干细胞移植还无法成为艾滋病患者的常规疗法,但三个特殊病例的出现,为艾滋病治愈带来了希望。
三个特殊病例
我们人体的遗传物质DNA中含有大约100 000个病毒DNA的拷贝,占到全部人体基因组的8%。这其中绝大多数都是长期被人类遗忘的远古时代病毒入侵后的产物。但对于艾滋病病毒感染患者来说,病毒的攻击却是每时每刻都真实存在的事。
艾滋病病毒是导致艾滋病的元凶,这种可怕的疾病能够摧毁人体内的免疫系统。作为一种“反转录病毒”,病毒将其遗传物质插入宿主细胞的DNA中,并且挟持细胞自身的蛋白质来复制其自身的拷贝。这些病毒始终寄生在人体内。
20世纪80年代,当一个患者被诊断出艾滋病后,相当于被判了死刑;现如今,由于联合治疗方法的问世(毫无疑问这是医学史上最伟大的胜利之一),病毒可以在病人体内保持在一个相对稳定的状态。也就是说,除非患者体内的艾滋病病毒发生突变,它才能够逃避联合治疗的药物控制。这就是为什么即使在患者体内检测不到病毒载量,医生也永远不会说艾滋病患者被“治愈”了。
但是艾滋病的治疗的确出现过意外,意外之一就是被称为“柏林病人”的患者——艾滋病病毒阳性伴癌症患者蒂莫西·雷·布朗(Timothy Ray Brown),他因为身患白血病于2008年接受了全血干细胞移植术,在手术结束一段时间之后,蒂莫西的癌症和艾滋病双双治愈。无独有偶,日前,两位新治愈的病例表明布朗并不是医学史中唯一特殊病人。
近期发表在《自然》杂志上的一项研究发现,一名艾滋病病毒阳性的霍奇金淋巴瘤(一种白血病)患者(被称为“伦敦病人”)接受骨髓移植治疗,抗艾滋病病毒药物治疗停止18个月后检查,无法检测到病毒。这使得他成为医学史上第二个不通过药物治疗而击败艾滋病病毒的人。
第三个成功治疗的病例信息则在华盛顿召开的反转录病毒和机会性感染会议上发布。这位艾滋病病人在接受药物治疗的同时,也接受了干细胞移植以治疗他的白血病,于2018年11月停止服用抗病毒药物。医生即使使用了多种超敏检测技术,也仅仅检测到病毒遗传物质的痕迹。
不过,这是否意味着我们可以成功治愈艾滋病呢?
我们不得不沮丧地承认,目前治愈艾滋病,人类还束手无策。干细胞移植通常以骨髓移植的方式来进行,这种方式虽然能治疗艾滋病,但会带来严重的副作用,因为移植后需要对患者进行广泛的免疫抑制,这无法成为艾滋病治疗的常规办法,特别是那些已经能通过抗反转录病毒疗法控制病情的患者。
干细胞移植治疗艾滋病
目前从治疗成功的病例来看,三位患者都通过血液干细胞移植手术来治疗白血病,而治愈艾滋病则是干细胞移植手术带来的一个意想不到的“副结果”。
我认为能够治愈的主要原因在于患者接受的干细胞类型与他们自身的携带类型不同。如果将艾滋病病毒比喻为亚马逊快递的包裹,那么在病毒注射至宿主细胞之前,该包裹需要有收货人,而这个“收货人”就停靠在宿主细胞的表面,“接收货物”过程涉及很多分子,其中一种称为CCR5细胞趋化因子是完成这一过程的关键因子。对于大约50%的艾滋病病毒株来说,CCR5对于病毒进入一种称为T细胞的免疫细胞并开始复制繁殖来说是非常必要的。
如果CCR5你觉得耳熟能详,那可能是因为它曾经是CRISPR技术编辑婴儿基因丑闻的关键词。事实上,大约有10%的北欧人的CCR5受体分子携带突变,这使得他们能够天然抵抗艾滋病病毒。突变体CCR5Δ32中缺乏一种成分,反而能阻止艾滋病病毒与受体细胞进行有效结合。
问题的关键点来了:三名已经被“治愈”的艾滋病患者都接受了配体捐献的干细胞,从而治愈了自身的白血病,恰巧这些捐献者都携带CCR5Δ32突变。这些全新的干细胞进入受体体内,“柏林病人”的造血系统中的干细胞被重新激活,重建的血细胞布满其血液循环系统(这其中包括重建的免疫细胞),结果就是“柏林病人”的免疫细胞成为能够抵御艾滋病病毒的超级细胞,最终治愈了艾滋病。
携带突变CCR5的干细胞能够治愈艾滋病吗?
以下就是这个故事变得复杂的地方。理论上讲,自身拥有突变趋化因子的艾滋病患者在停药后仍然能够控制并清除艾滋病病毒。
但是其他因素的影响也不容小觑。早在2000年前后,布朗就接受了多次全身放疗来根除体内的癌细胞,并接受了两次骨髓移植手术。为了减少骨髓移植手术带来的排异反应,他服用了大剂量药效强劲的免疫抑制剂(这些药物由于毒性太强目前已经在市场上停售了)。而药物带来的副作用几乎让他痛不欲生。
布朗的免疫系统几乎被彻底摧毁和重建了一次,这让科学家们一度怀疑,让艾滋病人濒临死亡进而重启机体的免疫系统来清除体内艾滋病病毒的方式是否值得?
令人振奋的消息是,另外两个病例带来了新认识。这两位患者确实接受了癌症化疗,但是这只是针对其血液细胞,旨在清除癌症细胞,为移植后的骨髓细胞“让路”而已。然而,除了这些特殊病例,其他试图拷贝这个治疗方案的患者结果都失败了,他们在停止服药后艾滋病病毒卷土重来。
所以,科学家们并没有完全搞清楚其中的机制。
“柏林病人”蒂莫西·雷·布朗
一种理论认为,血液干细胞的来源非常重要,因为移植细胞会诱导宿主免疫系统形成一种称为移植物抗宿主的免疫反应。顾名思义,在这种情况下,移植入的新细胞会猛烈攻击宿主(这是医生通常不希望看到的情况),但是在这种情况下,免疫攻击可能有助于消灭最后一个感染艾滋病病毒的T细胞,也就是“艾滋病病毒蓄水池”,让宿主的免疫系统重新焕发生机。
更为复杂的是,一项小规模的临床试验将常规的细胞趋化因子CCR5移植到艾滋病病毒阳性的白血病患者后发现,机体能够抗击艾滋病病毒的时间长达88个月。由于免疫抑制剂既能够限制移植物抗宿主的免疫反应,也能够防止HIV病毒感染新的细胞,所以研究人员认为这些服用免疫抑制剂的时间和剂量对艾滋病的治疗效果至关重要。
另外一种成分使得这个机制更加复杂:只有约一半的HIV病毒株是通过CCR5进入免疫细胞,其他病毒株(例如X4)通过其他细胞趋化因子进入免疫细胞内。即使CCR5突变了,这些病毒株仍可以堂而皇之地进入宿主体内,由于没有同类型病毒株的竞争,对机体的破坏效果更加严重。
是否意味着不用关注这个治疗方法了?
不,仍然需要关注。伦敦病人是自布朗之后第一个在长达一年多时间内未检测到病毒载量的病患。这说明布朗并不是侥幸获得治愈的案例,CCR5绝对是一个值得进一步研究的艾滋病治疗靶点。
由于目前艾滋病病毒只能够管理控制,科学家尚未对“艾滋病治愈”有一个明确的定义。已经长达12年没在布朗体内检测到艾滋病病毒了,他才是目前唯一一个符合治愈这一标准的患者。另外两位患者虽然很有希望被治愈,但目前仍然被科学家视为是长期缓解的状态。
到目前为止,对于在艾滋病患者体内多久不再检测到病毒才被认为是彻底治愈还没达成共识。此外,目前有很多种方法来检测患者体内的病毒载量,例如,上文第三个病例——“杜赛尔多夫病人”所使用的超灵敏检测可检测到超低滴度的病毒信号。这一结果又让很多人怀疑病毒会否对机体的免疫系统再次进行攻击。
但是两个新增例证将艾滋病研究领域推向了一个充满希望的新时代,或许不久的将来,全球范围内3 700万患者的疾病可能会被彻底治愈。
骨髓移植治疗艾滋病的未来将何去何从
可以预测将来会有越来越多这样的案例涌现。
上述的两个案例是IciStem计划的一部分。IciStem计划是一项泛欧合作项目,旨在使用干细胞移植的方法来治疗艾滋病的研究工作。截至目前,这项合作项目已经接受超过22 000名捐献者捐助的有效CCR5Δ32突变型骨髓样本,其中99名艾滋病阳性患者接受了此类型样本的移植手术。更多成功的案例将会为该方法的有效性提供强有力的证据。
然而,干细胞移植方法显然不适合作为艾滋病患者的常规治疗手段。生物技术公司双管齐下,正在积极寻求基于CCR5的潜在治疗方法:其一清除受到艾滋病病毒感染的免疫细胞;其二,为艾滋病患者的免疫细胞寻找全新的替代品。换句话说,使用任何可能的方法去除机体免疫细胞中的CCR5趋化因子。
例如,美国加州里士满的生物技术公司Sangamo是这个领域中的先驱。在一项临床试验中,研究人员编辑了从血液细胞中抽提的细胞趋化因子CCR5,然后使用嵌合抗原受体T细胞免疫疗法的方式将这些细胞注射入人体。由于编辑过的细胞数量不足,这些细胞并没有彻底地击败患者体内的艾滋病病毒,但是病毒反弹之前,它们确实清除了大量病毒。随着CRISPR基因编辑技术的发展,对细胞趋化因子CCR5的编辑将更加有效,目前有很多类似的临床试验正在进行中,包括使用干细胞抵抗艾滋病病毒的侵袭,使干细胞成为终身对病毒具有抗性的免疫细胞,或使用针对细胞趋化因子CCR5的抗体。
无论治疗效果如何,任何以CCR5为靶点的艾滋病治疗方法都必须考虑到这一点:小鼠试验表明,机体缺失这个基因会引起大脑认知改变,它会增强大脑的认知能力并改善中风后大脑的恢复状态。虽然这些“副作用”看起来都是有益的,但是这些研究也表明,当下我们对这个基因在免疫系统之外如何发挥作用还知之甚少。
尽管存在各种复杂性和不确定性,这两个有希望的案例还是给沮丧的科学家带来了一线希望。荷兰乌得勒支大学医学中心的安娜玛丽·文辛(Annemarie Wensing)博士总结道:“这些结果将激励我们,治愈艾滋病不再是梦想,而是一个可以实现的长期目标。”
资料来源singularityhub.com
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本文作者雪莉•范( Shelly Fan)是一位具有神经科学背景的科普作家