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勇往直前:埃博拉疫苗诞生记(上)

原创 文/罗锐(编译) 2020-02-13 18:20:00 来源:中国网医疗频道

2014年春,一个瘟神在西非徘徊。为了对抗这个瘟神,三大洲的科学家联合起来,拉开了大战的序幕。

编者按:当前,全国上下正在积极抗击新冠肺炎疫情,坚决打赢疫情防控的阻击战。世卫组织也召集了全球专家群策群力,新冠病毒疫苗有望在18个月内就绪。2014年,埃博拉在西非肆虐,为了对抗这个致命的病毒,三大洲的科学家联合起来,拉开了大战的序幕。本文介绍了埃博拉疫苗诞生的全过程,由于篇幅较长,健康界国际将分为上、下两篇发布,以飨读者。


2014年春,埃博拉病毒正横扫整个西非。这时,科学家加里·科宾格(Gary Kobinger)一直在关注着来自加拿大的消息。

2015年,利比里亚蒙罗维亚救赎医院(前埃博拉病患收容中心),身穿防护服的医务人员正与候诊者交流。

科宾格是加拿大国家微生物学实验室(National Microbiology Laboratory,NML)特殊病原体部的负责人。该实验室位于加拿大马尼托巴省的省会温尼伯(Winnipeg),是加拿大唯一的四级生物安全水平实验室(BSL4),也是全球15个具有该水平的实验室之一。科宾格及其团队因在埃博拉等病毒性出血热疾病方面的研究而享有盛誉。科宾格本人就曾领导发明了埃博拉病毒的有效疗法。

多年来,埃博拉疫苗也一直是温尼伯实验室的研究对象,而且它在动物模型中效果很好。实验室还研发了人用埃博拉疫苗,希望能进行人体临床试验。但是直到2014年4月,人体试验都没能开展。疫情中从未使用过这种疫苗,也没有大型制药公司愿意研发。

正当埃博拉病毒在几内亚这样一个没有防控经验的国家迅速蔓延时,科宾格与世界卫生组织取得了联系,表示要提供疫苗。

然而,世卫组织拒绝了他。世卫组织认为投放疫苗为时尚早,并告诉科宾格几内亚没有可以批准实验性疫苗上市的检定部门。事实也确实如此。

埃博拉病毒属于丝状病毒科。多年来,为了对抗这个死神,科学家们一直在呕心沥血地开发疫苗和药物,却一次次看到已现曙光的研究成果被彻底推翻;制药商们也看不到研发成本回笼的希望。而由于疫情总是零零星星,所以几乎没机会对实验性疫苗进行严格测试。

但这一次不一样。除了不忍目睹非洲埃博拉病毒患者被弃之街头的情景,国际社会从自身利益出发,也认识到肆虐西非的埃博拉有可能扩散至全球。

温尼伯实验室的前负责人、也曾领导过疫苗研发工作的海因茨·费尔德曼(Heinz Feldmann)说:“疫病暴发提醒人们,这种外来病毒可能真的会对区域乃至全球的公共卫生造成威胁。”

其实,费尔德曼早就对研发疫苗不抱希望了。这种疫苗就是费尔德曼等人在大量研究中提到的rVSV-ZEBOV。在经历了许多艰难险阻之后,或许是机缘巧合,默克公司(Merck)终于研发出了疫苗,先后于2019年11月和12月获得欧洲和美国监管机构批准,并在非洲投入使用。这就是如今大家所知的默沙东减毒活疫苗Ervebo。

这项壮举离不开三大洲多国科学家耗费多年心血的苦苦求索。当疫情再次来袭,医护人员就能用它予以还击。

如今已是加拿大魁北克拉瓦尔大学(Laval University)传染病研究中心(Infectious Disease Research Center)主任的科宾格回忆说:“研制疫苗从开始到结束,好像什么也没发生过。不过,这么多风风雨雨之后,总算成功了!”

故事还得从头说起。

来自德国的灵感

正如每次科学进步一样,埃博拉疫苗的故事始于一个好想法和一次幸运的突破。

20世纪九十年代初,美国耶鲁大学的科学家约翰·杰克·罗斯(John “Jack” Rose)试图找到一种可以将“水疱性口炎病毒(VSV,一种家畜病毒)”用作疫苗递送系统的方法。VSV可以感染人,但不会引起不适。人体免疫系统对VSV的响应非常迅速,会产生惊人的高水平抗体。

在耶鲁大学实验室里工作的约翰·杰克·罗斯

罗斯认为,如果可以将流感或HIV等病毒性病原体基因嵌入VSV,就可以用作埃博拉疫苗的有效主链。其理念是,无害病毒将教会免疫系统识别有害的潜在入侵者。

大约六年的时间里,罗斯和学生一直在想办法要把其他病毒基因嵌入VSV。不过,期间一位非常优秀的女学生离开了实验室,她断定这项研究永远不会有结果。

1994年,正当罗斯愁眉不展时,听说德国研究人员在狂犬病病毒研究中取得了进展。于是他采用德国的方法,用了几个月时间把改良过的VSV病毒还原了。

这为罗斯等研究人员研究VSV打开了一扇新大门。

为了验证免疫是否有效,罗斯团队在VSV中加入了一种流感病毒蛋白,并注射到小鼠体内。中和抗体反应非常快,都超出了图表范围。注射一剂就足以让小鼠完全免疫。

后来,罗斯实验室联合其他实验室又以VSV为实验性疫苗的主链,分别用禽流感、麻疹、SARS、寨卡病毒等病原体做了试验,也都见效了。

可是,埃博拉病毒是世界上最致命的病毒,如果没有高度安全的实验室,就无法开展相关研究。不过罗斯仍然认为,从理论上讲,以VSV为主链的埃博拉疫苗将同样有效。

耶鲁大学为罗斯的VSV结构申请了专利,并授权美国惠氏制药(Wyeth Pharmaceuticals)进行研制。

从马尔堡到温尼伯

据罗斯估算,他与全球至少100家实验室共享了VSV载体,其中包括德国的马尔堡实验室。1967年,马尔堡实验室里的工作人员都染上了一种病毒,后被命名为“马尔堡病毒”。其病源来自实验室进口的用于研究的灵长类动物。九年后,科学家又发现了另一种相关病毒——埃博拉病毒。

时间到了20世纪八十年代,科学家汉斯·迪特·克伦克(Hans-Dieter Klenk)移居马尔堡,领导马尔堡菲利普斯大学(Philipps-University Marburg)病毒学研究所。当时那里还没有开展任何马尔堡病毒或埃博拉病毒病方面的研究。克伦克决定要改变现状。他问学生费尔德曼是想继续研究流感,还是转而研究马尔堡等丝状病毒。费尔德曼思考片刻便答应了克伦克,开始了丝状病毒研究。

埃博拉病毒3D示意图(图片来源:图虫创意)

利用罗斯的VSV载体结构,克伦克的团队将单个埃博拉病毒基因嵌入VSV主链上进行研究。这种方法的优势是,研究可以在低于埃博拉病毒所需的四级生物安全实验室(BSL4)的条件下进行,而且更安全、更快捷、更便宜。

最初,研究人员用埃博拉病毒的糖蛋白替换了VSV的糖蛋白(或称G蛋白),后来又用马尔堡病毒的糖蛋白制备了VSV病毒。

然而,是否可以用这种重组的VSV病毒研发埃博拉或马尔堡疫苗,研究人员意见不一。由于当时克伦克的研究团队没有可以开展动物研究的高级别生物安全实验室,因而也无法验证上述想法。

不过同一时期,大西洋彼岸的加拿大正在新建一所国家级微生物学实验室——温尼伯国家微生物学实验室,其中就包括了可以用来研究埃博拉病毒的四级实验室,费尔德曼恰好受聘带领该实验室的特殊病原体研究团队。1999年,在费尔德曼准备离开德国前往加拿大赴任之时,他问导师克伦克是否可以带上VSV载体结构,以便继续相关研究工作。克伦克欣然同意。

克伦克说:“这样一来,疫苗成了‘加拿大疫苗’,这一称呼延续了许多年。当然,它起源于德国马尔堡。”

没有下文的研究

在马尔堡时,费尔德曼想都没想过用罗斯的VSV结构做疫苗。他说:“马尔堡没有疫苗研发计划,对疫苗没兴趣,基本上都是以它为模型系统来研究糖蛋白。”

到了温伯格实验室后,有一次费尔德曼和朋友汤姆·盖斯伯特(Tom Geisbert)听到时任美国国立卫生研究院疫苗研究中心(National Institutes of Health’s Vaccine Research Center)主任加里·纳贝尔(Gary Nabel)就埃博拉病毒发表演讲。纳贝尔认为,埃博拉病毒感染动物和人时,糖蛋白是导致埃博拉病毒高致命性的原因。

盖斯伯特也是埃博拉病毒专家,当时就职于美国陆军传染病医学研究所(U.S. Army Medical Research Institute of Infectious Diseases)。他和费尔德曼都认为纳贝尔说的不对,准备用VSV结构来证明这一点。

在温尼伯,费尔德曼的研究团队用含有埃博拉糖蛋白的VSV病毒(rVSV-ZEBOV)感染小鼠。如果纳贝尔的理论正确,那么接触了这种蛋白的小鼠就会出现中毒症状。

然而,小鼠安然无恙。

作为对照,研究团队决定再用埃博拉病毒感直接染小鼠,看看会发生什么。结果,预先感染rVSV-ZEBOV的小鼠完全免疫,而预先未受感染的小鼠全部死亡。

这基本算是疫苗项目的开始,虽然温尼堡没有马上将其列入重点项目。

事后看来,这种对研究不紧不慢的态度着实令人吃惊。不过,当时温尼伯的研究人员正面临着更紧迫的事情。2003年,一种令人震惊的新型传染病——严重急性呼吸系统综合症(SARS)——在中国暴发,并一路蔓延扩散到香港、越南、新加坡、多伦多。温尼伯实验室的特殊病原体研究团队也加入到疫情防控中,试图找到SARS的病原体及防控措施,埃博拉病毒研究等工作便暂时搁置。

在与温尼伯研究团队合作期间,盖斯伯特同意在非人灵长动物中重复这个小鼠实验。非人灵长动物被认为是研究人类感染埃博拉病毒的最佳动物模型。

结果与小鼠实验一样:预先感染rVSV-ZEBOV的猴子在本应致命的埃博拉感染中幸存了下来。2005年,《自然医学》(Nature Medicine)发表了该项研究的论文,埃博拉疫苗研究又朝着胜利迈出了坚实的一步。

研究人员突然反应过来,携带埃博拉糖蛋白的重组VSV载体不仅安全,而且可以此为据研制出有效的埃博拉疫苗。

这一突破着实令人振奋,然而实践中却行不通。研发疫苗的成本一般约10亿美元。由于埃博拉病毒仅在贫困国家中时有发生,所以药企根本没兴趣生产这类药物。自1976年至2015年,在埃博拉病毒被发现后的约30年时间里,约1300人因此丧生。

当被问及后续的事时,费尔德曼说道:“研究结果确实很振奋人心,不过也就仅此而已吧。顶多就是去隔壁酒吧点了杯啤酒庆祝一下,然后回去继续工作。”

“没有人对埃博拉病毒感兴趣。”

2008年,费尔德曼离开温尼伯,前往蒙大拿州的汉密尔顿,负责美国国立卫生研究院落基山实验室(Rocky Mountain Laboratories in Hamilton)的病毒学研究项目。

2009年,一名研究人员被埃博拉病毒注射器刺破手指,她随即被安置在这个移动生物隔离治疗室里。

一次意外

2009年3月,一次突如其来的意外却起了关键作用。

一名德国研究人员在进行小鼠实验时,不小心被埃博拉病毒注射器的针头扎到手指。虽然隔着三层手套,手指也未出血,但皮肤已被刺破。

汉堡大学医学中心(University Medical Center Hamburg)接收了患者,并联系到美国和加拿大的埃博拉研究人员,希望得到帮助。

当时召集到的埃博拉病毒专家,即有实验室研究员又有医务工作者。他们认为,应该给患者注射VSV疫苗。根据以往的动物实验,即使是接触病毒48小时后给药也能极大提高感染者的生还几率。在人类身上能否达到类似效果,尚不清楚,但眼下也别无他法。

加拿大政府同意寄送疫苗,不过这不是人用疫苗,而是实验室用做动物实验的制剂。事故发生大约48小时后,这位尚未公开身份的女性研究人员接种了“疫苗”。

给药后第二天,患者开始发烧。像rVSV-ZEBOV这类活病毒疫苗引起发烧并不少见,其实这就表明免疫系统已激活并发挥作用。不过发烧也可能是患者感染埃博拉病毒后出现的第一个症状。由于无法确定到底是前者还是后者,一直在旁监控研究过程的医生将患者转移到了特建的生物隔离治疗间。

随后几天里,患者的烧渐渐退了,也没有出现明确感染埃博拉病毒的症状。不过,到底是疫苗阻止了感染,还是患者压根就没感染埃博拉病毒?费尔德曼等研究人员更倾向于后者。

重点是,使用rVSV-ZEBOV疫苗不会对身体造成不良影响。这件事后,人们不在纠结在重大紧急情况下能否使用rVSV-ZEBOV了。

两样法宝

要不是因为有资金和人才,默沙东减毒活疫苗Ervebo永远也不会诞生。

温尼伯实验室收到了200万美元的捐助。这笔赠款对科研来说等于杯水车薪,但却来之不易。要知道,当时费尔德曼和史蒂文·琼斯(Steven Jones)已在实验室做了很多动物实验,也曾多次向美国政府机构申请研发资金,却屡遭拒绝。

实际上,整个特殊病原体项目一直是政府精打细算的对象。弗兰克·普勒默(Frank Plummer)在2000年至2014年间任美国国家微生物学实验室的科研主任。每当申报年度预算时,他总被问到为什么加拿大要花费财力和人力研究埃博拉这样的病原体。普勒默说:“我要不停的为此辩护、为此争取经费。”

温尼伯实验室得到的这笔赠款来自加拿大一个打击生物恐怖主义的国防项目,扎伊尔埃博拉病毒(Ebola Zaire)是导致埃博拉疫情的最常见的埃博拉病毒亚型。这笔资金被用于量产对抗这种病毒的人用VSV疫苗。

温尼伯实验室计划由德国生物技术公司IDT Biologika生产疫苗。但是,实验室必须先制备出菌株才能量产。培育菌株这项繁重而枯燥的工作最后落在了朱迪·阿里蒙蒂(Judie Alimonti)的肩上。阿里蒙蒂是位谦逊的免疫学家和实验室科学家,一直致力于埃博拉病毒研究。

此外,阿里蒙蒂还必须找到检测方法,以证明交给IDT Biologika的材料中不含任何可能污染疫苗成品的微生物。当IDT Biologika生产出疫苗后,再把小瓶装的疫苗运回给阿里蒙蒂进行测试,以确保材料不含病原体。

足足花了两年时间,阿里蒙蒂终于找到了办法。不幸的是,这位深爱着这个项目的幕后英雄于2017年因癌症去世。负责监管VSV疫苗项目的普勒默称赞她是位“一丝不苟、有条不紊的科学家”。

的确,如果IDT Biologika没掌握可用于量产疫苗的的种子材料,那么在疫情暴发时,开发可用材料就特别耗时,温尼伯实验室的埃博拉疫苗就不会得到大力支持去开展疫苗测试,更别说获批上市了。

无果的交易

在获得疫苗系统专利之后,惠氏制药公司同意温尼伯实验室使用公司平台生产埃博拉等病毒性出血热的疾病疫苗,实验室开始与各大小药企进行商谈,寻求开发合作伙伴。当时对合作感兴趣的只有一家名为BioProtection Systems(BPS)的小公司,它是从事癌症疫苗研究的生物技术公司NewLink Genetics的子公司。

2007年,刚果(金)暴发疫情期间,在加拿大公共卫生署实验室里工作的费尔德曼(左)和科宾格。

实际上,BPS对研究埃博拉病毒没有兴趣,更别说开发传染病疫苗平台。对公司来说,跟温伯格合作就是个商业决定,是为了增加投资组合、更易获得资金去开展他们感兴趣的业务。

最后,双方以极低的价格达成了交易。

根据合同约定,NewLink每开发一种产品,就向疫苗专利的官方持有人加拿大政府支付约15.6万美元——几年后涨到了约36万美元。同时,加拿大政府将获得部分销售的专利使用费。不过当时加拿大没指望能拿到多少钱。

然而,直到被生物制药企业卢莫斯制药(Lumos Pharma)收购,NewLink都没再开展过埃博拉疫苗的研发工作。可以这样说,疫苗的研发被大大耽搁了。

再后来,就出现了2014年西非的埃博拉疫情。


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