全 文 :生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第 17卷 第 5期
2005年 10月
Vol. 17, No. 5
Oct., 2005
严重传染病防治基础研究
金 奇
(中国医学科学院 中国协和医科大学 病毒基因工程国家重点实验室,北京 100176)
文章编号 :1004-0374(2005)05-0379-03
收稿日期:2005-10-10
作者简介: 金 奇(1 95 9 —),男,医学博士,研究员。
传染病是严重危害人类健康的主要疾病之一。
目前,传染病在发病率和死亡率方面仍居人类疾病
的首位。据世界卫生组织报道,全球平均每年有
1 700多万人死于各类传染病,占总死亡人数的 1/3。
全球每年分别死于急性呼吸道传染病、腹泻、结
核、疟疾、乙型肝炎、艾滋病和麻疹等传染病的
人数均达百万以上。世界卫生组织数次向全球发出
警告:“我们正处在一场传染性疾病全球危机的边
缘,没有哪一个国家可以逃避这场危机,也没有哪
一个国家可以对此高枕无忧”。经济全球化、城市
化、交通现代化和人口老龄化等为传染病的流行提
供了有利条件,导致传染病的流行正在全球复活。
居高不下的传染病发病率,不断涌现的新发、突发
传染病等给全球社会稳定和经济发展带来极大破
坏。世界各国政府均格外重视传染病的预防与控
制。
我国是传染病大国,传染病防控的形势依然十
分严峻。
——传染病危害日趋严重 我国多种病原体感
染和患病人数居全球之首。乙型肝炎病毒携带者约
有 1.4亿,艾滋病毒的感染人数已经接近 100万,
结核病患者达 600万之多;每年流行性感冒和细菌
性腹泻的发病人数多达千万。
——新、老传染病双重威胁 我国传染病的
疾病谱复杂。一些原已被控制的传染病又卷土重
来,结核病的新发病例正在以每天 3 400多例的速
度增加。艾滋病的流行已波及 31 个省(市、自治
区), 其感染模式正从高危人群向一般人群传播。
我国是引起世界流感大流行新变种毒株的主要发源
地之一,“新一轮全球流感大爆发已经不是会不会
发生的问题,而是何时发生的问题”。SARS等新
发传染病不断出现(过去 20年中又相继发现了 30多
种新的病原体)预示着新一轮新发传染病的威胁已经
来临。
——传染病防治费用居高不下,严重影响经
济发展和社会稳定 我国每年用于传染病患者的治
疗费用达数千亿元人民币,而传染病爆发与流行对
国民经济生产总值的影响更是不可估算。SARS爆
发期间,数万密切接触 SARS患者的人被隔离,我
国与世界其他国家间的人员往来几乎停止,严重冲
击了国家的正常秩序。2004年发生在我国的高致病
性禽流感病毒的流行给养殖业造成巨大损失。
——迫切需要依靠科学研究发展新的防治手
段 我国传染病预防与控制以及应急能力尚存在许
多不足:检测技术相对落后;病原体的基础研究
薄弱;疫苗和药物研究滞后等严重制约我国传染病
预防与控制整体水平的提高。面对我国传染病的现
状及发展趋势,迫切需要加强相关领域的基础研
究,就重要病原体的变异规律、致病机制、机体
防御机理等进行多学科的系统研究,提高我国传染
病理论研究水平,为我国传染病预防与控制水平的
提升提供原创性基础。
病原微生物引起传染病流行的特点是病因明
确,其流行规模和致病的严重程度取决于病原体的
变异程度以及人群的易感状态。一种新的或新变种
病原体在人群对其缺乏免疫力的情况下,往往在短
期内大范围地席卷人群,造成严重灾难。许多严重
传染病至今缺乏有效防治手段的主要原因是对这些
微生物病原体的本质认识不足,对其变异规律、变
异所致致病性和耐药性的改变及机体防御机制缺乏
了解。因此,病原体变异的规律及变异与致病性的
关系是传染病研究领域中的核心科学问题。
·“9 7 3 ”项目 ·
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国家重大基础研究规划(“9 7 3”规划)——
“严重传染病防治基础研究”项目于 1999年启动。
项目集结了国内传染病研究领域中的优势单位,强
强联合,优势互补。项目针对严重危害我国人民健
康的乙型病毒性肝炎、艾滋病、细菌性腹泻、结
核病和流感等五大传染病,围绕病原体变异与致病
性改变、产生耐药性和免疫耐受以及不同临床转归
这一科学问题,开展系统性研究。
乙型病毒性肝炎:乙型病毒性肝炎是我国发
病率占第二位的传染病。本项目围绕乙型肝炎病毒
变异以及变异与耐药和致病性的关系这一重要科学
问题为中心,从不同层次开展乙型肝炎病毒的分子
结构与功能、调控、致病和机体免疫应答机理等方
面的研究。在抗乙型肝炎病毒药物和药靶研发、新
型治疗性疫苗的研制、病毒变异与耐药产生和预后
(肝硬化和肝癌)的关系以及解决现有诊断方法存在的
漏检等方面取得突破。通过对乙型肝炎病毒基因组
的研究,发现研制新型抗乙型肝炎病毒感染药物的
潜在靶标;提出抗病毒药物——干扰素抑制乙型肝
炎病毒复制的新机制;初步揭示乙型肝炎病毒变异
与乙肝患者不同预后(肝硬变、肝癌)之间的关系;
首次发现病毒变异导致部分乙型肝炎病毒感染者出
现表面抗原阴性的机制等;乙肝病毒基因变异与生
物学特性研究获得了多个重要发现,包括在癌组织
中首次发现存在有剪接体反转录的HBV 基因组缺失
的变异,位于逆转录酶功能区(RT区)的HBV DNA
聚合酶第 652位氨基酸 Ser-Pro突变是导致HBV 复
制增强的决定性因素以及 G1862T变异显著影响
HBeAg前体加工成分泌性的HBeAg等;利用酵母单
杂交系统从正常人肝脏 cDNA库中克隆了一个新的
转录因子 hB1F(B1 binding factor),hB1F是核受体
超家族的新成员,属 FTZ-F1亚家族(NR5A2),它
与乙肝病毒(HBV)增强子 II(ENII)的 B1区段特异结
合,具有反式激活 ENII的功能,HNF1与 hB1F的
协同可使乙肝病毒DNA在非肝细胞HeLa中复制,
可能是人乙型肝炎病毒嗜肝性的决定因素之一;此
外,在国际上首先开展乙型病毒性肝炎治疗性疫苗
的临床实验(目前已经进入 II期临床试验),并阐明
了DNA免疫接种及皮肤先天免疫的部分机制;免
疫活性细胞治疗病毒性肝炎的临床研究取得实质性
进展,利用其理论发展的免疫活性细胞治疗病毒性
肝炎已经进入 I期临床研究;阐明乙型病毒性肝炎
治疗性药物拉米夫定耐药的机制;完成可定量检测
肝炎病毒的 PCR酶免检测试剂盒(已经得到新药证
书)等。上述结果将极大地推动新型抗乙型肝炎病
毒的药物、治疗性疫苗、诊断试剂和治疗方案的研
制以及预测乙型病毒性肝炎患者的预后和指导慢性
乙型肝炎患者合理用药等。
艾滋病:艾滋病在我国流行的规模急剧扩
大,形势严峻。鉴于传染病的流行规律和趋势历来
是传染病预防与控制策略制定的依据,也是传染病
预防与控制领域的关键所在。本项目开展了全国范
围(30个省、市、自治区)的艾滋病毒分子流行病学
调查,初步阐明了我国艾滋病毒流行的特点,包
括:我国艾滋病毒的型别、不同地区和不同人群
(吸毒人群、献血人员和性传播人群等)携带病毒的
主要型别、国外毒株在我国的传播路线以及艾滋病
毒通过献血人员在不同地区扩散的途径等。研究发
现我国流行的艾滋病毒有 11种类型,其中主要以
CRF-BC、B和 CRF01-AE亚型为主,B亚型HIV-1
流行区域最广;分析发现,献血人员中主要以B亚
型为主,吸毒人群中主要感染 CRF-BC亚型,由性
传播的人群中所有7种类型的HIV-1毒株全都存在,
但以 B、CRF01-AE和 CRF-BC亚型最常见;绘制
出国外艾滋病毒毒株经吸毒者进入我国的走向图以
及B亚型毒株经献血者从河南向其他地区扩散的路
线图。首次发现CRF-BC/CRF01-AE和B/CRF01-AE
重组模式毒株。此外,首次发现并报道了我国艾滋
病毒感染后病情长期无进展者中CEM15脱氨酶活性
可能与一般感染者不同;发现ELDEWA为HIV-1 O
型病毒株特有的免疫学表位;提出HIV-1表位疫苗
的抗变异机理,提出表位疫苗是对付HIV-1变异的新
战略。这些为研究重组毒株的广泛流行提供了线索,
为制定正确的艾滋病防治战略提供了科学依据。
细菌性腹泻:细菌性腹泻不仅是我国第三大
传染病之一(年发病率中占据第三位),而且由于其
致病谱(腹泻、脑膜炎和泌尿道感染等)和宿主范围
广(感染人和多种动物)以及不同菌株间易发生基因互
换等原因,使其成为最具产生新发传染病的病原体
之一(近十几年来已先后出现人出血性肠炎和猪水肿
病等 )。
本项目通过开展系统性研究,在国际上首次绘
制了志贺氏菌属四个种代表株的全基因组精确图,
并开展了致病性大肠杆菌属间、种间、群间和株间
比较基因组学研究;揭示了志贺氏菌属所有血清型
代表株基因组的组成特点、多样性、致病岛和重要
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代谢网络及其在不同条件下的表达谱;阐明了多个
重要基因(包括操纵子和功能岛)的功能;首次结合
垂直遗传和基因簇水平转移(细菌基因组进化过程中
的重要事件之一)两个主要影响细菌进化和演变的因
素探索了志贺氏菌属所有成员的进化过程和演变规
律,提出了有关志贺氏菌属和致泻性大肠杆菌之间
进化的新假说。上述研究工作及其成果具有源头创
新的特点,使我国在相关领域中处于国际的最前
沿。研究得到的分子标识不仅为发展新一代鉴别诊
断技术提供支撑,而且将在可能出现的新发传染病
病原体的快速鉴别诊断以及生物恐怖防御中发挥重
要作用。
有关霍乱弧菌的研究主要涉及流行株和非流行
株毒力相关基因的分布特征、两类菌株的分化、噬
菌体CTXΦ家族基因组的多态性、CTXΦ基因组调
控区的功能及水平转移和霍乱弧菌分型噬菌体基因
组序列差异等。发现流行株与非流行株在主要毒力
因子方面的差别在于流行株含CTXΦ(即含毒素基因)
和VPI毒力岛;在两类菌株的进化分类上产毒株型
别集中而非产毒株存在明显的基因组多态性;霍乱
弧菌小染色体的变异程度远高于大染色体;从无毒
素基因的流行株中发现有不携带毒素基因的 CTXΦ
基因组(命名 nct-CTXΦ),并测定了该基因组及五株
分型噬菌体基因组全序列。通过噬菌体分型,在两
类菌株中又细分为多种新的型别。此外,开展了两
类菌株山梨醇发酵相关基因、Tat分泌系统以及比
较蛋白质组学等研究。
本项目还发现家畜家禽携带病原菌的比例和致
病性大肠杆菌O157:H7爆发流行有关,提出羊是致
病性大肠杆菌O157:H7最主要的宿主,家畜、家禽
的病原菌可作为大肠杆菌 O157:H7感染的预警指
标;致病性大肠杆菌毒力岛的分布特点不同,具有
属特异性,可以跨越属的界限,分布广泛的毒力岛
往往和细菌的生命力相关;发现大肠杆菌O157:H7
的两个新的、特异性毒力岛;系统性地开展了痢疾
杆菌比较蛋白质组学(分泌蛋白、包膜蛋白和胞浆
蛋白)研究;血清β2-MG可以作为早期发现O157:H7
患者肾功能损伤的参考指标之一;发展免疫磁珠分
离、免疫胶体金初筛技术提高了病原菌分离率等实
用检测技术和指标(已经在全国各地疾病预防控制中
心推广使用)。上述结果为我国卫生行政部门预防
和控制该病提供了新的方法、思路、措施。
结核病:我国是结核病高负担国家之一,耐
药结核病形势严峻(平均每天新增病例 1 000例以
上),1/3以上的结核病患者存在耐药现象。但我国
至今没有全国耐药[尤其是耐异菸肼(INH)和利福平
(RFP)]结核分枝杆菌耐药基因突变的背景资料,而
进口的耐药检测试剂盒由于不同地区结核杆菌耐药
谱不完全相同,因此漏检和误检率较高,其后果导
致无效医治或延误病情。本项目完成中国范围内具
有地域代表性的部分结核分枝杆菌药物靶基因变异
分析,首次绘制了具有代表性的耐药(针对目前结
核病治疗的一线用药)变异谱;获得了利福平耐药
相关基因 rPOB突变涉及 15个氨基酸的不同突变发
生率和突变类型;联合突变的 8种类型国外未见报
道;首次提出我国目前的常规药敏结果不准等。上
述研究初步阐明我国耐药结核分枝杆菌突变的特
点,为发展我国快速结核分枝杆菌药敏试验提供了
科学依据。
流感:初步完成了我国近 30年 H3N2流感病
毒变异的分析。通过对我国 20世纪 60年代至目前
H3N2流感病毒HA基因的变异情况进行时间纵向追
踪,并与国内外发表的资料横向比较,推测病毒抗
原性变异的趋势。发现不同年代分离的毒株在进化
树上分属不同的集群,其变异呈现出明显的年代顺
序特征。核苷酸变异速度为 0.4%左右,比文献报
道的 1992年以前为 0.6%的速率要慢。 H3N2毒株
以 1984年为界分为两个谱系。
通过项目的实施提升了我国传染病基础研究领
域的水平和国际影响,初步建立了相关领域的研究
体系和团队,培养了一批学术领军人才,使我国传
染病防治领域的整体研究水平上升至一个新的层次。