诺奖得主谈艾滋病:事实、虚构及其未来
《诺奖得主解读引力波:宇宙的一扇新窗》 – 2017年诺贝尔物理学奖得主,巴里·巴里斯(Barry Barish)
和所有在 Frontiers for Young Minds 发表的文章一样,诺贝尔奖合集的作者们同样需要用孩子的语言对文章进行改写,随后由 8-15 岁的青少年审稿人出具审稿报告,通过后文章才可以发表,以确保文章易于理解并有趣。
诺贝尔奖得主合集系列将持续更新,旨在发展这一宝贵的教育资源,以激励年轻人,同时鼓励分析性思维和想象力的建立。
作者
徐达
玛雅蓝
艾滋病(AIDS)全称获得性免疫缺陷综合征,指的是当免疫系统被人免疫缺陷病毒(HIV)严重破坏时,人体出现的各种可能威胁生命的感染。它是一种全球性的流行病,仅在2020年就有近3800万人感染。艾滋病没有疫苗可以预防,也无法治愈,但如果得到恰当的治疗,患者可以存活很多年。不过,患者不仅要终身与这种侵袭性的慢性疾病共处,还经常受到多种形式的社会污名化和歧视。
在本文中,我将介绍什么是艾滋病,其病原体的发现历程,目前的治疗方法,以及如何减少未来患者的数量。我希望读完这篇文章后,你会在科学和社会两个层面理解应对HIV/AIDS的全球意义。
图1 HIV感染过程。(1)HIV附着在CD4免疫细胞上,然后进入细胞。(2)病毒遗传物质(黄色螺旋)与CD4细胞的DNA(蓝色)相结合,接管细胞的复制系统,以复制自身。(3)新的HIV病毒颗粒离开CD4细胞,进入血液,感染更多的CD4细胞。通过这种方式,HIV病毒继续增殖,分散到体内各处。随着时间的推移,HIV病毒最终会清除CD4细胞,身体识别和抵御多种感染的能力也随之下降。
人体自身无法清除HIV,并且目前没有有效的治愈方法。人一旦感染HIV,就会终身携带病毒。如果不加以治疗,身体中的免疫系统就将受到严重损害,以至于任何感染(如肺炎)都会变得危险和致命得多[2]。
艾滋病首个病例发现于20世纪80年代初[2],不久后就被宣布成为全球流行病。目前认为,人类最初在非洲通过接触非人灵长类动物(如黑猩猩和大猩猩)感染了HIV病毒,这种传播方式称为跨物种传播[3]。根据世界卫生组织统计,自艾滋病流行以来,有将近8000万人感染,其中约45%已经死亡。在2020年,HIV携带者共有3770万人,150万人为新感染者,68万人死于HIV相关的疾病。
艾滋病在全世界范围内都有发现,其中约三分之二(69%)的病例分布在非洲,约15.5%的病例在亚洲和太平洋地区,6%在北美和欧洲中部,5.5%在拉丁美洲,以及4%在东欧和中亚地区(图2)。
图2 2020年全球HIV携带者分布图(图片改编自UNAIDS 2021年流行病学估算数据)。
HIV有三种感染途径:无保护的性行为、接触感染者的血液(如通过输血)以及母婴传播[5]。
感染HIV后,病程有三个阶段(图3)。第一阶段称作急性感染期,发生在从最初感染后到身体产生免疫反应、开始产生HIV抗体这段时间。在这个阶段,HIV可在血液中检出[6],同时病毒快速复制并扩散至全身。一些人在急性感染期会出现流感样症状,如发烧、咽痛、肌肉酸痛、腹泻、皮疹和疲劳。这些症状通常在感染后2-4周出现。
第二阶段称为慢性感染期。病毒仍然活跃,但不产生任何可见的症状,因此这个阶段也称为无症状感染期。如果不加以治疗,无症状期可持续数年,但感染者在这一阶段仍然会传播病毒。而如果得到恰当的治疗,感染者可以将疾病控制在无症状期很多年。
HIV感染的最后一个阶段,也是最严重的阶段,称为获得性免疫缺陷综合征(即艾滋病)。这时候,病人的CD4细胞数量降低到极低水平,并且发展出其他相关的感染(机会性感染)。机会性感染多发生在免疫低下的人身上,如果不加以治疗,最终会导致死亡。
污名化和歧视不仅对HIV携带者和AIDS患者造成了负面的心理影响,也降低了预防和治疗策略的有效性,使减缓疾病传播更加困难。比如,污名化和歧视令HIV携带者更加不愿意告知性伴侣自己感染了病毒,也更可能参与不安全的性活动,这两者都增加了HIV传播的几率[9]。一些HIV/AIDS患者对接受治疗存在犹豫,因为他们害怕让别人知道自己在接受治疗[9]。此外,污名还使得HIV/AIDS患者缺乏支持网络[8]。
这些案例不过是HIV/AIDS污名对患者乃至全社会带来的负面影响的冰山一角。你们年轻一代是社会的未来,我相信通过向你们提供准确的信息对于消除污名非常重要。减少HIV/AIDS相关的污名,同时推动预防和治疗HIV/AIDS的科学和医学研究,可以帮助我们实现消除艾滋病的目标[11]。
当1981年艾滋病出现时,许多研究者都在寻找引发该疾病的病毒,但是他们缺了些运气。法国有一群医生知道我们是逆转录病毒领域的专家,就来到我们在巴黎的巴斯德研究所的实验室,提出了一个非常简单的问题——引发艾滋病的有没有可能是逆转录病毒,而不是普通病毒?
医生们猜想,当时唯一已知的人逆转录病毒,即人类嗜T淋巴细胞病毒(HTLV),可能是导致艾滋病的罪魁祸首。但是我们认为这个假说是错误的,因为HTLV实际上会导致血癌(即白血病),它们使细胞变得永生,不断复制,并在体内快速扩散。而生理学家在临床观察中发现,艾滋病人血液中的白细胞大量减少,这意味着HIV/AIDS与白血病不同,它使细胞死亡或减少复制。因此,HTLV不可能是引发艾滋病的元凶。
我们认为或许应该寻找另一种逆转录病毒,而故事就从这里开始。我们已知HIV攻击CD4免疫细胞,所以着手在这些细胞中寻找逆转录病毒。当时我们还知道如何检测细胞产生的逆转录病毒,方法就是寻找逆转录酶活动迹象。病毒利用逆转录酶根据RNA合成DNA,如果这种酶出现在细胞上清液中,就说明细胞产生了逆转录病毒。1983年1月,我们从艾滋病前期患者淋巴结活检样本中取得了T细胞,经过几天的培养后,终于在培养物中发现了逆转录酶活动。接下来,我们用电子显微镜观察逆转录病毒颗粒,证明它是一种新型逆转录病毒,并在之后将其命名为HIV(当时称为淋巴腺病相关病毒,简称LAV)[12]。
这个成功的故事说明了研究者和医生之间讨论交流的重要性。在我们的例子中,正是依靠医生们的观察,我们才能联手制定高效的策略,从而找到病毒。从确认疾病的症状、病因和侵袭方式,到建立最佳的预防和治疗策略,和医生交流在研究的每个阶段都很重要。
ART疗法使得艾滋病相关的死亡数显著降低,但绝对数量仍然很高。科学家认为,病例数量高的原因主要包括延误诊断(即确诊时免疫系统已经严重损坏),获得治疗的途径有限(特别是在发展中国家),一些感染者拒绝接受ART疗法,以及对于治疗的依从度低(即病人不遵从医学建议)[13, 14]。另外,终生的ART治疗有一些局限性,如可能会出现抗药性(意味着随着时间的推移,治疗的有效性会下降),药物副作用随时间累积,以及高昂的费用(对于那些资源有限的病人来说是一笔无法承受的经济负担)[15]。
除了全球广泛使用的ART疗法,还有一些新型疗法正在研发中,未来有望治愈HIV。一个有前景的方向叫做干细胞移植,将干细胞注入到病人体内,帮助他们重新生成免疫细胞。我相信我们仍然需要更多的科学研究,来找到可靠且广泛适用的治愈HIV/AIDS的方法,和研发预防HIV感染的疫苗。值得一提的是,除了集中精力寻找科学的解决方法,我们还必须尽力做出更大的改变[7]。通过向HIV/AIDS患者提供可靠的信息,以及对大众进行关于病毒的科普,我们最终会在全世界范围内成功控制它的流行,降低死亡率。
我还乐意分享我对于挑战的观点。我在科研生涯中最享受的是我所面对的挑战。挑战总会让你怀疑自己。在研究中,你永远无法保证你所采集数据的有效性,所以你必须要验证数据,重复实验,确保结果可以复现。另外,如果你获得的结果不符合预期,你可能需要改变研究策略,有时还要改变假设。我觉得从事科学就像和自己做游戏,你在其中不断地挑战自己,改变自己的想法。如果你选择科研道路,我建议你学会感激意外,因为这是科学发现过程中很自然的部分。另外,对于那些对生命科学和临床研究有兴趣的人,我要强调去接触医生和患者是很重要的,这样你不仅能接触到实验室工作,还能接触到现实世界的挑战。这是我研究HIV/AIDS生涯中的决定因素。
最后,对于所有未来的女科学家,我要以乐观的方式结束本文。当我在20世纪70年代开始科研事业时,女科学家的处境相比现在要艰难得多。作为一个女学生,我被告知没有机会获得巴斯德研究所的研究职位。最终,我在法国国家健康与医学研究院(INSERM)获得了一个职位,并在巴斯德研究所工作了大约40年,直到几年前退休。如今,巴斯德研究所有大约50位女教授,而我刚加入时只有5位。你可以从中看到过去50年的进步。但是,为了推进女性在科研领域的发展,还有很多事情需要做。作为女科学家,我们尤其需要互相支持,共同为实现科研领域的完全平等而努力。我相信在未来几年,我们在这个方向会看到更多积极的改变。
名词释义:
IMMUNE SYSTEM 免疫系统
保护身体抵御细菌、病毒等病原体攻击的系统。
PANDEMIC 流行病
当一种疾病传播范围超过一块大陆,感染者数量众多的时候,就称之为流行病。
OPPORTUNISTIC INFECTIONS 机会性感染
当HIV感染者免疫系统受损的时候,一些感染性疾病就会乘虚而入。这类感染通常是导致艾滋病患者死亡的原因。
DISCRIMINATION 歧视
基于人们所属的区别于主流的群体或类别,对其进行不公正的对待。
RETROVIRUS 逆转录病毒
通常的转录过程是利用DNA合成RNA,而这类病毒利用RNA合成DNA拷贝,并将其插入宿主细胞的DNA中,所以称为逆转录病毒。
REVERSE TRANSCRIPTASE 逆转录酶
逆转录病毒用于从RNA合成DNA的酶。通过检测细胞中的逆转录酶,可判断细胞是否受到了逆转录病毒的感染。
ANTIRETROVIRAL THERAPY 抗逆转录病毒疗法
治疗HIV感染的药物疗法,包含多种能够抑制HIV病毒复制能力的化学成分。
STEM CELLS 干细胞
未成熟的细胞,可分化为其他类型的细胞,如肌肉细胞、脑细胞、肝细胞等等。
翻译对照表:
Luc Montagnier 吕克·蒙塔尼
Institut Pasteur 巴斯德研究所
参考文献:
[2]Gottlieb, M. S., Schroff, R., Schanker, H. M., Weisman, J. D., Fan, P. T., Wolf, R. A., et al. 1981. Pneumocystis carinii pneumonia and mucosal candidiasis in previously healthy homosexual men: evidence of a new acquired cellular immunodeficiency. N. Engl. J. Med. 305:1425–31. doi: 10.1056/NEJM198112103052401
[3]Barré-Sinoussi, F., Ross, A. L., and Delfraissy, J. F. 2013. Past, present and future: 30 years of HIV research. Nat. Rev. Microbiol. 11:877–83. doi: 10.1038/nrmicro3132
[4]Baud, D., Qi, X., Nielsen-Saines, K., Musso, D., Pomar, L., and Favre, G. 2020. Real estimates of mortality following COVID-19 infection. Lancet Infect. Dis. 20:773. doi: 10.1016/S1473-3099(20)30195-X
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[6]Rubinstein, P. G., Aboulafia, D. M., and Zloza, A. 2014. Malignancies in HIV/AIDS: from epidemiology to therapeutic challenges. AIDS. 28:453–65. doi: 10.1097/QAD.0000000000000071
[7]Remien, R. H., Stirratt, M. J., Nguyen, N., Robbins, R. N., Pala, A. N., and Mellins, C. A. (2019). Mental health and HIV/AIDS: the need for an integrated response. AIDS. 33:1411–20. doi: 10.1097/QAD.0000000000002227
[8]Baingana, F., Thomas, R., and Comblain, C. 2005. HIV/AIDS and Mental Health. World Bank. Available online at: https://openknowledge.worldbank. org/handle/10986/13741
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[12]Barré-Sinoussi, F., Chermann, J. C., Rey, F., Nugeyre, M. T., Chamaret, S., Gruest, J., et al. 1983. Isolation of a T-lymphotropic retrovirus from a patient at risk for acquired immune deficiency syndrome (AIDS). Science.220:868–71. doi: 10.1126/science.6189183
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[14]Aldaz, P., Moreno-Iribas, C., Egüés, N., Irisarri, F., Floristan, Y., Sola-Boneta, J., et al. 2011. Mortality by causes in HIV-infected adults: comparison with the general population. BMC Public Health.11:300. doi: 10.1186/1471-2458-11-300
[15]Trono, D., Van Lint, C., Rouzioux, C., Verdin, E., Barré-Sinoussi, F., Chun, T. W., et al. 2010. HIV persistence and the prospect of long-term drug-free remissions for HIV-infected individuals. Science.329:174–80. doi: 10.1126/science.1191047
[16]Deeks, S. G., Lewin, S. R., Ross, A. L., Ananworanich, J., Benkirane, M., Cannon, P., et al. 2016. International AIDS Society global scientific strategy: towards an HIV cure 2016. Nat. Med. 22:839–50. doi: 10.1038/nm.4108
致谢:
感谢Noa Segev的采访和共同撰稿,感谢Sharon Amlani绘制插图。
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