这种病原体每年感染数亿人，40多万人因此死亡-深度-知识分子

这种病原体每年感染数亿人，40多万人因此死亡

2021/04/25

导读

生物学硕士，科学技术史博士。曾任职上海交通大学，现为旅美独立学者，兴趣广泛，重点关注生物学史和疾病史。 1、美国疾病控制与预防中心网站。 2、世界卫生组织网站。 3、美国《时代周刊》。 4、洛克菲勒大学网站。启蒙·探索·创造如果你拥有一颗好奇心如果你相信世界是可以理解的欢迎关注我们投稿、授权等请联系 “赛先生”所有文章已开放转载欢迎加小编微信：shuisongye进入转载群

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编者按

每年的4月25日是世界疟疾日。疟疾至今困扰着全球人民的健康，2019年全球约有2.29亿疟疾病例，死亡约40.9万人，而在抗疟药物出现之前，疟疾带来的死亡的人数则更多。可以说，人类社会的发展史就是不断与疟疾抗争的历史。

数千年，我国古人就在史籍中记载了潮湿的南方一种可怕的瘴气。直至19世纪末期，法国军医阿尔方斯·拉韦朗才揭示了疟疾与疟原虫之间的关系。数十年后，生物学家威廉·特拉格在实验室成功地培养出疟原虫，为人类制备抗疟疫苗和药物做出了重要贡献。在发现疟原虫与疟疾之间的关系，以及抑制疟原虫的方法，人类在抗疟之战中取得了重要的胜利。

只是时至今日，疟疾仍未完全根除，实现“零疟疾”任重道远，不仅是因为疟原虫的耐药性更强了，还因为贫穷国家控制疟疾资金短缺导致。

撰文 | 洪纬（生物学硕士，科技史博士）

责编 | 叶水送

1993年，苏丹战乱，饿殍遍野。为了缓和那份悲凉造就的压力，南非摄影记者凯文·卡特（Kevin Carter）走到一个灌木林中，准备好好拥抱自然，放松下紧绷的神经。突然，林子外传来了一阵阵微弱的哭泣声，宁静破碎了。一个瘦骨如柴，蜷缩着身子的饥饿小女孩，正在向前缓慢爬行。一只秃鹫即刻停止了惊空遏云，嗖的一声落在了她的身后，静静地等候生命的凋零。

作为一位战地记者，卡特被告知不能接触患有疾病的人。他按下了快门，驱走了秃鹫，便悲伤地离去了。这张《饥饿的苏丹》卖给《纽约时报》之后，在全世界掀起了一股救助饥饿小女孩的热潮，卡特因此获得了1994年的普利策奖。也正是1994年，他怀着无法改造世界的悲恨选择了自尽。

可悲的是，照片中的小女孩没有饿死，没有被秃鹫叼走，却在14年后死于疟疾。还有，全世界最后一例自然感染天花的病例发生在索马里，患者是一位在医院工作的厨师。他在1977年挣脱了天花的魔掌，却在2013年死于疟疾。

《饥饿的苏丹》，图片来自美国《时代周刊》

疟疾这一古老的疾病，至今仍然是一个难题。据估计，2019年全球约有2.29亿疟疾病例，死亡人数可能为40.9万人。从致病机理的发现，到全球首支作用于恶性疟疾的疫苗问世，经历了一百多年。与之相关的诺贝奖也不少，比如1902年、1907年、1948年以及2015年等。

从“污浊之气”到“寄生虫”

《史记》云：“江南卑湿，丈夫早夭。”在古人眼里，尤其是北方人士，中国南方水网交错，气候湿润，是滋生疾病的温床。疾病中讨论的最多的便是瘴气。《后汉书》说：“南州水土温暑，加有瘴气，致死亡者十必四五。”《三国演义》中，诸葛亮为擒拿南方叛贼孟获，也是饱经毒泉与瘴气的磨难，才大举获胜。有关瘴气和各种预防偏方的描述，古籍中不计其数。

这令人闻风丧胆的瘴气到底是何物？现在看来，瘴气不过是所有不明疾病的总称而已。在树林茂密，水系发达的南方，主要指恶性疟疾。疟疾英文一词源自意大利语中的mal'aria，意指鬼气或者污浊之气。致病因子看不见摸不着，几乎全世界的人都认为是“坏气”导致了疟疾。

在19世纪中叶的法国，一位大学教授发现了啤酒和葡萄酒变酸的奥秘。秘密不在于当时人们普遍认为的化学反应，而是微生物暗中捣乱。此人便是大名鼎鼎的路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）。此后，他通过大量的实验证明了微生物是导致疾病的原因，这就是“细菌学说”。为了减少人类通过喝牛奶，感染结核和伤寒等致命疾病，他还创立了“巴氏消毒法”。至今，我们仍然可以在鲜牛奶的包装外壳上看到“巴氏杀菌”或者“超巴氏杀菌”的字样。

美国某品牌鲜牛奶包装盒上标注了“超巴氏杀菌”（洪纬摄）

“细菌学说”似乎可以解释一切，人们相信疟疾的罪魁祸首应该也是细菌。由于疟疾高发于沼泽地带，研究人员开始在沼泽地的土壤中寻找传染源。一开始，大部分研究在意大利开展，也有少部分在其它国家。他们发现了各种藻类、原生动物和细菌，就是没有找出导致疟疾的病因。

阿尔方斯·拉韦朗，图片来自美国疾病控制与预防中心

最终，法国军医阿尔方斯·拉韦朗（Alphonse Laveran）在医院里找出了病因。拉韦朗精通解剖病理学，善于写作。在34岁那年，他就已经完成了一部《军队疾病和流行病文集》和62篇科学通信论文。1878年，拉韦朗被派往法国殖民地阿尔及利亚，先后在伯恩和君士坦丁的军事医院工作。战争迫使人类踏进荒芜之地，破坏自然生态平衡。人口密集，士兵住宿条件极为恶劣，部队就是一个疾病工厂。

拉韦朗夜以继日地记录疟疾病患的临床症状，分析病理。一天，在伯恩，他在患者的血液里发现了一丝端倪。那个年代，染色技术还没有发明，但他发现不管恶性发作还是慢性发作的病人，他们的血液里都有一些深色的色素颗粒。经过许多病例的分析，拉韦朗认定这些深色颗粒是疟疾特有的，并且起源于血液。

他还注意到了有一些球形体游离或附着在红血球上。有些球体呈现透明状，难以察觉。有些球体含有深色颗粒，展现出阿米巴运动。有些深色颗粒还呈现月牙形。关键性的发现是在1880年11月6日凌晨，在君士坦丁军事医院。当时，拉韦朗正在检查一位发热15天的病患血液。他看到了含有深色颗粒球体的边缘长出了丝状物质，它们轻快地移动，迅速攻击了临近的红细胞。幸运的拉韦朗看到了疟原虫雄性配子的脱落。这是疟原虫生命周期的一个阶段，通常发生在按蚊的胃部。

拉韦朗确信自己发现了病原体。它不是细菌，而是一种原生动物寄生虫。经过多个病例的分析以及细致的观察，拉韦朗写下了 "在几例沼泽热病患血液中发现了新寄生虫 "的说明，寄给了法国医学科学院。

拉韦朗在患者血液中观察到的处在不同时期的疟原虫，图片来自美国疾病控制与预防中心

1882年，拉韦朗奔赴意大利。和其他研究人员一样，他也在空气、水和沼泽地的土壤中寻找疟原虫，同样是一场空。他开始怀疑寄生虫可能存在蚊子体内，并在1894年的国际卫生大会进行了相关演讲。可是，蚊子假说缺乏可靠的证据，几乎没人相信。刚开始，他的寄生虫致病说也遭受了怀疑，特别是意大利人和巴斯德。1884年，回到法国瓦尔德-格拉斯军事医学院后，他邀请了巴斯德在自己的显微镜下观察那些运动中的原虫，巴斯德被信服了。

接纳新事物或者新假说，总是需要时间的。到1890年左右，寄生虫致病说终于广泛被接受。1892年，出生于疟疾高发的印度的罗纳德·罗斯爵士（Sir Ronald Ross）开始踏入疟疾研究领域。相对来说，他比较幸运。正当一筹莫展之时，英国热带医学先驱曼森（Sir Patrick Manson）向他提起了拉韦朗的假说。经过反复实验证明，1897年，他终于在按蚊的胃中找到了疟原虫。短短的十年里，他就获得了国际认可，在1902年获得了诺贝尔生理学或医学奖。拉韦朗则迟在1907年，因发现原生动物致病而获得诺贝尔奖。

疟原虫遇到培养“杀手”

疟疾病因真相天下大白，为了更清楚地了解疟原虫的生活史和详细致病机理，尽快开发有效疫苗，科学家开始琢磨怎么在实验室里培养出疟原虫。

二十世纪初，抗生素尚未问世，将微生物进行体外纯培养（Axenic culture）是一个高难度技术活，因为无菌是首要条件。尽管如此，当时仍有一批科学家孜孜不倦地进行着纯培养的实验，洛克菲勒研究所的鲁道夫·格拉瑟（Rudolph Glaser）便是无菌培养的先锋。Axenic一词也是他的助手詹姆斯·贝克（James A. Baker）在听取了普林斯顿大学古典系一位教授的建议之后，决定采用的。在希腊语中，A意味着没有或者不存在，Xenos表示陌生人或者外来生命。最后，他们弃用了可以直观表达的Sterile culture。

1933年，刚刚从哈佛大学获得博士学位的威廉·特拉格（William Trager），以访问学者的身份来到了格拉瑟的实验室。特拉格很快就在实验室里成功地培养出了蚕的卵巢，并在这些组织中培养出了导致Grasserie疾病的病毒。后来他又开始研究传播黄热病的埃及伊蚊。通过纯培养，到1948年，他便找出了孑孓发育所需要的关键营养物质，核黄素（维生素B2）和硫胺素（维生素B1）。

在纯培养路上一路开挂的特拉格越走越远，并开始着手疟原虫的培养。在进行疟疾纯培养之前，研究人员通常抽出一些被疟原虫感染的血液，去感染健康动物，观察早期症状，再杀死动物，取出器官，观察后期发展状况。但是，这样的研究方法并非连续和动态，科研人员不能完全掌握疟原虫在宿主内体内动向。

威廉·特拉格，1992年，图片来自美国洛克菲勒大学

烛缸，图片来自维基

由于缺乏合适的实验动物，人疟原虫的研究一直受限。大猩猩可以感染，但涉及到人力、财力和物力等方方面面的巨大投入。特拉格先着手研究感染雉鸡的疟原虫。这种疟原虫可以感染鸡，鸡的获得途径也相对容易。他在雉鸡疟原虫方面取得一些成功。例如，他曾经使它们在体外存活了16天，发生微量的增殖。重要的是，他发现B族维生素含量较低的宿主感染后发病更加严重。这说明寄生虫无法合成某些营养素，不得不从受害者身上获得。这和孑孓的纯培养所得结果是一致的。由此，人们知道了B族维生素是所有动物发育过程中必需的营养物质。

人类对疟疾的免疫力发展缓慢且不完全，人们推测接种疫苗不会提高因反复严重感染所产生的免疫力。另一方面，疟疾疫苗的开发成本太高，只能作为廉价有效的杀虫剂和抗疟药的辅助手段。直到1960年，公众对开发疟疾疫苗还一直持有严重保留态度。同时，很多科学家在疟原虫的培养之路上屡战屡败，再败再战。特拉格同样如此。

自廉价农药DDT的广泛喷洒之后，印度的疟疾病患从1952年的一亿陡然降至1962年的六万。问题是，蚊虫很快就建立了抗药性。灭蚊效率越来越低，代价越来越昂贵。1975年，世界卫生组织和美国国际发展署号召开启新项目来研发疟疾疫苗。体外培养疟原虫迫在眉睫。特拉格重新回到了在体外红细胞中培养疟原虫的问题。一系列实验表明，疟原虫要存活，就需要保证红细胞、血清、培养基、二氧化碳、氧气和温度的平衡。这次，他想出了一个极好的办法，即用流动瓶系统来培养疟原虫。此时，博士后詹姆士·詹森（James B. Jensen）加入了他的团队。他们发现保持一个相对高浓度的CO2和低浓度的O2，再加上每隔几天注入新鲜的血液，疟原虫就可以在培养皿中存活24天，但是操作有点麻烦。

詹森知道如何用烛缸法进行组织培养，他决定尝试用烛缸法来简化流动瓶系统，结果一举成功。几十年过去了，特拉格终于在实验室里得到了持续增殖的恶性疟原虫，检测红细胞的状态也变得容易起来。特拉格认为开发疫苗的通道已经打开。1976年，在《科学》上发表了烛缸培养法之后，他们到全世界进行教授。早在1949年，哈佛大学成功地培养出了脊髓灰质炎病毒，相关疫苗随之诞生。公众深信，疟原虫可以体外培养，那么它的疫苗也就不远了。随后，世界卫生组织立马宣布，科学家很快就可以找到对付疟疾的疫苗。

疟疾疫苗姗姗来迟

在特拉格研究疟疾的早期阶段，洛克菲勒研究所的第二任所长，诺贝尔奖获得者，赫伯特·加瑟（Herbert Gasser）就对他的工作非常感兴趣。他认为科学发现能够及时造福人类是最好的，但是倘若没有任何实践意义，特拉格也做了一项非常重要的工作。

开发疫苗，就必须在疟原虫的裂殖子里找到特殊的抗原。特拉格实验室里的阿拉基·基勒建（Araxie Kilejian）曾称她分离到了一些蛋白，也许可以激发免疫反应。不过，特拉格还是未能在有生之年看到疟疾疫苗的诞生。唯一令人欣慰的是，洛克菲勒研究所一直有保有良好的传统，领导阶层注重的是科学精神，而非研究成果能否带来收益和名利。

近几十年，生物科学技术更新迭代。到了2019年4月23日，世界卫生组织终于宣布，全球第一种、也是迄今唯一一种被证实有预防效果的疟疾疫苗开始在非洲国家马拉维试点推广，然后是加纳和肯尼亚。这种名为RTS,S的疟疾疫苗由英国葛兰素史克公司研发，费时32年，耗资7亿多美元。

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作者简介

洪纬

生物学硕士，科学技术史博士。曾任职上海交通大学，现为旅美独立学者，兴趣广泛，重点关注生物学史和疾病史。

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参考资料

1、美国疾病控制与预防中心网站。

2、世界卫生组织网站。

3、美国《时代周刊》。

4、洛克菲勒大学网站。

5、 Irwin W. Sherman & Larry Simpson, William Trager（1910-2005）, National Academy of Sciences, 2013.

6、 Fulvio Bardossi & Judith N. Schwartz, Cultivating Kingers: Dr William Trager, Rockefeller University Research Profiles, Fall 1980, p1-4.

7、 George W. Corner：A History of the Rockefeller Institute（1901-1953）: Origins and growth， Rockefeller Institute Press, 1965.

8、 William Trager, This Week’s Citation Classic: Trager W& Jensen JB. Human Malaria Parasites in Conituous Culture, Science，September 25,1987.

9、 News and Notes 1976, Vol.7, No.9，The Rockefeller University.

10、William H. Taliaferro, Lucy Graves Taliaferro，Immunological Relationships of Plasmodium Gallinaceum And Plasmodium Lophurae, The Journal of Infectious Diseases, Volume 77, Issue 3, November 1945, Pages 224–248.

制版编辑 | Morgan

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