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，人類社會的發(fā)展史就是不斷與瘧疾抗爭的歷史。
數(shù)千年，我國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世紀末期，法國軍醫(yī)阿爾方斯·拉韋朗才揭示了瘧疾與瘧原蟲之間的關系。數(shù)十年后，生物學家威廉·特拉格在實驗室成功地培養(yǎng)出瘧原蟲，為人類制備抗瘧疫苗和藥物做出了重要貢獻。在發(fā)現(xiàn)瘧原蟲與瘧疾之間的關系，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。
只是時至今日，瘧疾仍未完全根除，實現(xiàn)“零瘧疾”任重道遠，不僅是因為瘧原蟲的耐藥性更強了，還因為貧窮國家控制瘧疾資金短缺導致。
撰文 | 洪 緯（生物學碩士，科技史博士）
責編 | 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）走到一個灌木林中，準備好好擁抱自然，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《紐約時報》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。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《時代周刊》
瘧疾這一古老的疾病，至今仍然是一個難題。據(jù)估計，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。與之相關的諾貝獎也不少，比如1902年、1907年、1948年以及2015年等。
《史記》云：“江南卑濕，丈夫早夭。”在古人眼里，尤其是北方人士，中國南方水網(wǎng)交錯，氣候濕潤，是滋生疾病的溫床。疾病中討論的最多的便是瘴氣?！逗鬂h書》說：“南州水土溫暑，加有瘴氣，致死亡者十必四五?！薄度龂萘x》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。有關瘴氣和各種預防偏方的描述，古籍中不計其數(shù)。
這令人聞風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為是“壞氣”導致了瘧疾。
在19世紀中葉的法國，一位大學教授發(fā)現(xiàn)了啤酒和葡萄酒變酸的奧秘。秘密不在于當時人們普遍認為的化學反應，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，他通過大量的實驗證明了微生物是導致疾病的原因，這就是“細菌學說”。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。
美國某品牌鮮牛奶包裝盒上標注了“超巴氏殺菌”（洪緯攝）
“細菌學說”似乎可以解釋一切，人們相信瘧疾的罪魁禍首應該也是細菌。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家。他們發(fā)現(xiàn)了各種藻類、原生動物和細菌，就是沒有找出導致瘧疾的病因。
阿爾方斯·拉韋朗，圖片來自美國疾病控制與預防中心
最終，法國軍醫(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，善于寫作。在34歲那年，他就已經(jīng)完成了一部《軍隊疾病和流行病文集》和62篇科學通信論文。1878年，拉韋朗被派往法國殖民地阿爾及利亞，先后在伯恩和君士坦丁的軍事醫(yī)院工作。戰(zhàn)爭迫使人類踏進荒蕪之地，破壞自然生態(tài)平衡。人口密集，士兵住宿條件極為惡劣，部隊就是一個疾病工廠。
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。那個年代，染色技術還沒有發(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)出阿米巴運動。有些深色顆粒還呈現(xiàn)月牙形。關鍵性的發(fā)現(xiàn)是在1880年11月6日凌晨，在君士坦丁軍事醫(yī)院。當時，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出了絲狀物質(zhì)，它們輕快地移動，迅速攻擊了臨近的紅細胞。幸運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。它不是細菌，而是一種原生動物寄生蟲。經(jīng)過多個病例的分析以及細致的觀察，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，寄給了法國醫(yī)學科學院。
拉韋朗在患者血液中觀察到的處在不同時期的瘧原蟲，圖片來自美國疾病控制與預防中心
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，同樣是一場空。他開始懷疑寄生蟲可能存在蚊子體內(nèi)，并在1894年的國際衛(wèi)生大會進行了相關演講?？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，回到法國瓦爾德-格拉斯軍事醫(yī)學院后，他邀請了巴斯德在自己的顯微鏡下觀察那些運動中的原蟲，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域。相對來說，他比較幸運。正當一籌莫展之時，英國熱帶醫(yī)學先驅(qū)曼森（Sir Patrick Manson）向他提起了拉韋朗的假說。經(jīng)過反復實驗證明，1897年，他終于在按蚊的胃中找到了瘧原蟲。短短的十年里，他就獲得了國際認可，在1902年獲得了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。拉韋朗則遲在1907年，因發(fā)現(xiàn)原生動物致病而獲得諾貝爾獎。
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致病機理，盡快開發(fā)有效疫苗，科學家開始琢磨怎么在實驗室里培養(yǎng)出瘧原蟲。
二十世紀初，抗生素尚未問世，將微生物進行體外純培養(yǎng)（Axenic culture）是一個高難度技術活，因為無菌是首要條件。盡管如此，當時仍有一批科學家孜孜不倦地進行著純培養(yǎng)的實驗，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的Sterile culture。
1933年，剛剛從哈佛大學獲得博士學位的威廉·特拉格（William Trager），以訪問學者的身份來到了格拉瑟的實驗室。特拉格很快就在實驗室里成功地培養(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)育所需要的關鍵營養(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，并開始著手瘧原蟲的培養(yǎng)。在進行瘧疾純培養(yǎng)之前，研究人員通常抽出一些被瘧原蟲感染的血液，去感染健康動物，觀察早期癥狀，再殺死動物，取出器官，觀察后期發(fā)展狀況。但是，這樣的研究方法并非連續(xù)和動態(tài)，科研人員不能完全掌握瘧原蟲在宿主內(nèi)體內(nèi)動向。
威廉·特拉格，1992年，圖片來自美國洛克菲勒大學
燭缸，圖片來自維基
由于缺乏合適的實驗動物，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)使它們在體外存活了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)病更加嚴重。這說明寄生蟲無法合成某些營養(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族維生素是所有動物發(fā)育過程中必需的營養(yǎng)物質(zhì)。
人類對瘧疾的免疫力發(fā)展緩慢且不完全，人們推測接種疫苗不會提高因反復嚴重感染所產(chǎn)生的免疫力。另一方面，瘧疾疫苗的開發(fā)成本太高，只能作為廉價有效的殺蟲劑和抗瘧藥的輔助手段。直到1960年，公眾對開發(fā)瘧疾疫苗還一直持有嚴重保留態(tài)度。同時，很多科學家在瘧原蟲的培養(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，代價越來越昂貴。1975年，世界衛(wèi)生組織和美國國際發(fā)展署號召開啟新項目來研發(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胞中培養(yǎng)瘧原蟲的問題。一系列實驗表明，瘧原蟲要存活，就需要保證紅細胞、血清、培養(yǎng)基、二氧化碳、氧氣和溫度的平衡。這次，他想出了一個極好的辦法，即用流動瓶系統(tǒng)來培養(yǎng)瘧原蟲。此時，博士后詹姆士·詹森（James B. Jensen）加入了他的團隊。他們發(fā)現(xiàn)保持一個相對高濃度的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，但是操作有點麻煩。
詹森知道如何用燭缸法進行組織培養(yǎng)，他決定嘗試用燭缸法來簡化流動瓶系統(tǒng)，結(jié)果一舉成功。幾十年過去了，特拉格終于在實驗室里得到了持續(xù)增殖的惡性瘧原蟲，檢測紅細胞的狀態(tài)也變得容易起來。特拉格認為開發(fā)疫苗的通道已經(jīng)打開。1976年，在《科學》上發(fā)表了燭缸培養(yǎng)法之后，他們到全世界進行教授。早在1949年，哈佛大學成功地培養(yǎng)出了脊髓灰質(zhì)炎病毒，相關疫苗隨之誕生。公眾深信，瘧原蟲可以體外培養(yǎng)，那么它的疫苗也就不遠了。隨后，世界衛(wèi)生組織立馬宣布，科學家很快就可以找到對付瘧疾的疫苗。
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，諾貝爾獎獲得者，赫伯特·加瑟（Herbert Gasser）就對他的工作非常感興趣。他認為科學發(fā)現(xiàn)能夠及時造福人類是最好的，但是倘若沒有任何實踐意義，特拉格也做了一項非常重要的工作。
開發(fā)疫苗，就必須在瘧原蟲的裂殖子里找到特殊的抗原。特拉格實驗室里的阿拉基·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。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)，領導階層注重的是科學精神，而非研究成果能否帶來收益和名利。
近幾十年，生物科學技術更新迭代。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有預防效果的瘧疾疫苗開始在非洲國家馬拉維試點推廣，然后是加納和肯尼亞。這種名為RTS,S的瘧疾疫苗由英國葛蘭素史克公司研發(fā)，費時32年，耗資7億多美元。
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作者簡介
洪緯
生物學碩士，科學技術史博士。曾任職上海交通大學，現(xiàn)為旅美獨立學者，興趣廣泛，重點關注生物學史和疾病史。
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參考資料
制版編輯 | Morgan
