一苗难求的HPV疫苗，是怎么发明出来的？
学术经纬
本文来自微信公众号：学术经纬（ID：Global_Academia），药明康德内容团队编辑，原文标题：《他们创造的这套“防癌武器”，为无数女性带来更安全的生活》
全世界每年新增的宫颈癌病例超过了50万。每一年，有25万以上的女性会因为宫颈癌不幸离世，但随着人乳头瘤病毒（HPV）疫苗的问世和推广，这种趋势将逐渐降低，更多的女性将不再遭受宫颈癌的侵袭。
尽管，HPV的整体防护效果需要至少到2030年才能看得出来，但在一些接种率较高的国家，初步数据已经显示疫苗能够减少人群患宫颈癌的比例。比如接种率很高的澳大利亚，年轻女性发生生殖器疣和宫颈癌前病变的概率已经迅速下降。
从上世纪80年代人类第一次将宫颈癌与HPV联系起来，到科学家找到制作HPV疫苗的策略，再到能接种的HPV疫苗，仅仅过去了40多年。那么这40多年中，人类究竟是怎样将一种癌症的可疑源头锁定，并找到抵御的方法呢？
找到敌人
这段故事的第一个主人公是Harald zur Hausen。Hausen 1936年出生于德国，由于战乱，他的童年生活过得非常坎坷，学校也经常关停，导致他总是会落下课程。而他平时最大的兴趣就是鸟和其他动物。
等到高中毕业，Hausen在专业选择上，他遵循了自己的热爱的方向，但稍微做了些许改变，从生物学转向了医学。医学院的生活让他对基础研究更加着迷，他觉得自己志不在临床医师，便在满足升学条件后，前往了德国杜塞尔多夫大学。
Harald zur Hausen（图片来源：Kuebi = Armin Kuebelbeck, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons）
在那里，他接受了大量细菌学和病毒学的基础研究训练，他首先接触的便是牛痘病毒在小鼠细胞中的影响。他当时发现病毒会造成染色体上发生一些突变，但不清楚其中的原因。当时，德国的细菌和病毒学研究刚刚起步，他并没有条件将相关实验继续下去。
等到博士后时期，他来到了病毒研究较为成熟的美国，并在免疫学家Werner Henle的实验室任职。这个团队专门研究爱泼斯坦-巴尔二氏病毒，又称EB病毒（EBV）。在上世纪60年代，有研究者发现EBV和伯基特氏淋巴瘤有联系。Henle推测，EBV是一种致癌病毒，会潜伏在一些淋巴细胞中缓慢转移。
受到这种启发，Hausen一边研究腺病毒在感染细胞中的一些秘密作用，一边继续探索EBV和伯基特氏淋巴瘤的关系。他在一次电镜观察中，发现癌细胞内部存在EBV的清晰证据。他也得出结论，认为EBV在伯基特氏淋巴瘤发生中有着重要作用。
带着病毒与癌症联系的研究经验，他回到了德国，宫颈癌的攻坚战开始了。在当时，大家普遍推测单纯疱疹病毒2型（HSV-2）是导致女性患宫颈癌的罪魁祸首。因为这种病毒能通过性传播，并且一些宫颈癌样本中也出现了HSV-2的DNA片段。
不过Hausen发现了这种理论基石中的一个小破绽。他利用当年研究EBV留下的工作，联系了一些同事让他们检查宫颈癌样本中是否含有HSV-2的DNA，但同事给出的结果都是否定的。他开始怀疑，HSV-2应该不是真正的凶手。
而此时，他发现一些报告称尖锐湿疣能够转变成鳞状细胞癌，而尖锐湿疣里面是能检测到人乳头瘤病毒颗粒的。在当地一家医院皮肤科的帮助下，他获得了大量跖疣样本，他也首次发现不同疣之间的DNA可能出现杂交。这也暗示，乳头瘤病毒存在非常多的种类。
电镜下的HPV（图片来源：CNX OpenStax, CC BY 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by/4.0>, via Wikimedia Commons）
到1979年末，Hausen与同事合作，终于首次从尖锐湿疣中分离出了HPV-6，不过他们并未在宫颈癌样本中检测到HPV-6。这些经验让他们进一步从尖锐湿疣中找到了HPV-11，这是一种从喉乳头瘤中来源的病毒类型。
这一次，24份宫颈癌样本中有1份显示出HPV-11阳性。
这是Hausen和同事首次见证宫颈癌和HPV具有联系的证据。他们肯定，应该有别的HPV可能与宫颈癌具有高度联系。1983年，HPV-16被发现了，它出现在了约50%的宫颈癌样本中；接下来是HPV-18，它在多种宫颈癌细胞系中出现的比例为20%。
Harald zur Hausen与另外两位科学家分享了2008年的诺贝尔生理学或医学奖。另外两人因发现HIV而获奖（图片来源：The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2008. NobelPrize.org. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2008/summary/）
之后的两年中，更多证据显示这两种病毒在宫颈癌进展中有着重要作用。比如它们通常会整合进癌细胞基因组。宫颈癌前病变也会含有这些病毒，并表现出相应的基因表达模式。
至此，抵御宫颈癌的一半工作已经完成，我们知道该对付什么东西了，接下来需要的是一支可以激起免疫系统警惕的疫苗。
抵御敌人
当时，减毒活疫苗已经在预防麻疹和腮腺炎中取得显著的积极成果，但是用这种方式制造HPV疫苗会存在很大的风险，毕竟即使是经过减活的HPV，它仍然含有会促进癌症发生的基因。美国国家癌症研究所的Douglas Lowy和John Schiller想要制造一种HPV16疫苗，疫苗中只能含有非致癌的遗传物质。
Douglas Lowy（图片来源：National Cancer Institute. Public domain）
此时，病毒外壳蛋白成了一种潜在的候选对象。一些位于病毒表面的蛋白，能够在体外试管中进行自我重新组装，并且能最终变成和病毒外观一样的颗粒。这种类病毒颗粒能够引起免疫反应，但是更安全，因为它们内部不会含有病毒的遗传因子。
Lowy和Schiller认为，HPV上具备可能实现这一目标的蛋白L1和L2。1991年，免疫学家Ian Frazer在测试中发现，同时将L1和L2混合时，能够产出HPV16的类病毒颗粒。但是单一使用一种蛋白的话则无法成功。
通过电子显微镜的观察，他们确定这种类病毒颗粒会比其他乳头瘤病毒颗粒要小，因此可能是一种“不够完整的组装体”。最初，Lowy和Schiller想要测试这种颗粒的效果时，并没有已经建立的动物实验系统，因此不能直接测试HPV。
Douglas Lowy和John Schiller因找到可用于发展HPV疫苗的技术获得了2017年的拉斯克临床医学研究奖（图片来源：参考资料[3]）
不过，奶牛和牛乳头瘤病毒（BPV）给了他们一个绝佳的实验平台。如果他们能先在牛中验证自己的思路和方法有效，再将该策略在HPV中进行略微修改和复刻，那么就能变相探究这种疫苗的可行性了。
两人在动物中获得的实验结果非常惊人，经过改造用于生产BPV L1蛋白的昆虫细胞可以制造出与现实BPV一样外观和大小的类病毒颗粒。他们将这些细胞破碎的混合物注入到兔子后，兔子的血清中产生了大量的BPV抗体。这些血清不仅能在体外阻止BPV感染实验细胞，并且最多能在稀释百万倍的情况下发挥阻止感染的效果。
这意味着，一种可用的阻止乳头瘤病毒感染的策略正在浮出水面。大家也开始逐渐接受类病毒颗粒阻挡病毒感染的方法是可行的。
梦想的疫苗
当然，Lowy和Schiller的终极目标是应对HPV而不是BPV，因此他们需要测试HPV上的病毒组装效果。他们最初使用的Hausen从宫颈癌标本中分离的原始毒株当作测试对象。但是从这株HPV上获得的L1蛋白并不像BPV一样，能够自行完成组装。
他们认为由于癌细胞很容易产生基因突变，而这种导致癌症的HPV已经获得了一些遗传改变，从而导致L1无法组装成功。为了验证这种可能性，他们选取了两株没有致癌，使宫颈感染属于良性病变的HPV。而从这株病毒上分离的L1蛋白，可以在不需要L2蛋白的情况下完成组装。实际上，一个氨基酸的差异决定了致癌HPV的L1无法实现这一功能。
随着HPV L1病毒颗粒实现量产，多家生物公司开始推动疫苗的研发工作。Lowy和Schiller与约翰·霍普金斯大学完成了第一次HPV16 L1类病毒颗粒（VLP）疫苗临床试验。参与者一共有36名，她们全部都产生了强烈的特异性免疫反应。
而在之后，一项涉及800名志愿者的研究同样展示出了疫苗的良好防御效果，接种了疫苗的志愿者全部没有经历HPV16导致的宫颈持续性感染。随后，疫苗的成分从HPV16 上升到了HPV16和HPV18两种类病毒颗粒。
两种HPV疫苗分别于2006年和2009年得到美国FDA的批准，用于预防宫颈癌前病变和宫颈癌。现在，我们已经可以自行预约HPV疫苗进行自我保护。根据Lowy和Schiller的研究，只需一针就能激发强大的保护效应。这或许能极大地保护难以获得疫苗的发展中国家或地区。
尽管仍处于早期阶段，但是这场抵御病毒，拯救生命的战役已经开始吹起胜利的号角，在未来可预见的日子里，凯旋的消息将传遍世界每个角落。
参考资料
[1] Harald zur Hausen – Facts. NobelPrize.org.Retrieved September 1st 2021 from https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2008/hausen/facts/
[2] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2008. Retrieved September 1st 2021 from https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2008/summary/
[3] HPV vaccines for cancer prevention. 2017Lasker~DeBakey Clinical Medical Research Award. Retrieved September 1st 2021 from https://laskerfoundation.org/winners/hpv-vaccines-for-cancer-prevention/
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