生命奥秘 羅伯特·加洛(Robert...

羅伯特·加洛(Robert Gallo) AIDS 病毒發現第一人

他的發現還為引發幾種癌症的病毒研究指引出一個新的方向。

加洛博士每天早上要開車45分鐘去上班,在開車的路上,他打電話給他的助理,交代一連串的工作。

1974年他突破性地首次發現人體內導致血癌的一種反向病毒,三十年來,他一直都在不懈地努力工作。他的努力後來使他發現了愛滋病毒,並研製出檢測愛滋病毒的驗血方法。十年前,加洛博士和另外兩位科學家,在美國馬里蘭州的巴爾的摩市成立了人類病毒學研究所,致力於愛滋病的研究與治療。

加洛博士獲得過八十多項醫學獎和三十個名譽學位。可是,當人們問起哪些是他最重要的成就時,他並沒有提到愛滋病毒的發現。“從感情上說,最讓我滿意的是第一個人體反向病毒的發現。那就是血癌病毒HTLV – 1,因為這是醫學界發現的第一個導致癌症的病毒。”

加洛博士的妹妹在孩提時就被血癌奪走了生命。他說,他曾經在六個月的時間裏專門治療兒童血癌,這個痛苦的經歷決定了他的研究生涯。“在你為孩子們治療的時候看到許多孩子死去,這是一個非常可怕的經歷。這使我再也不想看到病人,以後我真的再也沒有看過。”

多年來,科學家們一直在爭辯,是誰在1980年代首先把愛滋病毒分離出來的。最後,加洛博士和巴黎巴士多研究所的蒙塔尼爾博士,被宣佈為共同發現者。

有人問加洛博士的朋友,加洛最讓人難忘的地方是甚麼。他們回答說,人們會永遠記住他堅強的個性和契而不捨的決心。

人類免疫缺陷病毒

2008-8-15-HIV

人類免疫缺陷病毒(Human Immunodeficiency Virus, HIV)是一種感染人類免疫系統細胞的慢病毒(Lentivirus),屬反轉錄病毒的一種。普遍認為,人類免疫缺陷病毒的感染導致愛滋病(AIDS, Acquired Immune Deficiency Syndrome,或譯作「愛滋病」),愛滋病是後天性細胞免疫功能出現缺陷而導致嚴重機會感染及/或繼發腫瘤並致命的一種疾病。愛滋病自1981年在美國被識別並發展為全球大流行至2003年底,已累計導致兩千餘萬人死亡。因為人類免疫缺陷病毒與愛滋病的密切關係,該病毒通常也俗稱為「愛滋病病毒」或「愛滋病毒」。

人類免疫缺陷病毒作為反轉錄病毒,在感染後會整合入宿主細胞的基因組中,而目前的抗病毒治療並不能將病毒根除。在2004年底,全球有約四千萬被感染並與人類免疫缺陷病毒共同生存的人,該年並有三百餘萬人死於愛滋病;流行狀況最為嚴重的仍是撒哈拉以南非洲,其次是南亞與東南亞,但該年漲幅最快的地區是東亞、東歐及中亞。

在人類免疫缺陷病毒感染病程的一些時期,特別是早期及末期,具有感染性的病毒顆粒會存在於含有免疫細胞、血漿、淋巴液或組織液的某些體液中,如血液、精液、陰道分泌液、乳汁、唾液或傷口分泌液;另一方面,病毒在體外環境中極不穩定。因此,人類免疫缺陷病毒的傳播途徑主要是不安全的性接觸、靜脈注射、輸血、分娩、哺乳等;但通常的工作、學習、社交、或家庭接觸,比如完整皮膚間的接觸、共用坐便器、接觸汗液等,不會傳播人類免疫缺陷病毒;與唾液或淚液的通常接觸(如社交吻禮或短暫接吻)也未有導致傳播人類免疫缺陷病毒的報告;但美國疾病控制與預防中心(CDC)說已感染病毒的母親,可將病毒透過先嚼過的食物(唾液內含血液)傳給孩子。REUTERS

歷史與現狀

發現

愛滋病最早是於1980年代初期在美國被識別,早期的病人都是年輕的男同性戀者,因此愛滋病一度被稱作「同性戀病」("gay disease"),並受到當時雷根保守政府的忽視。但在美國疾病控制與預防中心以及有識的醫生與科學家的持續工作下,累積了信服性的流行病學數據,顯示愛滋病有一定的傳染性致因(etiology),同時,因輸血導致非同性戀者罹患愛滋病的病例逐漸增多,許多科學家開始調查此傳染性病原。

在巴黎巴斯德研究所專門研究逆轉錄病毒與癌症關係的法國病毒學家路克·蒙塔尼埃(Luc Montagnier)及其研究組於1983年首次從一位罹患晚期卡波西氏肉瘤的年輕男同性戀愛滋病人(首字縮寫LAI)的血液及淋巴結樣品中,分離到一種的新的逆轉錄病毒;他們發現這種病毒不同於人類T細胞白血病病毒(Human T cell Leukemia Virus, HTLV),而是一種慢病毒(Lentivirus),他們將之命名為「免疫缺陷相關病毒」(Immune Deficiency-Associated Virus, IDAV)。大西洋另一邊,蒙塔尼埃當時的合作者,美國國家癌症研究所的美國生物醫學科學家羅伯特·加羅(Robert Gallo)及屬下也從一些細胞株系中分離到新病毒,並將之命名為「IIIB/H9型人類T細胞白血病病毒」(Human T cell Leukemia Virus-IIIB/H9, HTLV-IIIB/H9);加羅小組首次於1984年在《科學》期刊發表論文,論證了這種新病毒與愛滋病的病原關係。

隨後加羅前往法國,提供HTLV-IIIB/H9以與蒙塔尼埃的IDAV (LAI)比較,結果兩株病毒是完全一樣的,就是蒙塔尼埃小組的LAI。本來雙方約定共同舉行新聞發布會,但已經知情的美國健康與人類服務部(Department of Health and Human Services, DHHS)部長瑪格理特·海克勒(Margaret Heckler)緊急電召加羅回國,單方面舉行了新聞發布會。DHHS指示加羅儘速開發在血液中檢測人類免疫缺陷病毒的技術並申請專利,以方便美國的製藥公司在全球銷售這一技術,加羅使用了這種HTLV-IIIB/H9病毒。法美兩國以及雙方的科學家為此有若干年的爭議與官司,一直無解;持續到1991年,雙方才達成某些程度的諒解。

1986年,該病毒的名稱被統一為「人類免疫缺陷病毒」(Human Immunodeficiency Virus, HIV),以更好地反映病毒導致免疫缺陷而不是免疫癌症的性質。

全球大流行

根據世界衛生組織的HIV/AIDS統計報告,在2004年,全球估計有四千萬人(3590至4430萬人)與人類免疫缺陷病毒相伴生存(被感染),其中五百萬人(430至640萬人)屬於新發感染病例,另外,有三百萬人(280至350萬人)死於愛滋病。這些數字並在不斷增長中,其中,東亞、東歐、中亞等地區漲幅最快。感染最嚴重的地區仍然是撒哈拉以南非洲,其次是南亞與東南亞。

生物學

人類免疫缺陷病毒(HIV)屬於慢病毒屬,是一種潛伏期極長的逆轉錄病毒。HIV分為兩型:HIV-1與HIV-2。多數國家的HIV感染是由HIV-1造成的,並且感染HIV-1後超過90%的患者會在10-12年內發病成為愛滋病;HIV-2主要分佈在西部非洲,其感染往往沒有相關的病症。

進化史

HIV/SIV的種系發生圖(phylogenetic tree)HIV-1與HIV-2兩者都來自中西部非洲,並從靈長類動物傳到人類。HIV-1是從黑猩猩(Chimpanzee, Pan troglodytes)的猴免疫缺陷病毒(Simian Immunodeficiency Virus, SIV)跨種感染進化而來;HIV-2則是從幾內亞比索的烏黑白眉猴(Sooty Mangabey, Cercocebus atys)的另一種猴免疫缺陷病毒跨種感染而來。

結構

HIV的結構與生活史人類免疫缺陷病毒直徑約120奈米,大致呈球形。病毒外膜是磷脂雙分子層,來自宿主細胞,並嵌有病毒的蛋白gp120與gp41;gp41是跨膜蛋白,gp120位於表面,並與gp41通過非共價作用結合。向內是由蛋白p17形成的球形基質(Matrix),以及蛋白p24形成的半錐形衣殼(Capsid),衣殼在電鏡下呈高電子密度。衣殼內含有病毒的RNA基因組、?(逆轉錄?、整合?、蛋白?)以及其他來宿主細胞的成分(如tRNAlys3,作為逆轉錄的引子)。

基因組及其表達與調控

病毒基因組是兩條相同的正義RNA,每條RNA長約9.2-9.8kb。兩端是長末端重複序列(long terminal repeats, LTR),含順式調控序列,控制前病毒的表達。已證明在LTR有啟動子和增強子並含負調控區。LTR之間的序列編碼了至少9個蛋白,可分為三類:結構蛋白、調控蛋白、輔助蛋白。

結構蛋白
Gag
gag基因產生55kD的蛋白p55。p55由病毒編碼的一個蛋白?切成四個小蛋白:MA(p17基質)、CA(p24衣殼)、NC(p9核衣殼)、及p6。
Pol
Gag-Pol融合蛋白是經過mRNA上一個順式調控模件(cis-acting motif)導致的核糖體移位(frame shifting)事件產生,使得pol基因的閱讀框(reading frame)被使用。這種情況發生的機率是5%,所以,Gag與Gag-Pol產物的比率維持在20:1。融合蛋白由病毒編碼的一個蛋白?切為四個小蛋白:Pro(p10蛋白?)、RT(p50逆轉錄?)、RNase H(p15 RNA?H)、及IN(p31整合?)。
Env
Env起先是160kD的蛋白,在高爾基體中經糖基化,在天冬醯胺上被加上25至30個複雜的N連糖鏈,成為gp160;這個糖基化過程對感染性是必要的。之後,宿主細胞的一個蛋白?將gp160切為gp41與gp120。
調控蛋白
Tat
Rev
輔助蛋白
Vpu
Vpr
Vif
Nef

生活史

一個人類免疫缺陷病毒顆粒從被感染的免疫細胞中出芽釋放人類免疫缺陷病毒感染多種細胞,包括CD4陽性輔助T細胞與巨噬細胞等在表面表達CD4分子的細胞。病毒進入輔助T細胞或巨噬細胞不僅僅是通過病毒顆粒被膜的糖蛋白gp120與被感染細胞的CD4分子之間的相互作用來介導,而是同時需要宿主細胞表面的趨化因子受體來作為協同受體。嗜M(巨噬細胞)型(macrophage (M)-tropic)人類免疫缺陷病毒(或稱做「非合胞誘導型株」,non-syncitia-inducing strains, NSI)利用乙類趨化因子(beta-chemokine)受體CCR5進入細胞,因而可以在巨噬細胞與CD4陽性輔助T細胞中複製。嗜T型(T cell (T)-tropic)人類免疫缺陷病毒(或稱做「合胞誘導型株」,syncitia-inducing strains, SI)使用甲種趨化因子(alpha-chemokine)受體,因為主要在CD4陽性輔助T細胞中複製,儘管也可以在巨噬細胞中複製。僅使用CCR5受體進入細胞的病毒,稱為R5;僅使用CXCR4受體的,稱為X4;兩者都使用的,則稱為X4R5。當然根據協同受體分型並不一定區分病毒的實際細胞嗜性。

人類免疫缺陷病毒也可感染樹狀細胞。

糖蛋白gp120與其協同受體及CD4分子的相互作用,引發gp120蛋白構象的改變,從而將跨膜糖蛋白gp41原本深埋的部份曝露,進而使gp120的V3環接近協同受體,然後gp41導致病毒被膜與靶細胞膜的融合,使病毒核衣殼進入細胞。gp41導致細胞膜融合的具體機制仍未明瞭。

有些人群對HIV有較高的抵抗力(但並不是完全抵抗),是因為他們的細胞缺少HIV進入細胞的一個協同受體(co-receptor),這個協同受體是趨化因子(chemokine)受體CCR5。他們的CCR5基因有一段長為32鹼基對的缺失(deletion),造成產物蛋白嚴重截斷(truncated),不能在細胞表面探測到。這些人主要分佈在歐洲,也有分佈在中東及印度次大陸。

HIV作為病毒,必須進入細胞才能繼續其生活史(整合、複製、釋出…)及感染史。病毒通過其表面的gp120糖蛋白與靶細胞表面的細胞分化抗原(或稱分化簇)CD4分子作用,與靶細胞的細胞膜融合並進入細胞。這個過程需要靶細胞表面的一個七次跨膜G蛋白耦聯受體(G-protein-coupled seven-transmembrane receptor),目前發現的主要為趨化因子受體CCR5(嗜M的病毒株)及CXCR4(嗜T的病毒株)。

具有該CCR5缺失的人,因為細胞表面不表達CCR5,使部分HIV不能進入並感染這類細胞。但HIV可以通過其他協同受體感染這類細胞,或者其他類型的細胞不需要此CCR5就可以被感染,所以這些人並不能完全抵抗HIV。事實上,已有該CCR5缺失的純合個體感染HIV的病例報告。

病毒核衣殼一旦進入細胞,病毒的逆轉錄?就將病毒的單鏈正義RNA從病毒蛋白上釋放,並根據正義RNA逆轉錄生成反義互補DNA(cDNA)。這個反轉錄過程非常容易出錯,因此這是病毒進行突變(如,獲得抗藥性)的重要步驟。然後,根據cDNA合成雙鏈的病毒DNA(vDNA)。新的病毒DNA被轉運到細胞核中,並由病毒的整合?將其整合到宿主的基因組上。這樣,病毒進入潛伏期。

要激活病毒,細胞中需要存在一些轉錄因子。最重要的一種叫做NF-kB,存在於所以被激活的T細胞中。這就意味著,最容易被人類免疫缺陷病毒殺死的細胞,恰恰是那些正在參與與感染作戰的細胞。

致病機理

HIV選擇性地侵犯帶有CD4分子的,主要有T4淋巴細胞、單核巨噬細胞、樹突狀細胞等。細胞表面CD4分子是HIV受體,通過HIV囊膜蛋白gp120與細胞膜上CD4結合後由gp41介導使毒穿入易感細胞內,造成細胞破壞。

gp120 是HIV 病毒的衣殼蛋白,由基因env 編碼,其分子量為120KD。在病毒侵入人體T 細胞的過程中發揮重要的作用,同時它還存在遊離態的形式,通過一種類似於超抗原作用的途徑,在體內非特異性地激活一些主要的免疫細胞,從而大大增強了HIV對人體的危害作用。

在HIV 侵入人體的過程中,表達在病毒表面的gp120 使HIV 病毒輕易地結合於特定的T 淋巴細胞上,然後通過病毒蛋白外殼與T 細胞膜的融合,從而達到浸染T 細胞的目的。此外,遊離于體內的gp120 通過其特殊的超抗原作用激活過量的T 細胞,並且刺激體內其他免疫細胞發生一系列反應,大大降低了人體的免疫功能。現在有關gp120 的研究正逐步深入,可以預見在不久的將來gp120 會成為AIDS 免疫治療中的靶分子。愛滋病病毒難以對付的原因有幾個。第一,愛滋病病毒是一種RNA病毒它會使用逆轉錄?把RNA整合到細胞的DNA中。在此之間,它有大量突變的機會。因此,病毒很快會對療法產生抵抗力。第二,通常認為的愛滋病病毒是T細胞的殺手的想法是不真實的。如果愛滋病病毒是殺手病毒的話,它很快就會死亡,因為沒有更多的時間感染新的感染者。通常,愛滋病病毒都會在人體存活數年,在病人不知情的情況下通過性行為或血液交換進行傳播。愛滋病病毒甚至在藥物殺死了血液中所有的細胞後仍能倖存。它把自己整合在寄主細胞的DNA中,保持數年的休眠狀態,免疫系統不會對其作出應答,因為它只是DNA片斷。當細胞分裂和複製的時候,病毒被一起複制。數年後,病毒會變得活躍起來,奪取對細胞的控制和開始複製。在近幾年,那種CD4+ T細胞是直接由於HIV感染而減少的觀念也受到質疑。愛滋病病毒的蛋白質糖衣受到病毒微粒的驅動,使得血液中充滿這些蛋白質,它會粘住CD4+ T細胞,把它們黏合在一起。另一方面,這些細胞被免疫系統識別,並引起免疫應答反應,使得免疫系統殺死自己的CD4+ T細胞。總之,愛滋病病毒就像一個游擊戰的恐怖主義分子,當被威脅時保持低調及尋找避難所,而一旦當它被免疫系統忽視就隨時在被傷害的地方反攻。醫學
傳播

愛滋病毒是透過交換體液來傳播的,特別是精液和血液。

最常見的傳染途徑是:進行陰道或肛門性交,共用沾污了的針筒,受病毒感染的母親傳播給嬰兒。

另外,亦有越來越多個案顯示,感染了病毒的母親可經餵母乳而把病毒傳給嬰兒。

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