《細胞》刊登中文文章介紹中國傳染病研究

圖注：一種叫Miniopterus schreibersii的蝙蝠(普通長翼蝠)。潘烈文、 Malik Peiris和同事們2005年在這種蝙蝠中發現了第一種蝙蝠冠狀病毒。圖片提供: C. T. Shek、 香港特別行政區政府魚農自然護理署。

　　人口稠密的中國農村地區需要隨時提高警惕并且利用現代科技來阻止新傳染病的流行。但在發展中國家的一些地區，困難并不僅僅是在科技上的。

　　在過去的十多年間，一些住在中國農村地區的農民受到了一種能引起高熱、血小板減少并有時伴以大出血的致命感染。根據疾病的臨床表現，醫生們假定這是由細菌嗜吞噬細胞無形體所引起的無形體病。但是在2009年，德州大學醫學中心研究員兼中國疾病控制預防中心(CCDC)的訪問學者于學杰卻發現了一些不尋常的現象。無形體病在西方國家很少導致死亡，但在中國十個病人里幾乎有三個會死于這個疾病。

　　于教授是一位擅長細菌培養的微生物專家。CCDC本來邀請于來幫助他們分離無形體細菌，但是于的直覺卻讓他決定去尋找病毒。他把病人的白細胞接種到一種來自狗的叫DH82的細胞來培養病毒。他是幸運的;病毒對寄主都很挑剔，只在特殊的條件下才能繁殖。當看到病變的細胞時，他馬上想到，“嘩，我們找到病毒了!”

　　這個證據有力表明了這種流行性疾病并不是無形體病。當于有了足夠的病毒顆粒，他用電子顯微鏡來觀察病毒的形態、隨后又測序了病毒的基因組。他找到了一種新的屬于布尼亞病毒科的叫做SFTSV (Severe Fever with Thrombocytopenia Syndrome Virus，高熱伴血小板綜合癥病毒) 的白蛉屬病毒，并在今年的《新英格蘭醫學雜志》發表了這項成果。自2010年9月起，有171位病人被診斷為SFTSV，其中36人死于這種感染。

　　于和他在CCDC的同事們在相對短的時間里能遵循直覺并對病毒作出了分析，這個例子受到了大家的稱頌。他使用的技術即便在十年前也很難在中國找到。而且這些技術目前在很多發展中國家和地區也還沒有普及，大力推行用更好的和更經濟的診斷技術來發現新的病毒是一個當務之急。

　　在二十世界60年代，因為在藥物研發和公共衛生上的成功，喜形于色的公眾健康官員們宣布傳染性疾病已經被征服。但是在過去的三十多年里，出現了差不多一百種新的能引起人類發病的病毒，其中接近75%是從動物傳播到人類的。在人類和野外生物密切接觸卻缺乏診斷技術的普及的發展中國家和地區，很多正經歷著環境的迅速變化，怎樣能通過更便宜更好的技術來阻止全球范圍的疾病大傳播迫在眉睫。

　　試探

　　Malik Peiris，一位曾因為發現SARS冠狀病毒而聞名于世的香港大學的微生物學家，目前正致力于測序蝙蝠傳播的病毒。他已經通過用基因測序儀來尋找新的病原的方法發現了幾種新的冠狀病毒。蝙蝠常常是潛在致命病毒的優良儲主，比如可以在馬和人類中導致類似流感癥狀的Nipah 病毒。生態學家們捕捉到了蝙蝠以后用棉簽從蝙蝠口中提取微生物樣本，并把樣本送到Peiris的實驗室。實驗室隨即采取利用同科引物的多重PCR或者直接測序的方法來尋找新的病原。

　　如果測序結果符合數據庫中的某種信息，計算機會自動分析同源性的百分比。研究者們隨后需要盡可能證明分離出來的病毒的確是病原，并且能滿足科赫法則。根據這個法則，病毒需要出現在所有的病例中;病毒可以從病人樣品中分離出來并得到純培養;純培養的病毒如果接種到健康的人或動物能導致同樣的疾病;從新病人中能同樣發現原來的病原。

　　在能致人發病的病毒方面，深度基因測序已經幫助科學家們找到了包括在南非發現的出血熱Lujo 病毒和能讓器官移植病人致病的Dandenong病毒。

　　但是，高通量測序仍然需要謹慎使用，Peiris認為。

　　“使用深度測序來發現病原是強度非常大和非常昂貴的，如果用這種辦法來處理每一個樣本，效果不會好”，他說。在測序之前，研究人員需要先排除可能的已知病原，從而確定他們面對的是一種新的病原。而在那之前，一線的醫務工作者們還需要認識到疾病的不尋常并要求檢測。

　　“這是一種試探”，香港大學微生物學助理教授也是Peiris課題組成員的潘烈文說。“你嘗試測序盡可能多的序列并希望能夠找到一些是不來自于宿主的。”

　　但是經常，從病人樣本做的測序和數據庫里任何人，細菌或病毒的都不一樣。

　　“這就像一個黑盒子了，”潘說。雖然基因組學的革命使得海量的序列正在以破紀錄的速度往數據庫中輸入，世界上大多數的生物- 特別是病毒- 還沒有被測序。在這類情況下，生物信息學家們就得在黑暗中摸索各種密碼學的方法去尋找規律- 比如某些雙核苷酸和三核苷酸出現的頻率。

　　芯片上的病毒王國

　　核酸芯片的可靠和高精度正在使病毒獵手們能夠以比高通量測序更快和更經濟的辦法去發現新病原。當今最好的測序技術也需要一天時間來處理數據，哥倫比亞大學Mailman公共醫學院的流行病學Ian Lipkin教授說。

　　“根據芯片的價格和密度，在不遠的將來你可能在幾小時內花15-20美元就可以調研所有已知的病毒，這是非常了不起的，”他認為。

　　八百萬到一千萬個探針可以排列在同一塊玻璃芯片上，完全足夠包含了病毒世界的全部，Lipkin 說。他目前正在和Lawrence Livermore 國家實驗室的Tom Slezak合作參與一個美國國防部資助的課題，目的是開發全能的細菌和病毒芯片系統，以用于靈活地檢測新出現的病毒和病毒變體等。

　　科學家們的設想是只要芯片探針的設計是好的，他們便能夠在屬或科的水平把未知病毒找出來。芯片技術的第一個成功的例子是SARS冠狀病毒的發現。當香港的Peiris研究組正在用傳統技術詳細地分析 SARS時，加州大學舊金山分校的一位名叫Joseph DeRisi的年青研究員決定使用芯片。在沒有培養病毒的情況下，他用芯片檢測來自病人的呼吸道樣本。在24小時內，他就得到了和冠狀病毒家族吻合的陽性結果，并被測序結果進一步證明。DeRisi的“病毒芯片”現在是病毒獵手的常規武器。同在加州大學舊金山分校的Charles Chiu已經利用病毒芯片發現了一種猴子和人的新型腺病毒，還有目前尚未發表的一種新的出血熱病毒。

　　在這方面的發展趨勢目前是多系統芯片，微球體和納米線。芯片系統可能將更加趨于小型化，比如一個芯片可以支持病原發現中包括樣品制備，PCR，核酸雜交和測序在內的所有步驟。這樣的結果將是芯片有一天會變得更加便攜，經濟和易操作，所有這些特點對于新病毒多發的發展中國家和地區都是需要的。

　　“這些都將實現也必須實現，因為我們需要能夠有辦法在前線進行病毒發現的工作，”Lipkin說。

　　病毒的實地搜索

　　目前大多數的測序和芯片技術在少數幾個集中在西方的實驗室以外幾乎是一片空白。在世界新疾病的熱點地區，包括中國，東南亞，印度和非洲部分地區，基本的PCR測試才是規范，如果他們被采用的話。雖然PCR可以幫助檢測已知的病毒，其高度特定性使它們無法檢測新病原。

　　“目前發展中國家和地區的一個大問題是對所有疾病的監控工作都做得很少，”Chiu認為，“甚至對大規模的疾病比如非洲的瘧疾和結核，都只有一些便宜的檢測手段，這些手段靈敏度低，特定性也差。其他的都還沒有。”

　　醫生們也通常只根據臨床檢查來診斷疾病，也不采取病毒學測試的辦法來支持診斷結果。這導致多數病毒還沒有被發現。“一個臨床綜合癥必須被診斷，必須被注意，必須上報，標本必須采集，樣本還必須被送到歐洲或者美國的專業實驗室里，這樣的話要花費很長的時間，”國立過敏和轉染病中心的Heinz Feldmann說。但即便是這樣，樣本量可能也不足以進行高通量測序，他說。

　　在美國9/11炭疽事件之后，把生物樣品寄出境還成為了一個挑戰。自從SARS爆發之后，中國CCDC 已經通過與像于這樣的研究員還有與美國疾病控制預防中心及其它機構的專家的合作的辦法來解決這個問題。他們的國家實驗室也配備了最新的高通量診斷技術，包括來自西方的測序和芯片系統。

　　由于人類與野生動物接觸緊密，人口眾多以及地域廣闊，作為新疾病熱點之一的中國在病毒檢測方面仍然面臨著挑戰。其醫療系統是一個弱項，目前那里還只有很初步的診斷手段，實驗室技術人員的訓練仍然不足，醫生們也還很少試圖發現導致疾病的病原，紐約市健康與心理衛生部的科學家并曾經幫助CCDC改良這個系統的Jay Varma說。他認為在CCDC的病毒獵手們遠離了發病人群的第一線。

　　在其它的一些發展中國家和地區，水源和電力供應不足以及腐敗則讓病毒獵手們事倍功半。Lipkin回憶在研究生時代，作為google.org幫助發展中國家和地區疾病監測的慈善項目的一個部分，他們曾試圖在塞拉利昂建立一個基礎的多重PCR系統，目的是用于發現新病毒以及建立一個快速應對突發流行病的機制。但是儀器的配件卻總是給偷走。

　　“當地人會進來索要賄賂，然后就把設備的電線拿走了，我對此幾乎無能為力，”Lipkin 說，“這個失敗不是技術上的。”(Gayathri Vaidyanathan London，UK)(《細胞》原標題為：病毒獵手：殲敵在前線。本文的中文翻譯由美國麻省理工學院Koch Institute for Integrative Cancer Research的薛文博士及Cancer Cell的楊曉虹博士提供)