7月初，美国科学家彻底清除了9只小白鼠身上的HIV病毒，彻底治愈艾滋病不远了？

老好人啊

本文刊载于《三联生活周刊》2019年第30期，原文标题《彻底治愈艾滋病还有多远？》
7月初，美国的两个实验室联合两种疗法，最终在受感染的9只小鼠身上彻底清除了HIV病毒。这让人看到了彻底治愈艾滋病的希望。

记者/严岩

UNMC药理学和实验神经科学系主任霍华德·E.詹德尔曼

“彻底清除”HIV病毒
无法彻底治愈艾滋病，是医学界一直以来面临的难题。所谓“彻底治愈”，是指彻底清除患者体内的HIV病毒，也就是说，凭借最先进的医疗设备，无论从血液中，还是从其他身体组织中——淋巴组织、肠道系统、神经系统等，都无法检测到HIV病毒。
而今年7月，美国的科研团队有史以来第一次从活体动物基因组中彻底清除了HIV病毒。此项研究成果刊登于《自然通讯》（Nature Communications）上。论文显示，研究人员先后使用长效缓释抗病毒治疗（LASER ART）和CRISPR-CAS9基因编辑方法，最终在受感染的9只小鼠身上完全找不到HIV病毒的踪迹。为了确定满足“彻底清除病毒”的定义，研究人员还从接受长效缓释抗病毒治疗和基因治疗的小鼠身上提取了免疫细胞，并将它们转移到健康的小鼠身上，观察它们是否从任何可能残留的病毒中感染了HIV病毒，结果依然没有发现HIV病毒。
这项实验由美国坦普尔大学（Temple University）刘易斯·卡茨医学院（LKSOM）和内布拉斯加大学（Nebraska University）医学中心（UNMC）的研究者共同完成。该论文的共同通讯作者霍华德·E.詹德尔曼（Howard E. Gendelman），是UNMC药理学和实验神经科学系的主任，也是艾滋病研究领域的享有盛誉的科学家，他告诉本刊，“单独用LASER ART疗法，虽然可有效压制正在进行中的病毒复制，但是对潜伏在DNA内病毒无效。这样一旦停药潜伏病毒就会死灰复燃；而单独使用CRISPR-CAS9方法，虽可以降低甚至消除潜伏在DNA中的病毒，但不能控制正在进行的病毒复制。只要有活跃的病毒复制，就会不断有新病毒插入DNA潜伏下来。我们的想法是，先使用LASER或其他方法全面压制病毒复制，再使用CRISPR-CAS9，就能在病毒被最大限度抑制的期间完全清除被整合的病毒DNA”。
要理解詹德尔曼研究团队为了消灭HIV病毒所使用的策略，就必须了解HIV病毒的特殊性。HIV病毒属于RNA病毒，但与其他RNA病毒相比，如SARS、埃博拉等，HIV实在太难对付了。美国一所常青藤院校医学系主任张天从事HIV病毒研究30余年，他告诉我，“其他的RNA病毒不会和人类基因整合，相对容易被消灭。此外，埃博拉等RNA病毒感染人体后，感染者中都会有一定比例的自愈者，但是尚没有发现一例艾滋病的自愈病例”。
而HIV病毒有更为复杂的特性，其中之一便是可以“逆转录”。地球上的生命中，有且仅有很小一部分病毒能够启动生物“逆转录”的过程，即帮助病毒寄生在生物的细胞内，不断复制自己的基因，并且繁衍后代。在这一过程中，当HIV病毒精确定位到人体免疫细胞表面后，最终就会成功插入到被感染的人体细胞的基因组DNA长链之上，结果便是：人体细胞“帮助”HIV病毒生产出完整的病毒颗粒。
上世纪90年代开启的“抗逆转录病毒”（ART）疗法，正是瞄准了HIV病毒的“逆转录”特性，被誉为HIV临床治疗的一个里程碑，也因此拯救了全球数百万人的生命。该疗法是联合使用至少3种抗病毒药物，通过抑制病毒的“逆转录”过程，最大限度高效抑制HIV病毒的复制和扩散。但是，ART疗法只能做到病毒被抑制，不能被彻底清除，因而艾滋病毒携带者依然不得不终身服用药物，而且一旦停止治疗，艾滋病毒会立即再次繁殖。这也是由于HIV病毒把它的遗传物质注入到它所感染的某类免疫细胞的基因组中，使自己能够安静地隐藏在抗逆转录病毒疗法无法触及的地方。
这正是HIV病毒之所以难以根除的另一重要原因。除了“逆转录”，它还会“潜伏”在病毒库中。
张天解释：“HIV病毒一动，就能被识别，药物就能消除它，但不动就拿它没办法。”艾滋病患者对HIV病毒的免疫反应也较弱，刚开始只是产生一些非特异抗体，要等到感染数年之后，才能生产特异的中和抗体，通常此时病毒已经遍布全身，在众多的免疫细胞中大量繁殖，甚至会找到一些抗体难以抵达的藏身之处藏起来，导致这些中和抗体很难彻底清除病毒。
詹德尔曼团队开发的LASER ART疗法，不同于传统的抗逆转录病毒治疗，它们以病毒避难所为目标，可以在较长时间内抑制HIV病毒的复制。其所使用的治疗药物的纳米晶体，可以迅速进入HIV病毒容易潜伏的地方，如肝脏、淋巴组织和脾脏，穿透细胞膜，一旦进入感染艾滋病毒的细胞内，纳米晶体可以在数周内缓慢释放其有效成分。詹德尔曼告诉本刊，“这种晶体结构释放药物的速度更慢，使它们能够在休眠病毒开始出现并复制时继续杀死它们，持续数月，而不是像传统药物那样持续几天或几周”。
而早在2017年，坎莫·哈利里（Kamel Khalili）所带领的实验室，就曾利用被称为“基因剪刀”的CRISPER-CAS9基因编辑技术，开发出一套新治疗系统。动物实验显示，该系统能有效从宿主感染细胞中删除艾滋病病毒DNA片段，显著破坏艾滋病病毒的基因表达。但与单独使用抗逆转录病毒疗法类似的是，该系统也无法彻底清除病毒。
和很多科学发现的偶然性相似，这两种疗法的结合，起因是一场学术会议。“我和哈利里的研究团队此前分别通过各自的研究方法，寻求彻底清除病毒的可能，但之前的结果都不太有效，后来我们俩在会议上碰见了，讨论合作的可能性。一开始谁都不确定是否会有效，直到做了几遍，在治疗期结束后检查小鼠的病毒载量，才确认联合疗法是有效的。”詹德尔曼强调，“目前科研界比较确定的一点是，单一疗法都不能做到清除HIV病毒，联合疗法是关键。”
从小鼠到人
可以说，此次坦普尔大学和内布拉斯加大学实验成功的意义在于——通过联合两种疗法，从感染了HIV病毒的人源鼠（经过基因改造的，具有人类免疫系统的小鼠模型）的细胞和器官内彻底清除病毒，为开发潜在治愈艾滋病的新疗法增添了希望。詹德尔曼计划一年内开启人类临床试验，他说：“我们下一步要做的是改进LASER ART的给药方式，同时在CRISPR的精准性上，要确保不影响其他的正常基因。”
那么，从动物试验到人体试验，是否可以直接复制这两种联合疗法？
答案是不能。由于试验目的不同，在小鼠身上实现病毒清除的疗法都需要重新设计，才能应用到人体试验，而此次詹德尔曼团队小鼠试验的成功是为了验证“彻底清除”HIV病毒的可能性。
美国西奈山医学院博士刘小坤向本刊解释：“像詹德尔曼团队使用的LASER ART方式那样，在小鼠上做实验，可以通过皮下给药(把皮肤切开，将纳米材料药物植入皮下组织，让小鼠缓慢吸收药物)或者注射的方式给药，但皮下给药在患者身上操作性不强，最常见的还是用口服一种类似效果的缓释药物，由于不是直接植入皮下，给药计量、药物持续的有效时间和抑制病毒的效果可能会有影响，所以该团队在进行人体临床实验前，需要重新设计在人体上的给药方式。”
针对CRISPR在人体上操作的限制较大——在基因疗法中，病毒载体是科学家们使用的最佳“搬运工”，它们用自身的侵入方式将特定的DNA序列引入到人体细胞中——在小鼠实验中，“科研人员一般利用慢病毒载体(含有HIV病毒骨架基因)或者腺病毒载体，通过注射病毒将CRISPR-CAS9带到小鼠体内，而在人体试验中，必须要保证病毒载体的无害性”。
刘小坤解释：“受限于CRISPR这个技术本身的发展，只能在初始设计好的那一段基因上做‘剪切’，这个操作在细胞层面的话还比较容易，但一旦上升到活体动物，情况就变得更复杂，即便试验对象是小鼠，CRISPR的成功率也会降低许多。”而由于基因疗法本身有脱靶的风险，刘小坤认为，詹德尔曼团队在23只受感染的小鼠身上成功清除了9只小鼠的HIV病毒，“在科研界，这个成功比例算是很高的了”。
对于实验结果的检测也有很大差异。针对小鼠实验，詹德尔曼进一步解释，“之所以我们可以称之为‘彻底清除’HIV病毒，以及宣告这9只小鼠被‘彻底治愈’，正是因为与人类试验的研究方式不同，我们牺牲了小鼠，并通过解剖每个组织来寻找病毒，包括骨髓、脾脏、肝脏、肾脏、大脑、肺、淋巴结、肠道和其他器官。担心这还不够，我们又做了扩增实验试图从组织中‘找回病毒’，但依然没有发现HIV病毒。此外，我们还用了最敏感的检测方式‘微滴式数字PCR’（一种绝对定量的分析技术），依然没有发现任何病毒”。
“然而，如果受感染的是人类，只能通过抽外周血的方式寻找病毒的踪迹，而大部分被HIV病毒整合的细胞存在于外周血之外，若不依赖活体检测（即法医学角度，解剖身体）的方式根本无从得知，因而潜伏的病毒就可以‘逍遥法外’。”刘小坤说。
功能性治愈
“我以为最多5年、10年也就能把艾滋病打败了，真没想到这么久。”张天感慨。他在90年代初期就专门研究逆转录病毒，之后进入HIV病毒领域做基础科研，已经30多年。而HIV病毒自1981年第一次被人类发现，至今有超过3000万人因得艾滋病而死于各种各样的并发症，大约三分之一的新感染者发生在15～24岁的人群中。
到目前为止，世界上仅有两个案例——“柏林病人”和“伦敦病人”，被贴上了艾滋病治愈的标签。其中，“柏林病人”的实验结果于2010年12月刊登于著名的科学杂志《血液》（Blood）上，文中提到由德国三所大学医学部研究人员组成的七人小组向整个世界宣告“这个病人的艾滋病被治愈了”，这也是艾滋病第一次与“治愈”这个词联系到了一起。而“伦敦病人”与之有相似之处，他同时患有艾滋病与癌症，医生于2016年开始为其寻找骨髓移植配对，之后进行正式手术。截至2019年3月，该患者有近18个月未被检测到HIV病毒，但目前医学界的争议点在于暂时不能宣告这名病人“被彻底治愈”。
然而，很多医生和科研人员对于被冠以“彻底治愈”的案例，有着非常谨慎的判断。张天说：“在我个人看来，这两个案例也只能被归类为功能性治愈，换句话说，目前受限于分子生物学的技术，仪器无法检测出HIV病毒的量，并不能简单归类为彻底治愈。”
比如“柏林病人”蒂莫西·雷·布朗案例，特殊性是显而易见的。该病人的医生两次利用放射和化疗摧毁他所有的原生血细胞，再两次通过移植干细胞重建他的免疫系统，恰巧他的骨髓捐献者体内存在一种罕见的名为CCR5-delta32的基因突变，接受移植后，他竟对HIV病毒产生了抵抗力，移植后就不用再接受抗逆转录病毒药物治疗了。
此后有太多医生试图复制这个“奇迹”，都没有成功。2003年，波士顿布莱根妇女医院（Brigham and Women's Hospital）的医生就对两位HIV阳性患者实施了HAART疗法（Highly Active Antiroviral Therapy，即鸡尾酒疗法）和骨髓移植来治疗淋巴瘤。他们的骨髓捐献者和布朗的不一样，并没有CCR5变异，经过几年的移植手术后，医生停止HAART疗法，并在几个月内没有检测到病毒。但很快，HIV病毒又卷土重来。
更糟糕的是，截止到目前，所有与艾滋病相关的疫苗研究都失败了。早在上世纪80年代，美国国立卫生研究院就启动了史上第一个艾滋病疫苗的临床试验，当时人们以为很快就能等到艾滋病疫苗上市，从而消灭艾滋病。但30多年过去了，全球每年用在艾滋病疫苗研发的经费超过8亿美元，尝试开发的艾滋病疫苗临床就做了40多个，但是至今仍没有一个艾滋病疫苗达到上市标准。张天说：“目前学界关于HIV病毒已经研究得很透彻了，病毒的基因排序已经完成，也破解了它侵入宿主细胞的方法，它本身蛋白与蛋白之间的关系也清楚，就剩下一个障碍，它的潜伏位置，也就是Reservior（病毒库），还没有完全弄明白。”
2016年，有一篇发表在《自然》杂志旗下子刊上的一篇文章《HIV reservoirs：what，where and how to target them》，开篇摘要就表明：“目前抗击HIV病毒的主要挑战之一就是消除持续存在的病毒库，这些病毒库中隐藏着有整合能力的、复制能力强的原病毒，而且病毒库对于逆转录疗法（ART）有抵抗能力。”
然而，文章通篇也在反复表达一个研究的困境：研究人员无法观察到最初的病毒是如何从潜伏的病毒库中被释放出来，而能被观察到的“反弹病毒”（停止用药后，病毒反弹），是已经通过复制的方式“被放大”的病毒，这样依然无从得知病毒在何时何地进行了复制。
在这种情况下，艾滋病研究领域近几年提出一个新概念——功能性治愈。指的是通过一段时间的抗逆转录病毒治疗以后，即使停止使用药物，患者体内的病毒也不反弹，并能够得到控制。但此时，依然还有少量的病毒存在。
2012年，曾被媒体疯狂报道的“密西西比婴儿”（Mississippi baby）给世界带来了希望——她是首例用高剂量的抗逆转录病毒药物被“功能性治愈”的艾滋病婴儿。该婴儿的母亲是艾滋病毒感染者，分娩时未接受鸡尾酒疗法或产前护理。考虑到婴儿感染艾滋病毒的风险很高，医生在她出生30小时后就开始大剂量使用鸡尾酒疗法，后来的检测结果也证实女婴的确感染了病毒，于是医生开始持续治疗，直到婴儿第26个月时，研究人员再次进行实验，找到了微量的HIV病毒的痕迹，但它们并没有和人体细胞结合，也未对健康产生威胁。医生通过反复测试才宣布了这名婴儿被“功能性治愈”，但同时也表示，无法对这名婴儿的未来健康状况做出预测。在接下来的两年多时间里，婴儿感染病毒的迹象一直都没有出现。直到2014年，在定期的随访中，医生从婴儿的血液检查中检测到了活跃的HIV病毒。这些病毒在婴儿的体内潜伏了如此之久，无奈之下，医生们不得不给孩子恢复用药。张天告诉我，“实际上，功能性治愈目前也只有对婴儿来说有实现的可能，早发现早治疗”。
因为HIV病毒依然存活在人体内，患者就不能停药。本刊在采访一位艾滋病患者时，他反复提到的副作用是“吃东西没胃口，长期如此就容易营养不良，脂肪在不断流失，而且这个问题还没解决，贫血症又来了，各种炎症也不间断”。这位患者的男友也是HIV病毒的携带者，坚持服药5年多，“他最近肝功能检查出了问题，医生也明确告诉他，最终的结果就是肝功能衰竭”。
从现实角度来看，不少国家针对艾滋病患者都是免费提供药物，澳大利亚莫纳什大学传染病科教授莎伦·R.莱文（Sharon R. Lewin）公开表明，“不可能为所有需要ART治疗的患者终身提供治疗基金”。这也是詹德尔曼等科学家一直努力想要完全消除HIV病毒的原因之一，而此次小鼠试验的成功向目标又近了一步。
（文中张天为化名）


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中国早就通过基因编辑免除了艾滋病，只是这位实验者遭到了处罚。

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