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以史为鉴:也说新冠肺炎的血浆疗法

希望在前:血清、血浆是什么
 
昨夜西风凋碧树,独上高楼,望尽天涯路——新型冠状病毒是自限性的,多数患者可以不经过治疗而恢复;但是对于那些很不幸运的危重症患者,希望、出路在哪里呢?
 
遥远不期的疫苗,神奇莫测的中药,等你等到我心痛的抗病毒药物和老药新用,俯身甘为孺子牛的支持疗法……金银潭医院张定宇院长的血浆捐助求援无疑给全国人民带来新的希望,新的期盼,举国振奋!
 
血浆(清)是什么,是真的“中国好声音”,还是又一个“狼来了”?血清治疗前景如何,如何发挥作用,有什么潜在不确定性,甚至风险吗?
 
了解血清/浆疗法的应该不多,但听说过免疫球蛋白可能就非常多了:原发和继发性免疫病患者、肿瘤病人,重症感染,老年人或免疫力较低的人在疾病流行或者高发时(比如流感季节)肌肉注射或者静脉输注人免疫球蛋白,以增强对感染和疾病的抵抗力。
那么大名鼎鼎的免疫球蛋白究竟是什么,与血清/浆治疗又有什么关系呢?
 
人免疫球蛋白是从健康献血人员血浆里分离,经浓缩、纯化和灭活处理等工序制备,富含抗病毒、细菌或其他病原体的抗体。免疫球蛋白源自Immunoglobulin protein的直译,是一类结构类似于抗体的免疫球蛋白的总称,是化学、结构概念。免疫球蛋白的功能主体就是抗体,抗体(anti-body)就是免疫球蛋白,是功能概念;
 
血清/浆治疗是用患者康复或者恢复期的血清/浆对其他患者进行治疗。那什么是血清、血浆,二者有实质性区别吗?
 
血清是血液凝固时析出的淡黄色、透明液体。血浆是血液经抗凝处理,离心去除细胞等沉淀后的液体,是不含血细胞的血液;血清本质是去除纤维蛋白原及某些凝血因子的血浆。
 
血清/浆富含各种抗体,同免疫球蛋白治疗类似,血清/浆治疗本质上也是抗体治疗。不过血清/浆成分要比免疫球蛋白更复杂,含有许多其他非免疫球蛋白、生长因子和营养成分,在研究和临床上有着广泛应用价值,如临床输血,实验室培养细胞等。
 
光辉之路:血清治疗发展简史
 
大江东去,浪淘尽,千古风流人物——血清治疗有着悠久的历史,要早于我们知道抗体和免疫球蛋白的存在。最早的血清治疗尝试可以追溯到130多年前,19世纪80年代末、90年代初:1888年11月法国科学家查理·里歇特(Charles Richet)发现感染过的动物血液可以用来抵抗相同病原体(细菌、病毒等)的感染;
1890年,来自著名德国微生物家罗伯特.科赫(Robert Koch:诺贝尔获奖者,历史上最杰出的微生物学家之一,炭疽、结核和霍乱菌的发现者,病原学鉴定科赫法则奠基人)实验室的德国科学家埃米尔·冯·贝林(Emil Von Behring)与大学时代的朋友Erich Wernicke 一起发明了抗白喉的血清疗法,与日本科学家北里柴三郎(Kitasato Shibasaburo)一起发明抗破伤风的血清疗法:
 
通过多次给动物注射少量白喉或者破伤风杆菌,动物能够产生抵抗白喉或者破伤风的抗毒素,分离动物血清并注射给其他动物,会使其获得对白喉或者破伤风的免疫力。
 
 
这些工作是现代被动免疫治疗的原始态,标志着人类从此可以用免疫治疗来预防和治疗传染病,为现代医学开创了一条全新的异常漫长、曲折但伟大、光辉的道路。
 
1891年,埃米尔·冯·林成功完成第一例白喉感染的孩子的血清治疗。同年,威廉姆.克里尝试并通过注射活的化脓链球菌成功治愈意大利人Zola的肉瘤;随后,用类似的方法治好了十几名肿瘤患者。
 
 
19世纪90年代,德国每年有近5万孩子死于白喉感染,埃米尔·冯·贝林血清疗法的成功,拯救和改变许多孩子和家庭的命运;埃米尔·冯·贝林还把抗破伤风的血清疗法广泛应用到了畜牧业。
 
第一次世界大战中,又成功应用到德国士兵身上,被誉为“德国士兵的救世主/ Saviour of the German Soldiers”,授予普鲁士铁十字勋章/ Prussian Iron Cross medal。1901年,埃米尔·冯·贝林作为血清治疗之父独享诺贝尔生理/医学奖。
 
忽如一夜春风来,千树万树梨花开——免疫和血清疗法就这样开始被应用到诸多疾病的防治中,惠及的不仅仅是感染性疾病,还有其他各种疾病,比如蛇毒。
 
几乎在血清疗法发明的同时,伟大的法国化学家、微生物学家路易斯.巴斯德(Louis Pasteur)的学生阿尔伯特·卡迈特(Albert Calmette)开始在越南研究如何用血清治疗蛇毒:
 
通过每隔8到10天给兔子注射弱化蛇毒液并逐渐提高注射的蛇毒剂量,卡迈特发现兔子对蛇毒产生了抗性;不仅如此,注射实验兔子血液的其他动物同样获得了对蛇毒的抗性,开创了抗蛇毒血清治疗的历史,改变了无数人的命运。
至今,血清治疗仍然是抗蛇毒的重要手段,抗蛇毒血清已经发展到第三代,毒蛇咬伤的死亡率,已经从1/4降到了1/100以下,取得了巨大的成功。
 
滚滚商业大潮,福兮祸所伏——抗蛇毒血清不挣钱,就如同不少救命的物美价廉的优质药品一样,愿意生产厂家越来越少,成为商业社会和医疗卫生管理的悖论与挑战。
 
 
溯洄从之,道阻且长;溯游从之,宛在水中央——血清里究竟有什么,如此神奇、神秘,有着如此强大的治愈效果呢?
 
尽管这些前现代生物学和医学的先驱们当时并不知道,但是我们今天已经知道血清里并没有什么神奇神秘的东西。正如免疫球蛋白治疗一样,主要是抗体在发挥着作用;只是免疫球蛋白利用的是广谱的抗体免疫作用,而血清治疗是利用针对相应病原体(比如新型冠状病毒)的特异性抗体的作用。
 
不论是血清治疗还是免疫球蛋白治疗,都是被动免疫治疗,借助外来免疫力抵抗和治疗疾病的被动保护;这个与癌症的过继性免疫治疗(包括近些年尽人皆知的CART细胞治疗)具有异曲同工之妙,都是一种被动保护的作用。
 
这种被动免疫保护的功能本质与疫苗接种免疫保护一样或者类似,只不过疫苗接种是主动保护方式,病原刺激机体产生抗体和免疫,获得抵御、阻止感染和疾病进展的能力,通常能够持续较长的时间,几个月、几年甚至几十年。
 
血清、免疫球蛋白治疗则是通过输注血清和补充抗体,利用他人血清中的病原特异性抗体获得抵抗该病原感染和疾病进展的能力,是一过性的,人体内仅能存在3~4周;但是它见效快,因此在蛇毒、狂犬病、乙肝和破伤风等的紧急治疗中经常使用。
 
以史为鉴:血清治疗局限性与现状
 
读到此处,或许你已经在想:血清疗法如此科学、神奇、强大有效,那理应是本次新冠病毒疫情的福音…但是,如果血清治疗果真如此神奇强大,为什么会姗姗来迟,不更早更快更及时的提上日程,应用到疫情防控和疾病治疗上呢?
 
事实究竟如何,真相到底是什么?
 
或许有人会说:因为这是个新发病原,完全不了解,没有康复和恢复期的病人的血清,因此无法更早更快开展。即便有,感染人群或需要保护的人数太大了,没有足够康复病人血清可以用,因此现在开始号召血浆捐赠。
 
事实也的确部分如此,迄今确定的康复患者还比较少,而一个捐献者的200-300毫升的血浆,如果合格,潜在的也只能治疗2-3个患者。
 
尽管应急时期没有选择的情况下,血清治疗可能是最靠谱的选择之一。但是作为专业人员我们都深知血清治疗既不会那么简单易行、也不是那么神奇高效。如果真的那么简单易行、神奇高效,血清治疗早应该成为现代医学和卫生防疫的明星,之所以没有,背后有着复杂而深刻的原因。
 
以史为鉴,可以知兴替——尽管有着深刻、扎实的科学基础,历史上血清治疗也给人类疾病防治做出重大的贡献,改变了无数人和家庭的命运。但是自诞生以来,这种前现代医学的方法在实践中远非一帆风顺,充满意外、不测,一路荆棘,一路萧杀。
 
不论是血清治疗之父埃米尔·冯·贝林,还是蛇毒抗血清之父卡迈特,肿瘤免疫之父威廉姆·克里都经历了痛苦的失败。埃米尔·冯·贝林血清治疗白喉的尝试历经多年,开始几年是失败、失败,再失败,直到他们意识到并成功解决血清中抗体浓度过低导致疗效低和不稳定等问题。
 
而在一战中,血清用于治疗德国士兵破伤风的效果则更加不可控,遭受重大挫败,直到后来改变策略,预防性的应用血清来阻止感染和疾病发生,而不是治疗疾病时,才获得巨大成功。
 
法国科学家查理·里歇特遭遇的则不单单是失败,而且还发现有的动物/病人不仅没有获益,而且导致伤害,甚至死亡;卡迈特和威廉姆·克里的治疗也都导致过死亡。
 
进一步研究发现有些受者对血清高度敏感,血清治疗不仅没有发挥治疗作用,反而成为致敏原,引起过度反应,查理·里歇特把这一现象命名为过敏反应(anaphylaxis);由于在过敏反应系统开创性贡献,查理·里歇特独享了1913年诺贝尔生理/医学奖。
 
历经百余年实践积累和科学探索,我们现在知道血清治疗是个异常复杂的过程,很难准确预测:不同的供体(献血者)血清,不同受体(受血者),不同感染性疾病,疾病进程的不同阶段,疾病临床症状的轻重,结果可能会有天壤之别,就像我们不同人对抗生素、花粉的敏感度,可能完全不一样,有人没有问题,有人可能过敏致死。
 
对于某些疾病,比如前面的提到的白喉和破伤风,特别是蛇毒,血清治疗相当成功:简单而言这些疾病主要是由于毒素引起;只要有结合并阻止这些毒素发挥损伤功能的抗体(中和性抗体),就可以有效防控和治疗疾病,因此相对比较简单直接。
 
但是更多地感染性疾病并非如此,比如新型冠状病毒,快速增殖复制的病原体,与机体发生非常复杂而动态的互动,血清治疗不再是简单的抗体中和毒素的问题;而且在感染不同阶段进行干预,难度也大大不同。一般而言,预防性应用血清去阻止感染,相对于感染后的治疗而言,会容易很多。
 
作为佐证,不少紧急重大疫情中,比如非典、埃博拉病毒爆发,都有血清治疗的身影,但整体而言对疫情防控和患者治疗都未有全局性的影响,整体效果并不理想。
 
披荆斩棘:新冠病毒肺炎血清治疗的挑战
 
路漫漫其修远兮,吾将上下而求索——现在聚焦到本次新型冠状病毒,理性直面疫情:
 
首要的是血浆里是否有合适的、足够效价(可以理解为疗效)的中和抗体;与我们的美好愿望不一致的是,并不是每个康复期病人都会有高效价的可以用于有效中和清除病毒,获得好的治疗效果的血浆;
 
不仅如此,我们希望的中和性抗体只占血浆成分很小、很小一部分,血浆里含有大量其他成分,如非中性抗体,各种免疫、生长因子和各种蛋白,尤其富含纤维蛋白原。
 
异体血浆蛋白可能成为过敏原,引起过敏反应(就像抗生素、花粉、海鲜过敏一样),导致损伤、病情进展,甚至死亡。
 
非中和性抗体可以通过介导巨噬细胞对病毒的吞噬而清除病毒,也可能导致抗体介导的增强效应(ADE)。在登革热、艾滋病病毒感染都已经发现ADE效应,与新型冠状病毒接近的非典病毒SRAS病毒研究也提示ADE发生的可能。
 
以ADE方式进入吞噬细胞并逃逸了免疫清除和溶酶体降解的病毒,在巨噬细胞中大量扩增后,引起巨噬细胞的强烈激活、释放大量的细胞和炎症因子,诱发细胞因子/炎症风暴。基于非典SARS等研究和目前新冠肺炎临床状况,炎症风暴可能是导致新型冠状病毒重症肺炎和死亡的关键原因之一。
 
(巨噬细胞是机体免疫防疫系统的重要一员,属于白细胞的一种,能够吞噬并处理大型异物比如病原体、细胞排泄出的老旧废物,在免疫,炎症反应等过程中至关重要)
 
ADE的发生与疾病发展阶段、个体状况等息息相关,非中和性抗体早期可能通过介导病毒吞噬清除发挥积极作用,中后期可能通过ADE作用加剧病毒感染,疾病进程,引起炎症风暴,迅速导致大范围肺损伤甚至死亡。
 
捐助的血液里面还可能含有其他致病菌、病毒等。尽管血浆都经过严格筛选和检查,但由于检测方法学不能完全解决病原体血清学检测中的“窗口期”问题(即从感染发生到可以被检测的时间),尽管工艺中有严格的灭活处理步骤,也仍然无法完全排除传染致病因子的可能。
 
像输血一样,血清治疗潜在地具有上述各种副作用,甚至引起死亡。不过,像输血一样,血清治疗和过敏等有着长期研究历史和临床实践经验,潜在毒副作用有相应的临床处理预案,总体而言风险比较可控。
 
值得特别提出的是,已有的信息提示,前期数据初步印证血浆治疗的潜在有效性,我们应该保持谨慎的乐观。
 
未来可期:抗体药物发展简史
 
沉舟侧畔千帆过,病树前头万木春——在前现代医学时代,生命悬于一线之时,对于不少烈性疾病,没有其他选择之时,血清治疗是不得已而为之的最好,更确切地说是唯一选择。但是,在很大程度上,除了蛇毒等少数,现代医学已经逐渐摒弃了这种疗效和可控性比较差,有一定风险性的传统血清免疫治疗方式。
随着免疫学发展,人们认识到血清治疗本质是抗体治疗,血清治疗也逐渐被抗体药物所取代。
 
自从1897年Paul Ehrlich 提出治疗性抗体药物概念的雏形“魔术子弹” ( magic bullet) 至今,抗体研究和抗体药物的发展历经百余年。
1963年,Edelman与Rodney Robert Porter提出抗体分子模型:2条重链和2条轻链组成“Y”型对称结构;抗体识别抗原的特异性结合位点位于“Y”型结构的顶端;1969年,Edelman又同Porter一起完成了抗体序列测定,随后提出更加精细抗体分子结构和抗体可变区,但是仍然无法解释抗体的多样性。1972年他们二人分享了诺贝尔生理学或医学奖。
 
1976年日本科学家利根川进 (Tonegawa Susumu) 提出抗体基因通过重组超突变编码解释抗体多样性产生的分子生物学基础。1987年,利根川进由于抗体多样性的突破性研究独享了诺贝尔生理学或医学奖。
 
 
在利根川进解决抗体多样性的前一年,即1975年,英国科学家Milstein和法国科学家Kohler将鼠源的B淋巴细胞同肿瘤细胞融合形成杂交瘤细胞,第一代单克隆抗体(monoclonal antibody, MAb)就此诞生:特异性高,性质均一,易于大量生产。他们也因此与Niels K.Jerne共同分享了1984诺贝尔生理学或者医学奖。
20世纪80年代Morrison等人通过基因工程方法将鼠单抗可变区与人抗体IgG恒定区在基因水平上连接在一起,构建了第一代人-鼠嵌合抗体,缓和了抗体抗原性的问题。
 
80-90年代全人源化抗体出现,进一步规避了鼠源性单抗的种种缺点,成为临床治疗的理想抗体,主要通过抗体库技术以及转基因小鼠技术等方法生产。而抗体片段化、单链抗体、纳米抗体、双特异性抗体分子的进展都在推进着现代抗体药物的发展。
 
长风破浪会有时,直挂云帆济沧海——从早期血清治疗,到从血清中提取纯化抗体和杂交瘤表达到如今的基因工程改造和表达等;90年代的中国盛行一时的,不少都是血清制品,狂犬病毒抗体和乙肝治疗抗体都是那个年代的明星产品,这次参与血清治疗的国药集团武汉血液制品有限公司及武汉生物制品所都是当年的重要参与者,笔者武汉大学病毒学系的多个师兄师姐都曾经在那里战斗过。
从起始的拯救白喉孩子们,破伤风和蛇毒的农夫,到如今改变许多皮肤病、衰老退行性疾病、自身免疫病和癌症的治疗窘境,百年来血清治疗和抗体药物历经千难万阻,上下求索,到PD1抗体免疫治疗,抗体治疗已经成为人类战胜病魔最重要,最不可或缺的武器之一。
 
 
疫情无情,未来可期:武汉加油,中国加油!
 
在本次疫情防控中也已经出现了抗体药物的身影,不论是PD1抗体尝试解决病毒感染早期的免疫抑制提高免疫抵抗,还是IL6抗体意图阻止感染后期的细胞因子炎症风暴。
 
疫情当前,危重症患者无药可治的紧急关头,回归传统的血清治疗方式或许有些无奈,有点沉重……
 
血浆治疗的同时,应该尽快利用现代科学技术,从恢复期和康复病人血液里筛选出合适的、高亲和力抗体克隆,通过测序解析其序列;借助基因工程和体外表达技术等完成全人源化治疗性抗体的制备。
那时我们就有了更好应对新冠病毒感染的能力和策略。据笔者所知,已经有多个公司和实验室正在着手开展这方面的工作;相关疫苗的研发也在进展中;
 
疫情无情,未来可期——只要我们能够同舟共济,同心协力,相信自己,相信科学,严谨务实,决胜新冠!武汉加油,湖北加油,中国加油!!!
本文经授权转载自微信公众号“深度观察者”。



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