苗最重要的优点之一是:研究人员只要把病原体的不同基因插入质体就能很容易地产生许多同一疫苗的变体,这有助于与许多处于不同时期和品系的疟疾寄生虫作斗争。
而且和某些疫苗不同,即使外部特征发生变化,DNA疫苗通常也能保持稳定。不管DNA怎样在疫苗生产、运输或贮存期间因酸度、温度或盐浓度变化而被折曲或弯曲,其绞股仍是不变的。DNA疫苗变成不可用性的机会即使在极端条件下也是很少的。这种稳定性也使疫苗生产较快,因为不必经过花费大量时间的试验就能确定疫苗的生存能力。使用自动化工艺,一个月内便能生产出DNA疫苗。贝尔德解释说:“这是疫苗领域引人注目的快速生产范例。这种易事给我们提供了试验多种疫苗成分变化的自由,又不必担心浪费时间和资金。”
1997年7月,霍夫曼及其小组开始了首次DNA抗疟疾疫苗的人体试验,这种试验一直进行到各个试验阶段。通过少数人的实验室研究证明了这种疫苗的安全性和有效性。从今秋起,实验室研究人员将开始更密切地观察在细胞水平上实际生产疫苗的预防用量。由于效果良好,所以大规模人体试验可能在2000年开始。
即使DNA疫苗最后也不可能解决每个人的疟疾问题。大部分研究是专供到地方性疟疾地区的军队和其他旅行者使用的。贝尔德说:“供旅行者使用的疫苗可能适合于较少数绝对没有疟疾免疫力的衰弱成年人,他们不仅对死亡很敏感,而且他们也可能被短时暴露。”
贝尔德指出,相反大多数居住在地方性疟疾地区的人无钱购买昂贵疫苗,重复感染疟疾后又达不到某一水平的耐受力。虽然他们可能继续而临热病蔓延的境地,但他们的死亡危险率大大低于旅行者的死亡危险率。而且,许多研究人员说这种公共疫苗可能是危险的。贝尔德解释说:“社会可能因完全暴露给疟疾寄生虫和传染而出现危险。五年后,如果疫苗变弱和无钱或没有给每个人再接种疫苗的基础将会发生什么?你可能拥有的东西就是流行病,而幸存下来的人也会像苍蝇一样落下。”
控制疟疾的斗争即将进入另一世纪时,显然不可能获得简单的解决办法。从多方面来说,疟疾是一种复杂的疾病,并以各种各样的形式影响不同的人。对旅行者奏效的疫苗,对当地人也许不奏效,在冈比亚奏效的疫苗,也许在泰国就不灵了。如果DNA疫苗真能提供最好的保护作用,那是因为它便于使用。这就是说因为自人类开始出现以来疟疾就是一种活动目标。
[Popular Science,1999年3月]