簡介
一九二八年,英國學者弗萊明發現了青黴素,這個抗生素藥物在上世紀挽救了無數人的生命。大部分人可能不知道細菌與病毒的區別,但是不會不知道青黴素。而今,美國麻省理工學院的科學家發現了一種廣譜性抗病毒藥物DRACO,它對抗病毒的效果將可以與青黴素對抗細菌的效果相媲美。在十年內,我們將能在藥店買到這種藥。
面市
10年內,我們去藥房只需買一種藥,就可以治療感冒、小兒麻痹症、登革熱、麻疹甚至愛滋病等一切由病毒引起的病症。
讓市面上充斥的多種藥物啞然失色的這個萬能藥名為“DRACO”,它由美國麻省理工學院的科學家發現,並在小白鼠的實驗中獲得成功。這項研究於近日發表在《科學公共圖書館——綜合》上。
背景
缺乏抗病毒療法
病毒對世界的威脅從未止步,愛滋病毒、肝炎病毒等、甲型H1N1流感病毒、SARS病毒、伊波拉病毒……都是人類健康的天敵。
不幸的是,相對於不計其數病毒的數量,面市的抗病毒療法卻寥寥無幾,現存的治療和預防方法可被歸結為以下三種:
第一種是與某種特定病毒相關聯的抑制劑(如愛滋病毒蛋白酶抑制劑等)。要抑制病毒就要針對每種病毒開發對應的新藥,然而一旦病毒發生變異,就很容易產生耐藥性。這種方法不能即刻解決新興或變異的病毒威脅。
第二種是疫苗。針對每種病毒或者病毒株,必須開發出一種新型的疫苗,它同樣不能即刻解決新興或變異的病毒威脅,同時可能發生不可預見的不利影響,此外對某些特定的病原體(如HIV),疫苗的生產是困難的。
第三種是干擾素和抗炎藥。它們並不針對某種病毒,但卻只對某些病毒有效,使用它們可能對人體免疫系統和內分泌系統產生嚴重的副作用。 總的來說,大多數抗病毒療法不是僅針對特定病原體,就是會有副作用。
讓感染細胞自殺
而麻省理工學院的科學家研發出來的新型藥物“DRACO”將徹底改寫人類抗病毒歷史。這種具有廣泛抗病毒性的藥物,其抗病毒效果類似青黴素對細菌的抗擊效果。 當一個病毒感染到一個健康細胞時,它會接管“細胞工廠”以達到複製的目的。一個人的身體由約一百萬億細胞組成,體內細胞錯綜複雜,而病毒會找機會與細胞接觸、附著在細胞壁上,並將自己的DNA(可能還有一些酶)注入細胞。其DNA利用活細胞中的生命系統複製新的病毒微粒。最終,被劫持的細胞死亡並迸裂,釋放出新的病毒顆粒;或者病毒顆粒會從細胞中萌發出來。不管哪種情況,細胞都成了病毒的“加工廠”。在這個過程中,病毒會長出一長串的雙鏈RNA(double-strandedRNAordsRNA),會有超過30對鹼基對。
為了抗感染,人體內的細胞會採取措施保護自己,它們生成可以“捕獲”病毒RNA的蛋白質,並觸發一連串反應以阻止病毒不斷的自我複製。當一個被叫做蛋白激酶R(PKR)的“哨兵”發現雙鏈RNA在一個細胞中超過23對鹼基對的時候,它會和RNA結合,阻礙病毒蛋白的產生,並激活細胞的防禦系統。
大多數的病毒會逃過蛋白激酶R(PKR)的法眼,躲過防禦系統。為此,麻省理工學院研究人員選擇利用第二種天然防禦系統——細胞凋亡,在這個過程中,患病細胞會自殺。細胞凋亡指的是為維持內部環境穩定,由基因控制的細胞主動、有序地死亡。
麻省理工學院林肯實驗室的化學、生物和納米技術小組中的科學家托德·賴德和他的團隊將蛋白激酶R(PKR)和一個被稱為凋亡蛋白酶活化因子1(APAF-1)的蛋白質連線在一起,它釋放破壞性酶誘使細胞在病毒接管之前自殺,阻止感染繼續下去。
即使病毒的碎片逃脫了被毀滅的細胞,但是它們也減少了能夠幫助他們在兩個細胞之間遊走的蛋白覆蓋,這樣保證了周圍的健康組織免受感染的侵害。 這種想法導致了DRACO藥物的誕生:該藥物能定向追蹤雙鏈RNA,當DRACO的一端和雙鏈RNA結合時,它指示DRACO的另一端開始細胞凋亡,在病毒有機會複製之前就殺死細胞。
工作原理
病毒感染細胞時,它們會“挾持”細胞為己所用,利用它們的內部物質複製更多病毒。在這個過程中,病毒還會產生一長串雙鏈RNA。
人體細胞會採取措施保護自己,它們生成可以“捕獲”病毒RNA的蛋白質,引發一系列反應,阻止病毒繼續複製。不過很多病毒通過阻斷這一系列反應中的一個步驟,能夠騙過人體防禦系統。這種新方法通過把雙鏈RNA-結合蛋白與其他蛋白組合在一起,促使細胞發生凋亡,例如,當一個細胞意識到它正在癌變時,它會選擇自殺。因此,當DRACO的一端固定在雙鏈RNA上時,這表明它的另一端會促使細胞自殺。
DRACO還有一個“傳送標記”,這樣它就能穿過細胞膜,進入人或動物細胞。
廣譜性藥物
賴德稱,自從11年前他開發出了一種能夠快速識別病原體的生物感測器(CANARY)後,他就有了開發這種廣譜抗菌藥物的想法。傳統的藥物研發往往遵循著發現致病源-開發對應藥物的路徑,但賴德認為這種方法不夠理想:雖然已有了各種各樣的藥物,但這些藥“分工過細”,只能各自應對特定病毒,非但如此,大量使用還易產生耐藥性。於是,他從細胞自身免疫系統獲得了靈感,開發出了“DRACO”。
“DRACO”這種藥物使用人體細胞本身的自然防禦系統來阻止病毒的感染。它能選擇性誘導含有病毒雙鏈RNA的細胞,即已被感染的細胞,致其瞬間凋亡,卻無害於健康細胞。
“DRACO”具有廣譜性,能夠適應幾乎所有病毒;對於病毒雙鏈RNA具有敏感的檢測定位追蹤功能;具有強有力的誘導細胞凋亡的力量;是一種病毒從未碰到過的直接追蹤連線病毒的新型治療方法。這種藥物見效很快,如果服用及時,它能阻止任何症狀出現。檢測結果顯示,“DRACO”還阻擋了病毒入侵,也就是說它能在第一時間防止人感染疾病。正是由於“DRACO”的這幾個特性,它非常有潛力成為眾多病毒的首選有效治療和預防用藥。這種新藥可能會在10年內出現在藥店的貨架上。
托德·賴德說:“也許它對某種病毒沒有作用,不過目前我們還沒有發現。抗生素徹底變革了細菌感染的治療方法,我們希望這項最新發現能夠徹底改變病毒感染的治療方式。”
影響
證實能殺死15種病毒
研究人員在報告中寫道,在實驗室測試中使用的是動物細胞和人類細胞,新的治療方法對15種病毒有效,其中包括普通感冒、甲型H1N1流感、登革熱、脊髓灰質炎、出血熱病毒。
研究人員認為,“DRACO”還可能治癒麻疹、唇皰疹、狂犬病,甚至殺死愛滋病病毒。托德·賴德表示,“從理論上來說,‘DRACO’能攻克所有病毒。”
“病毒非常擅長反抗,在這種情況下,想出一種簡單的耐藥途徑是非常困難的。”史丹福大學的微生物學和免疫學教授卡拉·柯克加德說。
在實驗室實驗中,“DRACO”徹底治癒了受H1N1流感病毒感染的小鼠。研究人員認為,這種方法也能夠被用來阻止類似SARS一樣的新病毒的爆發。
科學家正在小鼠身上測試“DRACO”能否對抗更多病毒,他們希望能獲得在更多動物甚至人類身上試驗的許可。
前景
但實驗還面臨一些挑戰——DRACO太大了,進入細胞比較困難。此外,這種藥物的功能決定了它只在感染的早期有效。
在一些高級的病毒感染案例中,消滅所有受感染細胞會導致器官功能衰竭。如果受感染的細胞是肝臟中的幹細胞,這種壞結果同樣會發生。而對於兒童、65歲以上的老人和患有免疫系統疾病的人——愛滋病患者或者患有肝臟疾病的人來說,大量的細胞死亡可能會引起全身乏力,加重病情,甚至導致死亡。該藥物對用進化的方式作為掩飾的雙鏈RNA病毒同樣沒有效果。
開香檳慶祝還為時尚早,因為細菌和病毒一樣有著比新的處方藥更先行一步的本事。
但“DRACO”至少為摧毀“病毒”提供了一張美好藍圖,要知道病毒在上世紀害死的人甚至超過二戰的傷亡。