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脊髓灰质炎:回顾百年斗争
//www.carolynpolk.com 2020年5月15日 科普时报
尽管人类在与不同病原体的斗争中取得了众多的成就,包括已经消灭了天花、即将消灭脊髓灰质炎,抗生素的发现和使用使我们不再对鼠疫等烈性传染病闻之色变。但是,各位亲历的SARS才刚刚离去17年,新冠疫情就于2019年年底卷土重来,并成为全球公共卫生事件,已造成超过400万人感染、20多万人失去生命。我们正在经历的新冠疫情再次警示我们,严重危害人类健康的传染性疾病从未真正走远。

传染性疾病是我们人类共同的敌人,我们人类唯有团结、勇敢面对,才有胜利的把握。近期,我们将和大家一起通过对历史上发生的世界性瘟疫起源、发生、危害、防控、救治等过程的科普,为今天的新冠疫情控制、为人类在未来与传染性疾病的搏"疫"中取得不断的胜利,作出我们应有的贡献。

人类对突发传染性疾病的了解是逐步加深的;病毒溯源是一个复杂的科学问题,非常困难;在应对疫情的过程中,全人类都是受害者;疫情无国界,需要全球合作才能取得胜利。

病毒揭秘
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脊髓灰质炎病毒(poliovirus,PV)是一种人类肠道病毒,可引起麻痹性脊髓灰质炎(poliomyelitis),即我们所熟知的小儿麻痹症。

脊髓灰质炎病毒是直径为22~30nm的球形颗粒,衣壳呈20面体立体对称,无包膜。衣壳蛋白由VP1、VP2、VP3和VP4组成。VP1为主要外露的衣壳蛋白,与受体有特殊亲和力,可诱导产生中和抗体。

衣壳内为病毒的遗传物质--病毒基因组,为单股正链RNA,长约7.4kb,其5'端共价结合小分子蛋白质Vpg(22~24个氨基酸组成),与病毒RNA合成和基因组装配有关。3'端带有polyA尾,可增强病毒的感染性。病毒与宿主细胞表面的受体CD155结合,并发生构象变化,可能通过内吞作用进入细胞,并释放病毒RNA。正链RNA可以直接被宿主细胞翻译成病毒蛋白。

脊髓灰质炎具有高度传染性,主要通过粪-口途径传播。在温带地区,夏秋季是脊髓灰质炎的主要流行季节,但在热带地区病毒传播的季节性并不明显。与其他肠道病毒一样,脊髓灰质炎病毒主要在口咽部(扁桃体)和肠道(集合淋巴结、肠道M细胞和肠系膜淋巴结)进行复制,很少入侵中枢神经系统。
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脊髓灰质炎病毒的复制速度非常快,在感染后6小时,细胞的溶解和死亡就可释放出多达10000个感染性病毒颗粒。当脊髓灰质炎病毒感染运动神经元时,其对细胞的快速破坏会导致急性弛缓性麻痹的突然发作。然而,并非所有被感染的儿童都会出现临床症状、导致小儿麻痹。

实际上,90%以上的脊髓灰质炎感染者仅表现为隐性感染;另有约5%的感染者仅出现发热、头痛、乏力、咽痛和呕吐等非特异性症状,可迅速恢复;1%~2%的感染者会产生非麻痹型脊髓灰质炎或无菌性脑膜炎,出现颈背强直、肌痉挛等症状。只有不到1%的感染者会产生暂时性肢体麻痹或永久性弛缓性肢体麻痹,以下肢麻痹多见;极少数病人会发展为延髓麻痹,导致呼吸功能、心脏功能衰竭而死亡。除了病毒学因素外,机体的免疫力强弱明显影响脊髓灰质炎病毒感染结局。所以说,张文宏教授提倡的多喝牛奶在感染性疾病的预防上还是有道理的。

抗争历史

, //www.carolynpolk.com3000多年前的一块古埃及石碑上(公元前1403年-公元前1365年)雕刻着一名手拄拐杖的年轻祭司,他的一条腿严重萎缩,这与脊髓灰质炎的典型症状非常相似。这可能提供了最早的关于脊髓灰质炎的记录,我们猜测早在几千年前,人类中就已经出现了脊髓灰质炎病例。

在我国古代中医书籍中也有对脊髓灰质炎临床表现的体现,最早的记载见于《黄帝内经》,如《素问·痿论》曰:“五脏有热,可使人病痿,盖炽热于内,形痿于外。”虽然人类对该病症的描述历史久远,但直到18世纪,英国内科医生迈克尔·安德伍德才首次科学地描述了该病的临床特征,并将其称为“下肢无力症”。1840年,德国医生雅各布·海涅首次对脊髓灰质炎的致病条件进行了系统研究。他留下了关于脊髓灰质炎的第一份医学检查报告,但是受限于当时的研究条件,未能近一步确定其病因。直到1908年,奥地利科学家卡尔·兰茨泰纳和欧文·波普尔通过实验分离并确认了脊髓灰质炎的病原体——脊髓灰质炎病毒,并阐明了其传染途径。

随着工业革命及城市化进程,人们的生活居住地越来越集中,脊髓灰质炎也呈现流行趋势,并在20世纪里频繁暴发。第一次得到系统记录的脊髓灰质炎疫情于1894年暴发于美国水獭谷地区。1916年,纽约暴发了第一次脊髓灰质炎的大流行,病例人数多达9000多,死亡2343例。而1952年的脊髓灰质炎大流行是迄今为止疫情最严重的一次,仅美国一地报告的病例就有57628例之多。
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我们知道,脊髓灰质炎的易感人群为儿童。但富兰克林·罗斯福,这位后来曾连任四届的第32任美国总统、在美国历史上熠熠生辉的人物,却于1921年8月在加拿大度假时突患脊髓灰质炎,成为极其罕见的成人患病的案例。某种意义上说,他的不幸却是万千儿童的大幸。在罗斯福总统的主导和号召下,美国国家小儿麻痹症基金会正式成立,基金会的募资全部用于脊髓灰质炎患儿的救助和疾病的预防研究。

人体感染脊髓灰质炎病毒后,病人可获得长期且牢固的特异性免疫,保护性免疫主要以体液免疫的中和抗体为主。黏膜局部的分泌性IgA可显著减少脊髓灰质炎病毒在口咽部和肠道中的复制,而血清中和性IgG和IgM抗体则可防止病毒扩散到中枢神经系统的运动神经元中。借助人类通过接种牛痘疫苗消灭天花的成功经验,在小儿麻痹症全国基金会的支持下,1953年,美国病毒学家索尔克发明了首个安全有效的灭活疫苗(inactive poliovirus vaccine,IPV,也称Salk疫苗)。当时他完全可以选择申请专利,但他没有这么做,因为他希望能有更多的人用上该疫苗。为了纪念索尔克的诞辰,扶轮国际将10月24日定为世界脊髓灰质炎日。

索尔克的疫苗效果很好,但还不甚完美,不能完全阻断病毒的传播。1957年,辛辛那提大学的微生物学家萨宾同样也在小儿麻痹症全国基金会的支持下发明了口服的减毒活疫苗(oral poliovirus vaccine,OPV,也称Sabin疫苗)。其中,OPV口服免疫类似自然感染,既可诱发血清抗体,又可刺激肠道局部产生slgA,阻止野毒株在肠道的增殖和人群中的流行,还可能使接触者产生间接免疫。野生脊髓灰质炎病毒(wild poliovirus,WPV)有3种血清型,分别是WPV1、WPV2和WPV3,各型之间没有交叉免疫反应,85%左右的脊髓灰质炎患病均由WPV1引起。OPV和IPV都是三型脊髓灰质炎病毒的混合疫苗,免疫后可获得针对3种血清型的保护性抗体。自此,人类完全拥有了战胜脊髓灰质炎病毒的终极武器。(上) , //www.carolynpolk.com (作者系北京大学基础医学院病原生物学系鲁凤民教授团队成员。指导老师:鲁凤民 严冬梅)