【伊波拉專題】是誰讓伊波拉登堂入室?

■伊波拉病毒是如何感染宿主細胞的?如果可以想到辦法抑制伊波拉病毒進入細胞,我們是不是就能有效對抗伊波拉病毒?

Source: London School of Hygiene & Tropical Medicines / Science Photo Library
Source: London School of Hygiene & Tropical Medicines / Science Photo Library

 撰文|駱宛琳

在伊波拉疫情爆發之後,因為臨床上欠缺有效的疫苗與藥物,讓防疫工作綁手綁腳。對伊波拉病毒感染後藥物選擇上的無計可施,使全球各實驗室的研究工作都上緊發條,希望能早一點找到有效又好用的治療標靶,讓第一線防疫人員的醫療工作不再被動地坐如困獸鬥。

而找到好的藥物標靶需對伊波拉病毒有徹頭徹尾的了解。伊波拉病毒屬於絲狀病毒科(Filoviridae family),負鏈單股的RNA病毒,藉由患者的體液、血液、分泌物等傳染,感染初期會出現類似流行性感冒的症狀,但病程的進展可能快如野火燎原,迅速惡化成病毒性出血熱。

我們對伊波拉病毒的了解,大多集中在病毒進入宿主細胞之後的複製、組裝反應。對於病毒是如何進入宿主細胞的,則一直未有通盤了解。

病毒外套膜的表面有許多如尖刺般突起的的醣蛋白(spike glycoproteins; GP),這些病毒醣蛋白可以跟人類細胞或其他靈長類細胞細胞膜上的受體結合。這結合多半不具有專一性,就只是跟宿主所表現在細胞膜表面各式各樣的醣蛋白相接合,然後引發巨噬胞飲作用(micropinocytosis),被細胞「吞」入其內。巨噬胞飲作用是內飲作用(endocytosis)的一種,很可惜地不具有什麼選擇性。被內吞的病毒顆粒被包在胞內囊泡裡(endosome),受到胞內囊泡內酸性環境影響, 其外套膜表面的醣蛋白會被蛋白酶分解,病毒醣蛋白結構產生改變。主導病毒細胞跟宿主細胞進行細胞融合(fusion)的蛋白質部位本來被埋藏在結構深處,經蛋白酶分解作用之後,被暴露出來,而能引發融合反應,讓病毒把其基因體釋放到宿主細胞內。

以伊波拉病毒來說,病毒基因體包含了七個基因,可以主導八種蛋白質的合成,而其中一個基因就負責推動伊波拉表面醣蛋白(GP)的表現。伊波拉表面的醣蛋白GP在被合成之後,轉譯後修飾把醣蛋白切成兩個部分(GP1與GP2),兩者間有雙硫鍵結連接起來。GP1對伊波拉病毒和宿主細胞表現醣蛋白的接合步驟至關重要,GP2則負責細胞融合。除了這些,科學家一直很好奇伊波拉病毒有沒有什麼特別的招式。

2015年二月底的Science期刊上,位於美國德州生醫研究中心的Richard Davey實驗室把欠缺的拼圖補上, 伊波拉病毒進入細胞的機制就更加清晰明朗起來了。

在之前,Davey博士實驗室就發現伊波拉病毒在細胞融合的過程裡,極端仰賴宿主胞內囊泡膜上鈣離子通道的合作。但鈣離子通道是個極端龐大的大家族,他們當年沒有找到是哪一個鈣離子通道在融合過程裡不可或缺。如今,Davey博士實驗室不僅揭開了這個被伊波拉病毒所利用的鈣離子通道真面目,更發現中草藥石蟾蜍(Stephania tetrandra)中所含的主成分tetrandrine能夠有效抑制伊波拉病毒進入宿主細胞。

他們巧妙地利用各種鈣離子通道抑制劑,來探討哪一種類的鈣離子通道在失去活性之後,能夠保護培養皿中的HeLa人類細胞株不被病毒所感染。實驗發現L型的鈣離子通道對病毒進行細胞融合的步驟很重要,這也跟其他實驗室實驗結果的猜想不謀而合。但在所試驗的五種L型鈣離子抑制劑中,有一種抑制劑還是毫無保護效果,這讓Davey實驗室懷疑是不是還有其他的鈣離子通道參與其中。進一步交叉比對之後,他們發現其中一種叫做TPC2(two-pore channel 2)的鈣離子通道也是顆重要的螺絲釘。他們進而利用缺失了TPC2這個基因的小鼠模型驗證了所提出的假說:伊波拉病毒要進入細胞,就需要宿主細胞內膜囊泡上TPC2鈣離子通道的協助。更有趣的是,能有效抑制TPC2鈣離子通道的tetrandrine,就是從中草藥石蟾蜍中所萃取出來的。

目前,針對伊波拉病毒或是馬堡病毒感染的實驗藥物有超過六十種,但tetrandrine之所以振奮人心,在於它背後的作用原理是如此條理分明。不過,tetrandrine雖然在中藥千年來的歷史典籍裡為人耳熟能詳,對歐美西醫臨床而言,卻是尚未被核可使用的藥物。而且,令人泄氣的是,因為tetrandrine所抑制的是伊波拉病毒感染細胞的最初環節,在小鼠身上發現,藥物有效的黃金時間非常短暫。就算只是延遲了一天才開始投與藥物,保護效果就大大降低了。因此,tetrandrine或許也不適用於以其為主攻藥物的單一療法,而比較適合跟其他藥物搭配一起使用的治療策略。但是,人體的適用劑量,從老鼠身上的實驗結果該如何轉移到人類身上,等等諸多議題都還需要更多科學證據的佐證與支持。

參考資料: 

  1. Falzarano D, Feldmann H. Delineating Ebola entry. Science. 2015 Feb 27;347(6225):947-8. doi: 10.1126/science.aaa8121.
  2. Sakurai Y, Kolokoltsov AA, Chen CC, Tidwell MW, Bauta WE, Klugbauer N, Grimm C, Wahl-Schott C, Biel M, Davey RA. Ebola virus. Two-pore channels control Ebola virus host cell entry and are drug targets for disease treatment. Science. 2015 Feb 27;347(6225):995-8. doi: 10.1126/science.1258758.
  3. Jae LT, Brummelkamp TR. Emerging intracellular receptors for hemorrhagic fever viruses. Trends Microbiol. 2015 May 21. pii: S0966-842X(15)00100-6. doi: 10.1016/j.tim.2015.04.006. [Epub ahead of print]
  4. Lee JE, Fusco ML, Hessell AJ, Oswald WB, Burton DR, Saphire EO. Structure of the Ebola virus glycoprotein bound to an antibody from a human survivor. Nature. 2008 Jul 10;454(7201):177-82. doi: 10.1038/nature07082.

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作者:駱宛琳 美國聖路易華盛頓大學(Washington University in St. Louis)免疫學博士,從事T細胞發育與活化相關的訊息傳導研究。

 

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