這種病原體每年感染數(shù)億人，40多萬人因此死亡
每年的4月25日是世界瘧疾日。瘧疾至今困擾著全球人民的健康，2019年全球約有2.29億瘧疾病例，死亡約40.9萬人，而在抗瘧藥物出現(xiàn)之前，瘧疾帶來的死亡的人數(shù)則更多。可以說，人類社會(huì)的發(fā)展史就是不斷與瘧疾抗?fàn)幍臍v史。
數(shù)千年，我國(guó)古人就在史籍中記載了潮濕的南方一種可怕的瘴氣。直至19世紀(jì)末期，法國(guó)軍醫(yī)阿爾方斯·拉韋朗才揭示了瘧疾與瘧原蟲之間的關(guān)系。數(shù)十年后，生物學(xué)家威廉·特拉格在實(shí)驗(yàn)室成功地培養(yǎng)出瘧原蟲，為人類制備抗瘧疫苗和藥物做出了重要貢獻(xiàn)。在發(fā)現(xiàn)瘧原蟲與瘧疾之間的關(guān)系，以及抑制瘧原蟲的方法，人類在抗瘧之戰(zhàn)中取得了重要的勝利。
只是時(shí)至今日，瘧疾仍未完全根除，實(shí)現(xiàn)“零瘧疾”任重道遠(yuǎn)，不僅是因?yàn)榀懺x的耐藥性更強(qiáng)了，還因?yàn)樨毟F國(guó)家控制瘧疾資金短缺導(dǎo)致。
撰文 | 洪 緯（生物學(xué)碩士，科技史博士）
責(zé)編 | 葉水送
1993年，蘇丹戰(zhàn)亂，餓殍遍野。為了緩和那份悲涼造就的壓力，南非攝影記者凱文·卡特（Kevin Carter）走到一個(gè)灌木林中，準(zhǔn)備好好擁抱自然，放松下緊繃的神經(jīng)。突然，林子外傳來了一陣陣微弱的哭泣聲，寧靜破碎了。一個(gè)瘦骨如柴，蜷縮著身子的饑餓小女孩，正在向前緩慢爬行。一只禿鷲即刻停止了驚空遏云，嗖的一聲落在了她的身后，靜靜地等候生命的凋零。
作為一位戰(zhàn)地記者，卡特被告知不能接觸患有疾病的人。他按下了快門，驅(qū)走了禿鷲，便悲傷地離去了。這張《饑餓的蘇丹》賣給《紐約時(shí)報(bào)》之后，在全世界掀起了一股救助饑餓小女孩的熱潮，卡特因此獲得了1994年的普利策獎(jiǎng)。也正是1994年，他懷著無法改造世界的悲恨選擇了自盡。
可悲的是，照片中的小女孩沒有餓死，沒有被禿鷲叼走，卻在14年后死于瘧疾。還有，全世界最后一例自然感染天花的病例發(fā)生在索馬里，患者是一位在醫(yī)院工作的廚師。他在1977年掙脫了天花的魔掌，卻在2013年死于瘧疾。
《饑餓的蘇丹》，圖片來自美國(guó)《時(shí)代周刊》
瘧疾這一古老的疾病，至今仍然是一個(gè)難題。據(jù)估計(jì)，2019年全球約有2.29億瘧疾病例，死亡人數(shù)可能為40.9萬人。從致病機(jī)理的發(fā)現(xiàn)，到全球首支作用于惡性瘧疾的疫苗問世，經(jīng)歷了一百多年。與之相關(guān)的諾貝獎(jiǎng)也不少，比如1902年、1907年、1948年以及2015年等。
《史記》云：“江南卑濕，丈夫早夭?！痹诠湃搜劾铮绕涫潜狈饺耸?，中國(guó)南方水網(wǎng)交錯(cuò)，氣候濕潤(rùn)，是滋生疾病的溫床。疾病中討論的最多的便是瘴氣。《后漢書》說：“南州水土溫暑，加有瘴氣，致死亡者十必四五。”《三國(guó)演義》中，諸葛亮為擒拿南方叛賊孟獲，也是飽經(jīng)毒泉與瘴氣的磨難，才大舉獲勝。有關(guān)瘴氣和各種預(yù)防偏方的描述，古籍中不計(jì)其數(shù)。
這令人聞風(fēng)喪膽的瘴氣到底是何物？現(xiàn)在看來，瘴氣不過是所有不明疾病的總稱而已。在樹林茂密，水系發(fā)達(dá)的南方，主要指惡性瘧疾。瘧疾英文一詞源自意大利語中的mal'aria，意指鬼氣或者污濁之氣。致病因子看不見摸不著，幾乎全世界的人都認(rèn)為是“壞氣”導(dǎo)致了瘧疾。
在19世紀(jì)中葉的法國(guó)，一位大學(xué)教授發(fā)現(xiàn)了啤酒和葡萄酒變酸的奧秘。秘密不在于當(dāng)時(shí)人們普遍認(rèn)為的化學(xué)反應(yīng)，而是微生物暗中搗亂。此人便是大名鼎鼎的路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）。此后，他通過大量的實(shí)驗(yàn)證明了微生物是導(dǎo)致疾病的原因，這就是“細(xì)菌學(xué)說”。為了減少人類通過喝牛奶，感染結(jié)核和傷寒等致命疾病，他還創(chuàng)立了“巴氏消毒法”。至今，我們?nèi)匀豢梢栽邗r牛奶的包裝外殼上看到“巴氏殺菌”或者“超巴氏殺菌”的字樣。
美國(guó)某品牌鮮牛奶包裝盒上標(biāo)注了“超巴氏殺菌”（洪緯攝）
“細(xì)菌學(xué)說”似乎可以解釋一切，人們相信瘧疾的罪魁禍?zhǔn)讘?yīng)該也是細(xì)菌。由于瘧疾高發(fā)于沼澤地帶，研究人員開始在沼澤地的土壤中尋找傳染源。一開始，大部分研究在意大利開展，也有少部分在其它國(guó)家。他們發(fā)現(xiàn)了各種藻類、原生動(dòng)物和細(xì)菌，就是沒有找出導(dǎo)致瘧疾的病因。
阿爾方斯·拉韋朗，圖片來自美國(guó)疾病控制與預(yù)防中心
最終，法國(guó)軍醫(yī)阿爾方斯·拉韋朗（Alphonse Laveran）在醫(yī)院里找出了病因。拉韋朗精通解剖病理學(xué)，善于寫作。在34歲那年，他就已經(jīng)完成了一部《軍隊(duì)疾病和流行病文集》和62篇科學(xué)通信論文。1878年，拉韋朗被派往法國(guó)殖民地阿爾及利亞，先后在伯恩和君士坦丁的軍事醫(yī)院工作。戰(zhàn)爭(zhēng)迫使人類踏進(jìn)荒蕪之地，破壞自然生態(tài)平衡。人口密集，士兵住宿條件極為惡劣，部隊(duì)就是一個(gè)疾病工廠。
拉韋朗夜以繼日地記錄瘧疾病患的臨床癥狀，分析病理。一天，在伯恩，他在患者的血液里發(fā)現(xiàn)了一絲端倪。那個(gè)年代，染色技術(shù)還沒有發(fā)明，但他發(fā)現(xiàn)不管惡性發(fā)作還是慢性發(fā)作的病人，他們的血液里都有一些深色的色素顆粒。經(jīng)過許多病例的分析，拉韋朗認(rèn)定這些深色顆粒是瘧疾特有的，并且起源于血液。
他還注意到了有一些球形體游離或附著在紅血球上。有些球體呈現(xiàn)透明狀，難以察覺。有些球體含有深色顆粒，展現(xiàn)出阿米巴運(yùn)動(dòng)。有些深色顆粒還呈現(xiàn)月牙形。關(guān)鍵性的發(fā)現(xiàn)是在1880年11月6日凌晨，在君士坦丁軍事醫(yī)院。當(dāng)時(shí)，拉韋朗正在檢查一位發(fā)熱15天的病患血液。他看到了含有深色顆粒球體的邊緣長(zhǎng)出了絲狀物質(zhì)，它們輕快地移動(dòng)，迅速攻擊了臨近的紅細(xì)胞。幸運(yùn)的拉韋朗看到了瘧原蟲雄性配子的脫落。這是瘧原蟲生命周期的一個(gè)階段，通常發(fā)生在按蚊的胃部。
拉韋朗確信自己發(fā)現(xiàn)了病原體。它不是細(xì)菌，而是一種原生動(dòng)物寄生蟲。經(jīng)過多個(gè)病例的分析以及細(xì)致的觀察，拉韋朗寫下了 "在幾例沼澤熱病患血液中發(fā)現(xiàn)了新寄生蟲 "的說明，寄給了法國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院。
拉韋朗在患者血液中觀察到的處在不同時(shí)期的瘧原蟲，圖片來自美國(guó)疾病控制與預(yù)防中心
1882年，拉韋朗奔赴意大利。和其他研究人員一樣，他也在空氣、水和沼澤地的土壤中尋找瘧原蟲，同樣是一場(chǎng)空。他開始懷疑寄生蟲可能存在蚊子體內(nèi)，并在1894年的國(guó)際衛(wèi)生大會(huì)進(jìn)行了相關(guān)演講?？墒?，蚊子假說缺乏可靠的證據(jù)，幾乎沒人相信。剛開始，他的寄生蟲致病說也遭受了懷疑，特別是意大利人和巴斯德。1884年，回到法國(guó)瓦爾德-格拉斯軍事醫(yī)學(xué)院后，他邀請(qǐng)了巴斯德在自己的顯微鏡下觀察那些運(yùn)動(dòng)中的原蟲，巴斯德被信服了。
接納新事物或者新假說，總是需要時(shí)間的。到1890年左右，寄生蟲致病說終于廣泛被接受。1892年，出生于瘧疾高發(fā)的印度的羅納德·羅斯爵士（Sir Ronald Ross）開始踏入瘧疾研究領(lǐng)域。相對(duì)來說，他比較幸運(yùn)。正當(dāng)一籌莫展之時(shí)，英國(guó)熱帶醫(yī)學(xué)先驅(qū)曼森（Sir Patrick Manson）向他提起了拉韋朗的假說。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)證明，1897年，他終于在按蚊的胃中找到了瘧原蟲。短短的十年里，他就獲得了國(guó)際認(rèn)可，在1902年獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。拉韋朗則遲在1907年，因發(fā)現(xiàn)原生動(dòng)物致病而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。
瘧疾病因真相天下大白，為了更清楚地了解瘧原蟲的生活史和詳細(xì)致病機(jī)理，盡快開發(fā)有效疫苗，科學(xué)家開始琢磨怎么在實(shí)驗(yàn)室里培養(yǎng)出瘧原蟲。
二十世紀(jì)初，抗生素尚未問世，將微生物進(jìn)行體外純培養(yǎng)（Axenic culture）是一個(gè)高難度技術(shù)活，因?yàn)闊o菌是首要條件。盡管如此，當(dāng)時(shí)仍有一批科學(xué)家孜孜不倦地進(jìn)行著純培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)，洛克菲勒研究所的魯?shù)婪颉じ窭?/span>（Rudolph Glaser）便是無菌培養(yǎng)的先鋒。Axenic一詞也是他的助手詹姆斯·貝克（James A. Baker）在聽取了普林斯頓大學(xué)古典系一位教授的建議之后，決定采用的。在希臘語中，A意味著沒有或者不存在，Xenos表示陌生人或者外來生命。最后，他們棄用了可以直觀表達(dá)的Sterile culture。
1933年，剛剛從哈佛大學(xué)獲得博士學(xué)位的威廉·特拉格（William Trager），以訪問學(xué)者的身份來到了格拉瑟的實(shí)驗(yàn)室。特拉格很快就在實(shí)驗(yàn)室里成功地培養(yǎng)出了蠶的卵巢，并在這些組織中培養(yǎng)出了導(dǎo)致Grasserie疾病的病毒。后來他又開始研究傳播黃熱病的埃及伊蚊。通過純培養(yǎng)，到1948年，他便找出了孑孓發(fā)育所需要的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，核黃素（維生素B2）和硫胺素（維生素B1）。
在純培養(yǎng)路上一路開掛的特拉格越走越遠(yuǎn)，并開始著手瘧原蟲的培養(yǎng)。在進(jìn)行瘧疾純培養(yǎng)之前，研究人員通常抽出一些被瘧原蟲感染的血液，去感染健康動(dòng)物，觀察早期癥狀，再殺死動(dòng)物，取出器官，觀察后期發(fā)展?fàn)顩r。但是，這樣的研究方法并非連續(xù)和動(dòng)態(tài)，科研人員不能完全掌握瘧原蟲在宿主內(nèi)體內(nèi)動(dòng)向。
威廉·特拉格，1992年，圖片來自美國(guó)洛克菲勒大學(xué)
燭缸，圖片來自維基
由于缺乏合適的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，人瘧原蟲的研究一直受限。大猩猩可以感染，但涉及到人力、財(cái)力和物力等方方面面的巨大投入。特拉格先著手研究感染雉雞的瘧原蟲。這種瘧原蟲可以感染雞，雞的獲得途徑也相對(duì)容易。他在雉雞瘧原蟲方面取得一些成功。例如，他曾經(jīng)使它們?cè)隗w外存活了16天，發(fā)生微量的增殖。重要的是，他發(fā)現(xiàn)B族維生素含量較低的宿主感染后發(fā)病更加嚴(yán)重。這說明寄生蟲無法合成某些營(yíng)養(yǎng)素，不得不從受害者身上獲得。這和孑孓的純培養(yǎng)所得結(jié)果是一致的。由此，人們知道了B族維生素是所有動(dòng)物發(fā)育過程中必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
人類對(duì)瘧疾的免疫力發(fā)展緩慢且不完全，人們推測(cè)接種疫苗不會(huì)提高因反復(fù)嚴(yán)重感染所產(chǎn)生的免疫力。另一方面，瘧疾疫苗的開發(fā)成本太高，只能作為廉價(jià)有效的殺蟲劑和抗瘧藥的輔助手段。直到1960年，公眾對(duì)開發(fā)瘧疾疫苗還一直持有嚴(yán)重保留態(tài)度。同時(shí)，很多科學(xué)家在瘧原蟲的培養(yǎng)之路上屢戰(zhàn)屢敗，再敗再戰(zhàn)。特拉格同樣如此。
自廉價(jià)農(nóng)藥DDT的廣泛噴灑之后，印度的瘧疾病患從1952年的一億陡然降至1962年的六萬。問題是，蚊蟲很快就建立了抗藥性。滅蚊效率越來越低，代價(jià)越來越昂貴。1975年，世界衛(wèi)生組織和美國(guó)國(guó)際發(fā)展署號(hào)召開啟新項(xiàng)目來研發(fā)瘧疾疫苗。體外培養(yǎng)瘧原蟲迫在眉睫。特拉格重新回到了在體外紅細(xì)胞中培養(yǎng)瘧原蟲的問題。一系列實(shí)驗(yàn)表明，瘧原蟲要存活，就需要保證紅細(xì)胞、血清、培養(yǎng)基、二氧化碳、氧氣和溫度的平衡。這次，他想出了一個(gè)極好的辦法，即用流動(dòng)瓶系統(tǒng)來培養(yǎng)瘧原蟲。此時(shí)，博士后詹姆士·詹森（James B. Jensen）加入了他的團(tuán)隊(duì)。他們發(fā)現(xiàn)保持一個(gè)相對(duì)高濃度的CO2和低濃度的O2，再加上每隔幾天注入新鮮的血液，瘧原蟲就可以在培養(yǎng)皿中存活24天，但是操作有點(diǎn)麻煩。
詹森知道如何用燭缸法進(jìn)行組織培養(yǎng)，他決定嘗試用燭缸法來簡(jiǎn)化流動(dòng)瓶系統(tǒng)，結(jié)果一舉成功。幾十年過去了，特拉格終于在實(shí)驗(yàn)室里得到了持續(xù)增殖的惡性瘧原蟲，檢測(cè)紅細(xì)胞的狀態(tài)也變得容易起來。特拉格認(rèn)為開發(fā)疫苗的通道已經(jīng)打開。1976年，在《科學(xué)》上發(fā)表了燭缸培養(yǎng)法之后，他們到全世界進(jìn)行教授。早在1949年，哈佛大學(xué)成功地培養(yǎng)出了脊髓灰質(zhì)炎病毒，相關(guān)疫苗隨之誕生。公眾深信，瘧原蟲可以體外培養(yǎng)，那么它的疫苗也就不遠(yuǎn)了。隨后，世界衛(wèi)生組織立馬宣布，科學(xué)家很快就可以找到對(duì)付瘧疾的疫苗。
在特拉格研究瘧疾的早期階段，洛克菲勒研究所的第二任所長(zhǎng)，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，赫伯特·加瑟（Herbert Gasser）就對(duì)他的工作非常感興趣。他認(rèn)為科學(xué)發(fā)現(xiàn)能夠及時(shí)造福人類是最好的，但是倘若沒有任何實(shí)踐意義，特拉格也做了一項(xiàng)非常重要的工作。
開發(fā)疫苗，就必須在瘧原蟲的裂殖子里找到特殊的抗原。特拉格實(shí)驗(yàn)室里的阿拉基·基勒建（Araxie Kilejian）曾稱她分離到了一些蛋白，也許可以激發(fā)免疫反應(yīng)。不過，特拉格還是未能在有生之年看到瘧疾疫苗的誕生。唯一令人欣慰的是，洛克菲勒研究所一直有保有良好的傳統(tǒng)，領(lǐng)導(dǎo)階層注重的是科學(xué)精神，而非研究成果能否帶來收益和名利。
近幾十年，生物科學(xué)技術(shù)更新迭代。到了2019年4月23日，世界衛(wèi)生組織終于宣布，全球第一種、也是迄今唯一一種被證實(shí)有預(yù)防效果的瘧疾疫苗開始在非洲國(guó)家馬拉維試點(diǎn)推廣，然后是加納和肯尼亞。這種名為RTS,S的瘧疾疫苗由英國(guó)葛蘭素史克公司研發(fā)，費(fèi)時(shí)32年，耗資7億多美元。
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作者簡(jiǎn)介
洪緯
生物學(xué)碩士，科學(xué)技術(shù)史博士。曾任職上海交通大學(xué)，現(xiàn)為旅美獨(dú)立學(xué)者，興趣廣泛，重點(diǎn)關(guān)注生物學(xué)史和疾病史。
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參考資料
制版編輯 | Morgan
