我们与“ICU杀手”的斗争,正迎来新的希望

来源: 环球科学

发布日期: 2022-09-15 21:52:57

本文讲述了侯赛因·埃尔·凯尔德因免疫细胞缺乏重要酶而患上重症联合免疫缺陷病(SCID)的故事,以及医师科学家唐纳德·科恩通过基因疗法为“泡泡儿童”带来希望的历程。文章还探讨了免疫系统失调引发的严重疾病,如脓毒症,以及医师科学家在寻找治疗这些疾病方法中的重要作用。最后,文章提到了2022年“科学探索奖”医学科学领域的获奖者,强调了医师科学家在连接科研与临床中的桥梁作用。

当侯赛因·埃尔·凯尔德(Hussein El Kerdi)出生时,没有人想到,他的免疫细胞中缺乏一种重要的酶,而这将改变小侯赛因的命运。侯赛因患上的是重症联合免疫缺陷病(SCID),这是一类罕见遗传病的统称。患者的免疫系统完全无法发挥作用,最严重的时候,婴儿刚出生就要被放到无菌的塑料泡泡中与外界隔离——因此,患有这种疾病的儿童也会被称为“泡泡儿童”。

幸运的是,侯赛因不需要终生生活在“泡泡”里了。

在侯赛因6个月大的时候,他的家人带他从黎巴嫩千里迢迢赶到了12000千米外的洛杉矶。他们前来寻求美国加利福利亚大学洛杉矶分校内科医生、特聘教授唐纳德·科恩(Donald Kohn)的帮助。事实上,与其说科恩是位医生,不如说他是位医师科学家——科恩身为内科医生的同时,还是生命科学的研究者。正是在“医生”和“科学家”双重身份的不断转换间,科恩为无数“泡泡儿童”带来了正常生活的希望。

科恩与SCID的故事还要从1987年说起,当时科恩还在洛杉矶儿童医院实习,就开始进行造血干细胞研究。当时,对于SCID的标准疗法还是造血干细胞移植(骨髓移植),但是只有约20%的患者可以找到配型成功的捐献者,而即使配型成功,患者仍面临着发生排异反应的风险。而随着科学家对疾病的了解和医疗技术的发展,一种新的疗法——基因疗法开始出现。

一些研究人员尝试以γ-逆转录病毒为载体,搭载正常基因,在体外导入患者自身的造血干细胞和祖细胞中,再将其输回患者体内,以期表达出正常的目标产物。然而,进入临床试验后,这项疗法由于存在严重的副作用而止步。

而科恩选择了另一种病毒载体——慢病毒,这种载体具有更高的安全性和有效性。他和同事利用慢病毒载体,在患者的造血干细胞上添加正常的基因,来治疗SCID等与单基因突变相关的疾病。从2012-2017年,他们在欧洲、美国开展了3项临床试验,证实了这种基因疗法的效果:患者的总体存活率达到了100%,95%的患者不需要骨髓移植以及其他治疗。

在身为医师科学家的35年里,科恩一直致力于将研究中所解决的“为什么”,转化为临床治疗中的“怎么办”。在此期间,他还开发了其他单基因突变型疾病的基因疗法,也包括另一种致命的免疫缺陷——IPEX综合征(IPEX Syndrome)。目前,科恩的研究团队将小鼠和人修改后的造血干细胞注射到小鼠体内,证实在短期内,小鼠就能摆脱IPEX综合征的各种症状。

这些积极的成果,也让他们十分期待这种疗法在临床实验中的治疗效果。

免疫系统的困扰天然的免疫缺陷会带来严重的后果,幸运的是,我们绝大部分人都拥有一个健全的免疫系统。然而当入侵者过于厉害时,免疫系统就有可能会出错。而这会导致疾病更加严重,包括癌症、艾滋病、脓毒症(也称为败血症)以及各种慢性疾病。这些疾病对人类的健康有很大的威胁,而且相比于单基因突变引发的疾病,它们的致病机制会更加复杂。

面对这些病原体入侵后、免疫系统失调引发的严重疾病,有很多像科恩一样的医师科学家在努力寻找对策。在诸多免疫疾病中,被称为“ICU杀手”的脓毒症一直是全球最严重的感染致死性疾病,这是一种由真菌、细菌等病原体入侵机体引起的全身炎症反应综合征,失调的炎症反应不仅可以引起休克、器官损伤,还很容易导致死亡。

脓毒症危害极大,致病机制又非常复杂。或许正是因为医师科学家的特殊身份,他们最能开展以临床为导向的科学研究,也最能将科学研究成果输出到临床上。在寻找脓毒症治疗手段的历史中,我们能看到无数医师科学家的身影。

近年来,尽管抗感染治疗和器官功能支持技术取得了长足的进步,脓毒症的病死率仍高达30%~70%。但截至目前,我们仍然无法明确脓毒症的发病机制——脓毒症可以由任何部位的感染引起,其病原体除了细菌,还可以是真菌、病毒(包括SARS-CoV、新冠病毒),这也导致目前仍然没有特异性针对这种疾病的药物。

如今,很多医师科学家仍然在寻找攻克脓毒症的方法,他们既有扎实的研究基础,又能接触到临床一线,因此总能带来新的视角。美国梅奥诊所的医师科学家安德鲁·哈里森(Andrew Harrison)就长期专注于研究临床决策的计算机系统。通过回顾过去的指标,他优化了脓毒症自动检测的算法,并将其融合到梅奥诊所用于ICU病房的AWARE平台中。

临床研究显示,这款算法能够帮助更早发现脓毒症患者,辅助临床医生做出决策,更有效地进行治疗。

更多的研究者也在关注脓毒症的致病机制。在这一方向上,湘雅第三医院的血液内科医师吕奔教授也更近了一步,他领导的研究团队一直在从事由内毒素(由革兰氏阴性菌产生)引发严重脓毒症的机制研究。

当脓毒症导致人体的凝血系统过度激活时,就会导致弥散性血管内凝血(disseminated intravascular coagulation,DIC),这是一种极其危险的情况,会威胁患者的生命。在研究中,他们发现1型干扰素会促使HMGB1分子释放到血液中,促进凝血反应,引发DIC。除此之外,当Caspase-11激活后,还会促发细胞焦亡,其从细胞内排除的物质,也会促进凝血反应。

近年来,吕奔团队发表了数篇论文,主要围绕内毒素和其细胞内的受体Caspase-11,发现抑制1型干扰素(IFNs)、TRIF的信号通路,以及鸟氨酸结合蛋白,能避免内毒素引发脓毒症、器官损伤,减少患者死亡。这些发现颠覆了国际学术界以往有关脓毒症的主流观点,其中关键的机制也为后续药物的开发提供了重要的靶点。

目前,吕奔等已经基于之前机理研究,发现化学修饰后的肝素和一种小分子FeTPPS能抑制HMGB1引发的后续反应,降低脓毒症的致死率。

科研与临床的桥梁吕奔正是2022年“科学探索奖”医学科学领域的5位获奖者之一。在获奖人中,中山大学孙逸仙纪念医院主任医师、研究员苏士成也和吕奔拥有相同的身份——医师科学家。作为主任医师,苏士成领导的研究团队也一直在从事乳腺癌的相关研究,改良乳腺癌精准手术,主持原创免疫治疗策略的临床试验,包括完成国际第一个乳腺癌假体重建联合局部免疫治疗的临床试验工作。

对于医师科学家的身份,苏士成是这样理解的:“生命科学解答‘为什么’,临床医学在此基础上还要回答‘怎么办’。医师科学家从事以临床为导向和目标的科学研究,服务广大患者的现实需求。‘科学探索奖’正是激励我们,将最原创的、‘从0到1’的科学发现,以临床为出口不断为人民服务。”无数秉持着这样初心的医师科学家,既是救死扶伤的医生,也是探索医学奥秘的研究者,他们自身就是一座桥梁,联通着生命科学研究和临床医学。

5位优秀医学科学领域获奖人的产生,充分体现出奖项的初衷。“科学探索奖”秘书处表示,新冠疫情的肆虐让所有人认识到,人类抗击疾病的每一个进步都离不开医学研究的突破和创新。奖项今年增设医学科学领域,正是为了鼓励青年学者针对疾病的本质和规律开展探索性研究,支持基础医学与临床医学的结合,培养真正具备研究能力,能解决临床迫切需求的医学领军人才。

今日,第四届“科学探索奖”获奖名单正式揭晓,50位青年科学家榜上有名,首位“90后”获奖人诞生,并评出首批医学科学领域获奖人。每位获奖人将在5年内获得总计300万元人民币奖金,并且可以自由支配奖金的使用。

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