丙型肝炎病毒研究概述-2020年诺贝尔生理学或医学奖解读

1、丙型肝炎病毒研究概述2020年诺贝尔生理学或医学奖解读摘 要 丙型肝炎病毒导致肝脏发生慢性炎症，甚至引起肝硬化和肝癌，严重威胁着人类的健康，病原体的发现对疾病的诊治起到 了极大的推动作用本文结合2020年诺贝尔生理学或医学奖三位诺奖得主的工作，对丙型肝炎病毒的发现过程及其意义进行 综述关键词病毒性肝炎丙型肝炎病毒病毒培养疫苗诺贝尔生理学或医学奖2020年10月5日，瑞典卡罗琳医学院将诺贝尔生 理学或医学奖颁发给了美国病毒学家、输血医学家 Harvey J. Alter，英国生物化学家、病毒学家Michael Houghton和病毒学家Charles M. Rice，以表彰三位科学 家在发现、鉴

2、定丙型肝炎病毒及揭示其复制机理方面 做出的卓越贡献。在此之前，Harvey J. Alter曾因发现 丙型肝炎病毒(Hepatitis C virus，HCV)获得2013年的 加拿大盖尔德纳国际奖(Gairdner International Award) 和2000年的美国拉斯克临床医学研究奖(Lasker Award for Clinical Research) ; Charles M. Rice 因建立丙 型肝炎病毒复制子模型与另外两位科学家共享2016 年美国拉斯克临床医学研究奖。他们的研究具有重要 的科学意义，也为血源性丙型肝炎的诊断和治疗奠定 了扎实的基础。1病毒性肝炎肝脏炎症(

3、肝炎)是全球第七大死亡原因，其主要 类型是病毒性肝炎，这是一种由肝炎病毒引起的以肝 脏发生病变为主的传染病。一般而言，当肝炎病毒侵 入人体后会进入肝脏细胞进行病毒的复制、组装和释 放,激活宿主的免疫应答，调动免疫系统发挥作用，严 重则会损伤被病毒感染的肝细胞，诱导细胞凋亡或细 胞坏死，从而引起急慢性肝脏炎症，甚至导致肝纤维 化、肝硬化和肝癌的发生。病毒性肝炎的临床表现为 乏力、腹胀、肝区压痛和肝功能指标异常。研究发现， 导致此病的肝炎病毒主要有5种：包括甲、乙、丙、丁、 戊型，其中除乙型肝炎病毒为双链DNA病毒外，其余 都为单链RNA病毒。而且，单从临床症状诊断无法区 分这5种病毒导致的肝炎，

4、只有通过血清免疫学检查 才能对其进行准确辨别。在我国，最常见的是乙型病毒性肝炎，甲型和丙型 病毒性肝炎次之。甲型肝炎病毒最早在1973年由 Feinslone使用免疫电镜技术在患者粪便中发现，它主 要通过粪口进行传播，具有一定的自限性，因此它的传 播相对容易控制；而乙肝和丙肝病毒主要通过血液传 播、性传播和母婴传播，传播途径的宽泛导致更多人容 易感染该病毒。但是目前对于乙肝病毒已经开发出疫 苗并经多年应用达到了较好的预防效果：对于丙肝病 毒而言，目前尚未研发出疫苗，这使得丙肝成为全球公 共卫生面临的挑战之一，也是我国防治重大传染病的 重点。2丙型肝炎病毒的发现早在1947年,英国的肝病学家以临

5、床症状和传播 途径为依据将肝炎分为对患者影响较小的“传染性或 流行性肝炎”和伴随着高发病率和高死亡率的“血源 性肝炎”两种类型。其中，第二种血源性肝炎严重威胁 着人类的健康，感染者的血液是该传染病最大的传播 源。20世纪60年代以前，在手术或输血后，全球范围 内慢性肝炎的患病率高达30%，但当时并不清楚造成 该传染病的原因。直到20世纪60年代,美国医学家、 生物化学家Baruch S. Blumberg鉴定出乙型肝炎抗原， 并表明血源性肝炎在一定程度上是由一种叫做乙型肝 炎病毒的病毒引起的。Blumberg的这一发现推动了针 对乙肝病毒疫苗的成功研发，极大地降低了乙肝病毒 来源的血源性肝炎的

6、发病率，因此Blumberg荣获1976 年的诺贝尔生理学或医学奖。1973年，美国国立卫生 研究院科学家发现并鉴定出一种肝炎是由微小核糖核 酸病毒科的甲肝病毒所致，随后其检测方法被开发出 来并得到应用。与此同时，在美国国立卫生研究院研究受血者患 肝炎情况的输血医学家Harvey J. Alter发现，尽管在找 到甲型、乙型肝炎病毒后，血源性肝炎的发病率有所降 低，但仍有大量患者的存在，这就排除了剩余血源性肝 炎病例与甲肝病毒或乙肝病毒的关联性，也就意味着 还存在未被发现的肝炎病毒类型E。在接下来15年 时间里，Alter都未能找到第三种肝炎病毒，但他通过 增加输血检测指标后，在一定程度上降低

7、了肝炎的感 染率。更重要的是，经过长期的血清学检测和血液样 本检查，他发现除了人易感染而患病外,该种未知的肝 炎病原体也能使黑猩猩患病，这一现象极大地推进 了研究进展，为未来实验的进行提供了可靠的研究对 象。Alter之后的工作表明导致该种肝炎的病原体具 有病毒的特性。1975年，他将其命名为“非甲非乙型” 肝炎病毒但凭借当时的研究经验和技术，未能成功 鉴定且分离该病毒。3丙型肝炎病毒的鉴定为解决新型肝炎带来的危害，科学家几乎用尽了所 有的传统病毒检测方法，但对于该病毒的鉴定依然无能 为力。1989年，Alter和英国病毒学家Michael Houghton 通过放射免疫分析发现献血者和受血者

8、的血液中均有 一种能引起“非甲非乙型”肝炎的物质451，这为后续 病毒的鉴定做了重要的铺垫。紧接着Houghton教授 采用一种新型的分子克隆技术，从含有该新型肝炎病 毒的血浆中成功构建了一个随机引物互补的cDNA文 库，通过Southern杂交排除了与人或黑猩猩具有同源 性的cDNA序列，随后用肝炎患者的血清来筛选能编 码病毒蛋白的DNA克隆片段。经过分析之后，鉴定出 一段RNA序列6，并发现它是一种来自黄病毒家族的 新型RNA病毒,遂将其正式定义为丙型肝炎病毒。丙 肝病毒的发现无疑将疾病的防治进程推进了一大步， 但是仅仅有丙肝病毒就能诱发肝炎吗？科学家必须了 解丙肝病毒的结构和致病机理。4

9、丙型肝炎病毒的致病性20世纪90年代初期,来自美国华盛顿大学路易斯 分校的著名病毒学家Charles M. Rice及其同事对该种 RNA病毒的基本特征和致病机理进行了研究。为了 促进丙肝病毒在宿主细胞中的复制并产生具传染性的 病毒，他们利用DNA重组技术产生丙肝病毒的RNA 片段且将其导入体外培养的黑猩猩肝细胞中，结果发 现该种病毒在实验室环境下极难进行复制，这表明常 规的病毒培养方法并不适合丙肝病毒。失败促使他 们猜想：是否在基因组中存在对病毒复制起着关键 作用的特殊结构，由于它的缺失导致病毒复制的失 败？ 1996年，Rice找到了丙肝病毒基因组RNA的3 端序列,并推测该区域对病毒的复

10、制起着至关重 要的作用，但是Rice构建了包含这一序列的丙肝病 毒并将其注射到黑猩猩体内却没有发现感染肝炎的 症状。接下来他对这些从黑猩猩体内分离出的病毒 RNA序列进行分析，发现这些病毒存在一定的遗传变 异，并推断这些变异可能会影响某种保守结构,进而影 响到病毒的复制。通过比较大量在患者体内分离出的 丙肝病毒RNA，Rice成功找到了其中的“共有序列 （consensus sequence）1997年，他通过基因工程技术生成了一种包含该“共有序列”的RNA病毒变体，将 其注射到黑猩猩的肝脏中能产生感染症状且能检测到 病毒8,91 同年，美国国立卫生研究院的Jens Bukh也 报道了类似工作

11、。这表明了丙肝病毒是导致此前未知 血源性肝炎发生的罪魁祸首。此后，两人的实验团队 均开发出了能在实验室环境下让丙肝病毒进行高效复 制的全新细胞系。此外，德国美因茨大学的Ralf F.W. Bartenschlager在实验室中使用“复制子实现了丙肝 病毒的复制，这些发现使科学家对丙肝病毒的研究向 前迈了一大步。随着研究的深入，丙肝病毒的结构逐渐被解析出 来，这是一种全长约9.4kb的单链RNA病毒，虽然它不 能将基因组整合到宿主染色体中引起突变，但可以在 宿主信号肽酶和蛋白激酶的作用下，裂解成多种病毒 蛋白，引起细胞发生癌变101 更值得注意的是，丙肝 病毒基因具有高度的变异性，能够逃避宿主免

12、疫系统 对它的清除,使病毒在宿主体内能够长期存活。这些 发现共同为开发抗病毒药物奠定了基础。5研究意义及展望自20世纪以来，肝炎一直是世界范围内病毒性 疾病领域关注的重点，而丙型肝炎病毒的发现和治 疗在血源性肝炎治疗过程中起着至关重要的作用， 极大改善了世界各国人民的健康状况。988年，！- 干扰素联合病毒唑（利巴韦林）用于治疗丙肝；1992 年，美国食品药品监督管理局（FDA）正式批准!-干 扰素用于丙肝的治疗。但这些药物都存在副作用 大、易复发、难治愈等问题。直到2007年，就职于生 物公司的Michael Sofia完善了小分子化合物PSI - 7977（ 一种核苷酸类似物，命名为法玛赛

13、特小分子抑 制剂），并将其与干扰素和病毒唑联合用于丙肝治 疗，经12周疗程即可完全治愈，这就是目前针对丙肝 最有效的、可达到治愈效果的抗病毒药物索菲布韦, 该药已于2013年在美国上市。虽然针对丙肝病毒的血液检测方法已经普遍使 用，针对该病毒的药物也在不断研发，但是目前仍然没 有有效的预防丙型肝炎的疫苗。原因主要有4点：一 是丙肝病毒基因具有高度变异性，不同基因型之间的 核酸序列差异可达30%，因此针对一个靶点的单价疫 苗对该病毒几乎不起作用；二是丙肝病毒在体外很难 感染细胞，无法通过细胞培养的方法获得大量病毒,也 就无法研发灭活疫苗或减毒疫苗；三是缺乏研究模型, 由于实验伦理和保护动物福利的需要，一些与人和黑 猩猩相关的基础实验很难开展，不过，近年来构建出的 肝脏人源化小鼠模型逐渐应用于药物的筛选及疫苗的 优化中，这从一定程度上解决了人类传染病缺乏动物 感染模型的难题；四是在人群中丙肝病毒感染的自然 清除率只有30