这种疾病强迫人类进化，曾经摧毁罗马帝国，中国用了70年战胜它

2021年年中，中国获得了世界卫生组织（WHO）给予的无疟疾认证。生活在今天的中国，年轻人很难把疟疾和死亡联系到一起。“疟疾”这种疾病最近几年被大肆报道还是在2015年，由于在研制青蒿素等抗疟疾药方面的卓越贡献，中国科学家屠呦呦与威廉·C·坎贝尔、大村智一同荣获该年度诺贝尔生理学或医学奖。

2015年诺贝尔生理学或医学奖｜nobelprize.org

一纸“无疟疾认证”看起来轻描淡写，中国却用了大半个世纪才取得如此成就。在1940年代，中国每年报告3000万例疟疾；2020年，在连续4年报告零本地病例后（要求只需要3年），中国正式申请WHO的无疟疾认证。这是三十多年来西太平洋地区第一个获得此认证的国家，此前，该区域取得这一地位的国家仅有3个：澳大利亚（1981年）、新加坡（1982年）和文莱达鲁萨兰国（1987年），由此可见该认证的分量。

然而，疟疾在低收入国家的情况却不乐观。根据WHO在2020年发布的数据，低收入国家10大死因中，有6个是传染病，其中疟疾排在第6位，位于结核病（第8位）和艾滋病（第9位）之前。同样来自WHO的报告，2020年，全球有2.41亿疟疾病例，死亡62.7万人，非洲地区疟疾病例数占全球的95%，死亡人数占96%，死亡病例中，有80%是5岁以下的儿童。

低收入国家10大死因｜WHO官网

消灭疟疾是现实的吗？

WHO总干事谭德塞在向中国道贺中，给出了肯定答案。“这一来之不易的成功是数十年依赖专注目标与持续行动的结果”，“中国和越来越多的国家证明，没有疟疾的未来，是完全可能的”。

但如此同时，现实情况依然严峻。WHO在2020年报告中强调了非洲国家的抗疟行动有陷入停滞的倾向。另一方面，中国虽已实现“天下无疟”，但依然面临来自东南亚国家的输入性疟疾感染风险。

疟疾究竟是一种什么病？消除疟疾的难点在哪里？

疟疾并不是由病毒或者真菌感染引起的，而是一种寄生虫传染病。疟原虫通过感染雌性疟蚊（又称为按蚊，是蚊科的一属）来传播。疟原虫会在疟蚊叮咬时，从蚊子的唾液进入人的血液，进而移动至肝脏发育成熟和繁殖。由于肝脏没有痛觉神经，人是无法自己察觉肝脏异样的。

讨厌的蚊子还会传播疟疾｜Wikimedia Commons

疟原虫作为一种寄生虫，出现于5-10万年前。虽然它是一种单细胞生物，但在自然选择下，它通过疟蚊感染人的过程却十分“聪明”。在《寄生大脑：病毒、细菌、寄生虫如何影响人类行为与社会》（This Is Your Brain On Parasites: How Tiny Creatures Manipulate Our Behavior and Shape Society by Kathleen McAuliffe）一书中，作者凯瑟琳·麦考利夫详细描绘了这一过程。

疟原虫的孢子体丨Wikimedia Commons, Ute Frevert & Margaret Shear / CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

中间宿主疟蚊一旦被疟原虫感染，食欲就会大大降低。此时疟原虫在疟蚊肠道内快速繁殖，需要一个安全的环境。假如此时蚊子到处吸血，那被人打死的概率就会大大增加，对疟原虫的传播实在没有好处。而十余天过后，等到疟原虫幼虫成长到传染力较强的阶段，它又能让疟蚊食欲大增，从而到处吸血，感染更多的人。它是如何做到的呢？疟原虫侵入疟蚊的唾液腺，阻断了抗凝血物质的分泌。缺少了抗凝血物质，蚊子每次吸血，“针管”很快就会被血小板堵住。蚊子吃不饱，就要去叮咬更多的人，由此造成大范围传播。

更吓人的是，当疟原虫进入宿主（人）的循环系统后，又会干扰人体制造血小板的能力。这会导致凝血困难、血液流动速度加快。当该宿主被蚊子或者其他带有“针筒”的昆虫叮咬时，可以尽可能多的吸食被疟原虫感染的血液，继续传播给下一个人。

由于疟疾存在时间之长和其高致死率，它造成了人类近代史上最大的演化压力。一些对人类有害的突变基因被筛选了出来，纵然这些突变弱化了人类的生存能力，但却有一个难以替代的好处：抵抗疟疾。

比如镰刀型红血球疾病（SCD）。

正常红细胞中的红血球（上）和镰刀型红血球（下）的对比 | Public domain

正常红细胞形如圆盘，中间下凹，呈圆饼状，而SCD患者的红细胞呈现镰刀状。这种疾病会导致红细胞运送氧气能力下降、贫血，甚至该红血球还会阻塞毛细血管引发局部缺血而导致器官受损。

脆弱的镰刀形红细胞同样无法承载疟原虫的繁殖。正常情况下，疟原虫在人体肝脏内增殖，随后进入血液对红细胞展开攻击，并从红细胞中喷涌而出，使患者出现发烧等症状。而镰刀形红细太过脆弱以至于没等疟原虫成功繁殖就自动破裂，导致繁殖失败。这在统计学上反而降低了疟疾患病率。

因此，SCD的后代反而更容易在疟疾肆虐的非洲、印度和地中海地区生存下来。《自然》杂志在2021年8月发布的一篇文章显示，在撒哈拉以南的非洲，高达45%的人是SCD突变基因的携带者。

说起来有一些讽刺，这种并不适应环境的突变，却由于其带来的优势（抵抗疟疾）的补偿，顽强并广泛的存在了下来。

2016年，一篇发表在《当代生物学》（Current Biology）上的文章把疟疾与罗马帝国的衰落联系到了一起。在古希腊和罗马，有大量的书面记载，描述了一种听起来像是疟疾的疾病。疟疾是否是导致罗马帝国衰落的因素之一，这是一个颇具争议性的话题。而这篇科学论文找到了直接的证据。科研人员在三个意大利墓地内尸体的牙齿上，找到了关于疟疾的线粒体基因组证据。进化遗传学家亨德里克·波纳尔（Hendrik Poinar）对《连线》杂志（WIRED）说，“疟疾可能是一种重要的历史病原体，它在罗马造成了广泛的死亡”。

罗马遗迹代表曾经的辉煌也隐含着疟疾的故事｜图虫创意

无独有偶，在中国同样发生过疟疾改变历史进程的事件。公元1693年，中国历史上最负盛名的皇帝之一——康熙大帝染上了“恶性热病”，据猜测极有可能是疟疾。尝试了各种疗法均不见效，已经到了病危的程度。法国神父洪若翰（Jean de Fontaney）进献金鸡纳霜治愈了康熙的疾病（1820年金鸡纳霜才从金鸡纳树树皮中萃取出来，康熙服用的应当是树皮磨成的粉）。

康熙大帝的命被救回来了，故事却并没有因此结束。

公元1712年，曹雪芹的祖父，时任江宁织造曹寅患疟疾，无药可治，遂向康熙求金鸡纳霜。可惜等康熙派去送药的驿卒赶到时，曹寅已经不治身亡。曹寅与康熙关系非同一般，康熙六次难寻，五次以织造衙门为行在（办公地），四次由曹寅负责接待。曹寅死后，曹家迅速败落，16年后被雍正皇帝（康熙之子）抄家。

而目睹了家族由盛而衰的曹雪芹却因此写出了传世巨著《红楼梦》。

今天，疟疾已经不再是一种不治之症。在临床上，非重症疟疾可以用口服药物治疗，治疗恶性疟疾最有效的方法是青蒿素联合疗法，简称ACT。所谓“青蒿素联合疗法”，就是将青蒿素和另一种非青蒿素类疗法联合使用。为什么要这么做？这是因为青蒿素的作用方式与传统的抗疟药截然不同，这使得它在治疗耐药性感染方面特别有效。为了防止对青蒿素出现耐药性，所以才采取这种“联合”。

白色的粉末即为青蒿素丨图虫创意

在目前主流的ACT疗法中，有青蒿琥酯（Artesunate）-甲氟喹（mefloquine），其已经成为泰国地区的一线治疗方案；双氢青蒿素（Artemether）-哌喹（lumefantrine），被世卫组织推荐用于无并发症的恶性疟疾；青蒿琥酯（artesunate）- Shin Poong的吡萘啶（Pyronaridine），已经在中国注册使用。

但不论是何种ACT疗法，其核心都是化合物青蒿素。因此，包括屠呦呦在内的中国科学家对青蒿素的发掘与研究，衍生出了一系列疟疾疗法（ACT），这大大加速了全球抗击疟疾的进程。

但完全依赖ACT并不能帮助我们战胜疟疾，因为在疟疾传播的过程中，有一个阶段极为隐秘、难以察觉，并且很少有药物直接针对这一传播阶段。如今，默克医药（Merck Group）的一项新技术可以从根本上扭转这一局面。自2015年以来，默克的全球健康研究院一直致力于疟疾防治工作，帮助研发和提供旨在预防、诊断、控制和消除疟疾的创新药物和技术。我们或许已经看到了彻底消灭疟疾的曙光。

一般来说，根除一种传染病需要在几个阶段同时发力。针对疟疾而言，预防、诊断、治疗，缺一不可。在2020年爆发的全球新冠疫情证明了通过预防措施阻止传染病的重要性——战胜疟疾，需要采取更全面的方法，并且以预防为中心。

但在疟疾预防这张地图上，有一块盲区，扫除这块盲区对根除疟疾至关重要。

疟疾的感染过程是人被疟蚊叮咬后，寄生虫迅速进入肝脏并繁殖，产生数千个所谓的“裂殖子”释放进入血液，再入侵红细胞，破裂，再释放裂殖子，如此循环。正如前文所提到的，只有当裂殖子释放到血液中，人才会表现出症状，在肝脏繁殖阶段，人是“无症状感染者”。

既然无症状，也就不会主动就医，难以被发现。等出现疟疾症状时，宿主（人）已经具备了传播给蚊子、再传播人其他人的能力。根据美国杜克大学（Duke University）提供的数据，在撒哈拉以南的疟疾重灾区，有24%的人是无症状感染者。这大大增加了传播疟疾的风险。

默克全球创新开放与药物研发中心负责人（Head of Global Health Open Innovation & Drug Discovery）斯潘根贝格（Spangenberg）表示：“无症状感染者是疟疾的储蓄宿主。要彻底消除该疾病，就需要针对整个人群进行治疗，包括从最年轻的到最年长的，以根除隐藏在视线之外的寄生虫。”

结论很明显，如果要彻底消除疟疾，必须要研发针对无症状阶段，即肝脏阶段的药物。这种药物可以阻止疟原虫进入血液，还会阻止人传播给蚊子，从而中断恶性循环。

“从一开始就消灭疟疾”，这是一个不难明白的道理，问题在于，为何极少有针对感染初期阶段的药物？

“工欲善其事，必先利其器”。瓶颈在于，缺少识别安全有效的潜在新药的工具。

在药物研发的早期阶段，研究人员需要在实验室培养皿的细胞内进行实验。但是，斯潘根贝格解释说：“恶性疟原虫的子孢子大约需要经过七天才能在肝脏细胞中发育成熟，事实证明，要在实验室的培养皿中重现这一感染阶段是非常具有挑战性的。” 通俗的说，在体外模拟体内肝脏细胞环境十分困难。

展开来讲，科学家目前主要是在塑料盘中培养单层生长的肝细胞，这是一种二维（2D）体外培养。但这种模拟的环境，并不代表细胞在人体内生存的3D环境，二者是有差别的。这也就意味着目前的模拟水平难以还原肝脏感染阶段的环境，这导致识别开发新药上效率低下。

二维（2D）体外培养细胞｜图虫创意

默克医药（Merck）有望改变这一现状。默克与位于葡萄牙里斯本的实验与技术生物学研究所（Instituto de Biologia Experimental e Technológica）和分子医学研究所（Institute of Molecular Medicine）的学术研究人员合作，开发了一种基于 3D 细胞的新型平台，用于发现和分析针对疟原虫感染肝脏阶段。

其作用原理是，“在搅拌式细胞培养罐中培养人类肝脏细胞系，能够促使他们聚集为小的 3D细胞球，称为球状体。这些细胞至少可以在培养基中存活一个月，并且能够再现肝脏结构和功能的特征。我们证明了用疟原虫感染这些‘迷你肝脏’会产生可以感染红细胞的裂殖子。”

换言之，这个培养系统构建了一个更加准确的疟疾感染的肝脏阶段模型，以用于识别和研究有助于预防该疾病的新化合物。此外，这项新技术还提供了一种可行的无动物替代方案，有助于默克实现在所有研究中逐步停止使用实验动物这一长期目标。

这个3D细胞平台效果如何，它能否真正还原肝脏细胞的生存环境？默克医药使用本公司正在开发的抗疟药物进行了测试。该研究药物以恶性疟原虫翻译真核延伸因子 2 (eEF2：一种在蛋白质合成中起重要作用的酶) 为靶点。该药物针对恶性疟原虫翻译真核延伸因子2（eEF2），这是一种在蛋白质合成中起重要作用的酶。由于它对寄生虫生命周期的几个阶段均起到重要作用，因此成为了潜在的治疗和预防药物。

通过在3D细胞平台上进行实验，结果显示，在体外清除肝细胞中的感染所需的浓度与在小鼠体内进行清除所需的剂量相似。这种“数据上的相似”表明3D细胞平台能够充分模拟小鼠肝脏细胞环境。而且，通过细胞平台获得的浓度数据，可以预测在一期临床研究中观察到的预防剂量。在第一阶段的测试中，3D 模型预测的剂量为被疟原虫子孢子感染的健康志愿者提供了充足的保护。

在另一个实验中，同样取得了令人振奋的结果。

科学家通过该平台得到了两个关键数据：一是抗疟药物（化合物M5717）体外最低抑制浓度，二是清除伯氏疟原虫（肝脏阶段）的体内血浆浓度。这证明了该平台的转化潜力。

3D细胞模拟平台除了能够模拟肝细胞功能的关键特征，还可以作为用于药物筛选目的的中高通量平台。该技术提供了长期维护、培养基交换（medium culture exchange）、非破坏性和连续采样的可能性，能够检测各种培养条件和受感染的培养物，这些特点对转化医学目的（translational medicine purposes）非常有用。其加速了药物研发、鉴定、筛选的进程。

默克医药的全球健康研究院的全球疟疾项目负责人克劳德·奥夫雷（Claude Oeuvray）表示：“这（基于3D细胞平台的药物研发）可以加速我们对潜在的候选抗疟药的临床研发工作，我们目前正准备将其作为一种综合疗法进行第二阶段的研究，因为我们可以迅速确定人体有效剂量，并减少第一阶段中所需要的健康志愿者人数。重要的一点在于，这也减少了临床前阶段研究所需的动物数量。”

总结来说，3D细胞平台能够在3方面赋能药物研发：

第一， 加速针对明显未得到满足的医疗需求的药物研发；

第二， 缩短此类化合物的研发时间；

第三， 减少此类研究所需的实验动物数量。

作为连接传统2D技术（培养皿）和动物模型之间的桥梁，该平台的出现是抗击疟疾的巨大进步。3D细胞平台更像是一种基础设施，它不是药物，但是加速了药物的研发进程，具有杠杆的作用。正如默克医药全球健康开放创新和药物发现负责人托马斯·斯潘根伯格（Thomas Spangenberg）所说，“我们可以更快的评估潜在药物，而且还减少了动物在研究中的使用”。

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封面图来源：图虫创意

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