【2015諾貝爾生醫獎特別報導】阿弗麥克素及青蒿素-對抗寄生蟲疾病的革命性治療法（二）

阿弗麥克素及青蒿素-對抗寄生蟲疾病的革命性治療法（二）
(Avermectin and Artemisinin -Revolutionary Therapies against Parasitic Diseases (II))
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

連結：阿弗麥克素及青蒿素-對抗寄生蟲疾病的革命性治療法 (一)

阿弗麥克素的發現 : 對抗寄生蟲的治療法 

腸線蟲

全世界有超過10億人受到一種或多種的腸線蟲(Intestinal Nematodes)感染。這些疾病阻礙經濟成長，並不成比例地影響貧民，造成經濟的主要負擔，被認為是受到漠視社區與居民的疾病。

腸線蟲，如蛔蟲(ascaris)、腸蟲(ancylostoma)、鞭蟲(trichiuria)、絲狀蟲(filaria)、蟠尾絲蟲(onchocerca)、腸擬圓蟲(strongyloides)、及羅阿絲狀蟲(loa loa)，都是線蟲(roundworms)。它們的長度從1 mm至成熟時數公分，生活史複雜且差異大。有些線蟲可以從這個人傳播至另一個人，但大多需要中間宿主(intermittent host)來傳播。因蠕蟲(helminth parasites)大多無法自我增殖，需要重複接觸寄生蟲，因此其臨床症狀通常只發生在長期居住於特定區域。

河盲症（蟠尾絲蟲病）

蟠尾絲蟲病(Onchocerciasis)，一般稱作河盲症(River Blindness)，是絲蟲(filarial worm) Onchocerca volvulus感染所引起。該疾病僅傳染給人類，當雌性黑蠅(blackfly)將絲蟲的三期幼蟲植入宿主皮膚傷口，這些幼蟲在宿主皮下組織增殖為結節(nodule)，發育成熟至成蟲。O. volvulus雌性成蟲大小大約是雄性成蟲的兩倍，體長33~50cm、寬270~400μm，成蟲能存活18年。在宿主體內交配後，雌性成蟲能每天釋放高達1000隻幼絲蟲(microfilariae)，接著再移動至全身，引發各種症狀，如慢性皮膚炎(chronic dermatitis)、皮膚疹(skin rashes)、皮膚病變(lesions)、劇烈發癢(intense itching)、以及皮膚脫色(skin depigmentation)。當幼絲蟲抵達眼睛，會引起眼睛發炎、角膜結疤，最終導致失明。河盲症是世界上失明的第二主要感染原因，因河川附近黑蠅數量特別多，故命名為河盲症。河盲症大多發生在非洲撒哈拉沙漠以南區域、南亞洲、及中南美洲，使世界上許多最弱勢的地區居民遭受痛苦，估計約2500萬人受到感染，超過30萬人造成失明。2016年以前，在31個特定國家，感染河盲症風險的總人數達到約2億5千萬人。

淋巴絲蟲病

淋巴絲蟲病(Lymphatic Filariasis)，是淋巴系統受到某種線蟲動物門絲蟲屬(family Filariodidea)(如潘氏絲狀蟲Wuchereria bancrofti、馬來血絲蟲Brugia malayi、帝汶絲蟲Brugia timori)寄生蟲感染所引起。絲線蟲(Filarial nematodes)需要人和蚊子兩種宿主才能完成生活史，蚊子是中間宿主，人類是最終宿主。絲蟲屬的雌性線蟲體型較雄性線蟲大。馬來血絲蟲體型比潘氏絲狀蟲小，成熟雌性體長43~55mm，寬130~170μm。受精後的雌性線蟲釋放幼絲蟲(microfilariae)，體長177~230μm、寬5~7μm，可存活3~36個月。大絲蟲(macrofilariae)一般可存活5~7年，棲息在人體淋巴系統；幼絲蟲會夜行性遷移，白天在深部靜脈(deep vein)，晚上在週邊循環系統。幼絲蟲在蚊子腸道，經數個時期發育成感染性幼蟲(infectious larvae)，當下一個宿主受到叮咬，就傳染至新宿主體內，繼續下一個生活史。人體內線蟲數量隨時間增加，會產生嚴重的慢性發炎症狀。淋巴絲蟲病影響超過1億2千萬人，它造成淋巴管阻塞、慢性腫脹，導致終身不雅及失能的臨床症狀，如象皮病(Elephantiasis)及陰囊積水(Scrotal hydrocele)。

發現特殊抗菌特性的微生物

大村智是微生物學家，他曾在日本北里研究所工作，在天然物分離有非常好的研究成果。1971年，大村智教授前往美國衛斯理大學(Wesleyan University)的Max Tishler實驗室，擔任訪問研究科學家。Tishler是Merck藥廠Shape and Dome研究實驗室(簡稱MDRL)的前主任，是大村智教授與該實驗室舉行共同會議的促成者。他對抗生素一直很有興趣，可追朔至第一個抗生素的發現。1972年，Merck藥廠的首席微生物學家H. Boyd Woodruff前往日本北里研究所與大村智教授建立合作關係，針對微生物發酵，研究開發新的抗微生物物質。Tishler與Woodruff都曾與Selman Waksman共事。

大村智教授聚焦土壤中能產生抗菌物質的一群鏈黴菌(Streptomyces)，過去，Selman Waksman曾經從鏈黴菌中發現鏈黴素(Streptomycin)，但長久以來，由於鏈黴菌很難在實驗室培養，導致不容易發現新品系的鏈黴菌。後來大村智教授藉由獨特方法大規模培養這些細菌，然後分離出土壤中的鏈黴菌新品系，並在實驗室成功培養它們(圖2)。大村智教授從數千個鏈黴菌培養液中，選取約50個最有希望的培養液，生產神奇的二次代謝物，目的是進一步分析抗菌活性(antimicrobial activities)。在日本伊豆地區高爾夫球場附近找到的鏈黴菌新品系之一，後來發現是能產生「阿弗麥克素(Avermectin)」的鏈黴菌Streptomyces avermitilis，該品系後來被稱作Streptomyces avermectinius。

發現阿弗麥克素的抗寄生蟲活性及有效物質的特性

William C. Campbell是寄生蟲生物學專家，曾工作於Merck藥廠MDRL實驗室，透過與北里研究所的合作協議，獲得大村智教授所培養菌液及研究其效力。凍乾後的菌液被混在食物中，藉由受寄生蟲感染小鼠，檢驗是否寄生蟲會減少。發現有一菌液，受線蟲(Nematospiroides dubius)感染小鼠，儘管幾近死亡，但寄生蟲有減少現象。該結果促使大村智教授精製培養菌液，以便在製備過程去除寡黴素(oligomycin)的毒性汙染。與Campbell緊密合作的Thomas W. Miller，對菌液有效成分加以分析，發現有效成分是「阿弗麥克素(Avermectin)」。Campbell接著確認該成分具抗寄生蟲活性，並證實該活性對家畜或農場動物的各種寄生蟲也都具有活性(圖3)。接著大村智教授應用分子生物學、化學、及微生物學等多種技術，決定該生物體的分類地位；後來根據所建立的基因體序列及遺傳學研究，提出Streptomyces avermectinius的命名。

從阿弗麥克素到艾弗麥克素及其臨床效果

Campbell與Merck藥廠MDRL實驗室的同事，之後共同將「阿弗麥克素(Avermectin)」經由化學方法改變結構為「艾弗麥克素(Ivermectin)」，它能更有效地對抗寄生蟲感染。「艾弗麥克素」是由2個氫化作用修飾「阿弗麥克素」的半合成型式(semisynthetic version)。因此，Campbell啟動研究團隊去確認「艾弗麥克素」分子的五項特性：(1)所具特殊潛能；(2)在各種宿主，對抗許多線蟲的活性；(3)對抗腸道以外寄生蟲，如棲息於血液中的幼絲蟲，具長期持久的活性；(4)對抗苯并咪唑(benzimidazole)抗藥性線蟲，具有活性；(5)對宿主具良好耐受性，有良好的用藥安全界限。受動物實驗正面結果啟發，特別是狗心絲蟲減少的結果，讓Campbell於1977年認為「阿弗麥克素」類之藥物，能測試河盲症寄生蟲感染的人類。1981~1982年，Merck藥廠MDRL實驗室的河盲症專家Mohammed Aziz博士，首次在人類成功試驗。結果清楚顯示 : 給予病患「艾弗麥克素」單一劑量，當一段時間未接觸到成體絲蟲，能完全除去或幾乎除去幼絲蟲。潘氏絲狀蟲(Wuchereria bancrofti)會引起淋巴絲蟲病(lymphatic filariasis)，給予受感染病患「艾弗麥克素」單一劑量處理後，能有效清除血液內幼絲蟲。

「艾弗麥克素」的作用模式目前仍未十分瞭解，但與開口型麩胺酸鹽氯離子通道(glutamate-gated chloride ion channels)、無脊椎動物肌肉的活化γ-胺基丁酸氯離子通道(GABA-activated chloride channels)之抑制，以及小線蟲神經細胞有關聯。該抑制會增加細胞膜對氯離子通透性，造成細胞膜過極化，導致寄生蟲肌肉麻痺及死亡。該效果造成寄生蟲慢性死亡、減少宿主發炎反應、及緩和疾病的臨床症狀。這些專一性受器，出現在線蟲、昆蟲、及蛛形綱動物，但未出現在絛蟲與吸蟲。這些開口型配體(ligand-gated)氯離子通道，也部分表現在哺乳動物的中樞神經系統，但它們親和性低，且受到血腦障壁(blood-brain barrier)保護。因此，「艾弗麥克素」，其低濃度未傷及宿主，就能殺死寄生蟲，屬高選擇性藥物。

現今，「艾弗麥克素」藥劑被認為是高效力治療法，僅需一年服用1~2次。因此即使世界上最偏遠地區的居民也能使用該療法，這功勞應歸功於Merck藥廠總裁(CEO)Roy Vagelos博士，因他將該藥廠符合品質的「艾弗麥克素」藥劑，無償提供給各國政府及需要治療河盲症及淋巴絲蟲病的患者。另外，消滅河盲症及象皮症，也被世界衛生組織(WHO)列為減少受漠視熱帶疾病區域性策略的重要目標。

根據WHO報告，2012年當時，已有超過2億人接受「艾弗麥克素」為期1~25年的治療。為了減少淋巴絲蟲病患，已有1億1千8百萬人接受「艾弗麥克素」及「胺基甲酸甲酯(albendazole)」為期1~11年的治療。2013年，WHO提出2020年淋巴絲蟲病、2025年蟠尾絲蟲病，能達到絕跡的全球目標。大村智教授及Campbell博士共同努力的卓越貢獻，證實新發現的藥劑能極有效對抗寄生蟲。

連結：阿弗麥克素及青蒿素-對抗寄生蟲疾病的革命性治療法 (三)

編譯來源：Avermectin and Artemisinin – Revolutionary Therapies against Parasitic Diseases