尋找瘧原蟲耐藥基因

　　對瘧原蟲(malaria parasites)進行的全基因組測序研究(Whole-genome sequencing)發現了與瘧原蟲對青蒿素類抗瘧藥(artemisinin-based drug)耐藥機制有關的基因組位點。這一發現有助于科學家們發現瘧原蟲的耐藥機制，以及這種耐藥機制的傳播特點。

　　雖然瘧原蟲每年在全球依舊會導致一百多萬人死亡，但是近年來報告的瘧疾患病人數的確是明顯少多了。有一部分原因可能是因為近年來對瘧原蟲的傳播宿主 ——蚊子(mosquito)的防控工作有了極大的改善。但是很多專家卻不這么認為，他們相信這實際上是青蒿素類抗瘧藥聯合療法(artemisinin-based combination therapies, ACT)的功勞。由于青蒿素類抗瘧藥聯合療法是目前唯一的一種能夠有效治療多重耐藥瘧原蟲感染(multi-drug-resistant malaria infections)的抗瘧療法，所以在柬埔寨西部地區(western Cambodia)發現的耐青蒿素類抗瘧藥瘧疾引起了一場大恐慌，被國際瘧原蟲學界(international malaria community)看作是一場潛在的大災難，于是科學家們開始努力的尋找瘧原蟲耐青蒿素基因。最近Miotto等人在《自然 遺傳學》雜志(Nature Genetics)上發表了一篇文章，介紹了他們用全基因組測序方法對825個采自東南亞和西非地區的惡性瘧原蟲(Plasmodium falciparum)標本進行的研究工作，他們的目標就是找到這種常常導致人類瘧疾的病原體的分子耐藥機制。

　　由于目前市面上還沒有瘧疾疫苗，所以抗瘧藥就成了我們對抗瘧疾的唯一手段。在ACT方案使用的藥物里，最主要的活性成份就是青蒿素這種最初提取自中國傳統中藥——青蒿(sweet wormwood)的衍生物。雖然用ACT治療瘧疾的療效非常明顯，但是具體的作用機制還不是非常清楚，而且瘧原蟲對青蒿素的耐藥機制似乎也與它們對其他抗瘧藥的耐藥機制有所不同。而且由于現在缺少一種敏感的實驗室檢測手段，所以也很難對這種耐藥性進行一個定量的評判。現在一般采用的評判標準都是看用藥(只使用青蒿素這一種抗瘧藥)多久之后才能徹底將患者體內的瘧原蟲殺滅干凈，不過其間患者自身的免疫反應也能夠起到一定的滅蟲作用。

　　另外，柬埔寨西部地區也是在幾十年前發現瘧原蟲對氯奎(chloroquine)和乙胺嘧啶磺胺(sulfadoxine–pyrimeth -amine)，即息瘧定等抗瘧藥耐藥的地區，這種耐藥的瘧原蟲后來也傳播到了世界各地，因為這些抗瘧藥失效導致了數百萬人死亡。由于擔心悲劇再度上演，所以世界衛生組織(World Health Organization)和遏制瘧疾伙伴關系組織(Roll Back Malaria Partnership)的其他成員在2011年啟動了全球防止耐青蒿素瘧原蟲傳播項目(Global Plan for Artemisinin Resistance Containment，GPARC)，詳見go.nature.com/jgcpzc。

　　GPARC項目的主要目標之一就是發現瘧原蟲耐青蒿素的分子耐藥機制，但是這個目標實現起來卻有一定的難度，因為正如我們前面介紹的那樣，現在很難在實驗室里明確地、可重復地界定“耐藥性”這個特性。所以科研人員們只能依靠遺傳流行病學(genetic epidemiology)，在瘧原蟲的基因組當中尋找可能與耐藥性有關的蛛絲馬跡。在這些研究工作中，科學家們同時對采集自有耐藥瘧原蟲肆虐，和沒有耐藥瘧原蟲肆虐地區瘧疾患者的瘧原蟲DNA標本進行了分析。利用瘧原蟲會在蚊子體內進行有性繁殖(sexual crosses)的特點，以及傳統的基因分型技術(genotyping techniques)，和最近新發展起來的全基因組測序技術，科學家們終于在瘧原蟲的基因組中發現了與對青蒿素耐藥特性相關的遺傳位點，如圖1所示。然后，科學家們對存在于這些位點里的基因進行了功能研究，以確定它們是不是與耐藥性有關。

　　Miotto等人使用這些技術，在一個范圍非常小的地區(geographic area)內就發現了3個在遺傳學上互不相同的耐藥瘧原蟲種群，這說明耐藥性突變至少獨立的出現了3次。除此之外，Miotto他們還在瘧原蟲基因組里發現了一個與能夠預示選擇壓力(selection pressure)有關的位點，這些位點可能也和瘧原蟲對青蒿素的耐藥特性有關。其中有一個位點就位于第13號染色體上，之前的研究工作也曾經發現過這個位點。位于這些位點里的基因，以及在另外一些研究工作中發現的其他一些與耐藥性高度相關的基因都是開展后續功能試驗的好材料。Miotto等人獲得的測序結果全都可以在網上免費下載，這對于整個瘧原蟲研究學界都是一項不小的貢獻。

　　如果沒有后續的功能學研究來確定這些基因是不是真正的耐藥基因，我們也無法判斷究竟是那幾次獨立的突變導致瘧原蟲產生了耐藥性，還是13號染色體上的那個遺傳區域才是真正的“主犯”。Miotto等人認為還應該繼續進行更大規模的研究，但是在比較明確的證據，比如拷貝數變異等突變信息出現之前，開展更大規模的測序研究幫助也不會太大，尤其是在某一個遺傳位點與另外一個位點關系密切的情況下更是如此。為了確定耐藥基因，我們有必要利用雜交、等位基因交換(allelic exchange)或者遺傳工程學技術將這些候補基因轉入對青蒿素敏感的瘧原蟲體內進行研究。不過目前用這些技術對最近發現的幾十個候選基因在惡性瘧原蟲里進行研究還比較困難。可是使用鋅指核酶(zinc-finger-nuclease technology)等新興技術可能會有所突破。另外，開發簡便易行的、青蒿素耐藥體外檢測手段也是一條發展方向。

　　Miotto等人開展的工作不僅對于尋找瘧原蟲的耐藥機制是一大貢獻，同時對于研究世界范圍內惡性瘧原蟲的遺傳多樣性問題也起到了不小的幫助。此外，他們的研究工作還凸顯了近年來國際社會對抗瘧疾的公共衛生工作成果，這也反映出了遏制瘧疾伙伴關系組織和比爾與梅林達蓋茨基金會(Bill & Melinda Gates Foundation)等國際組織增加科研資助力度的成效。這種對采自世界各地的數百份瘧原蟲標本進行的多中心的國際研究工作向我們展示了國際瘧原蟲研究目前所處的水平，也展現了在目前大力削減科研投入的國際大背景下，遏制瘧疾伙伴關系組織和比爾與梅林達蓋茨基金會等資助組織對人類健康做出的貢獻，不過這也預示著國際社會需要進一步加大對瘧原蟲生物學基礎研究的科研資助力度，因為只有這樣才能對通過大量基因組研究數據得出的結論進行功能驗證。