结核病比较免疫学,应对全球结核病挑战的技术关键.pdf
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1、结核与肺部疾病杂志2 0 2 3年8 月第4卷第4期JTubercLungDis,A u g u s t2 0 2 3,V o l.4,No.4261专论结核病比较免疫学,应对全球结核病挑战的技术关键朱国峰1余卫业?2汪源3文刘晓清4高谦5李亮。卢洪洲1【摘要】2 0 13年MVA85A临床实验的失败,标志着全球结核病疫苗和药物研究进人一个全新的历史时代。以结核病比较免疫学竞争为核心的全球结核病防治创新理论研究和新型技术产品研发,是决定未来每个国家在全球结核病防治领域话语权和影响力的关键。这其中的关键,就是能否牢牢把握结核病比较免疫学的核心技术竞争实力,举得起结核病比较免疫学新技术时代的高科技
2、大旗,并籍此抓实结核病临床负担向科研资源转型的机遇,抓实中外传染病防控政策交流关口转型的历史机遇。【关键词】结核;免疫学技术;疾病模型,动物;疫苗;比较免疫学【中图分类号】R52Systematic immunology of tuberculosis,a critical step in the global war against tuberculosis diseaseZhu Guofeng,Yu Weiye,Wang Yuan,Liu Xiaoqing,Gao Qian,Li Liang,Lu Hongzhou.National Clinical ResearchCenter for
3、Infectious Diseases/The Third Peoples Hospital of Shenzhen,Shenzhen 518112,China;2ShenzhenMunicipal Health Economics Association,Shenzhen 518020,China;Department of National Science and TechnologyMajor Project,Ministry of Science and Technology,Beijing 100862,China;*Division of In fectious Diseases,
4、Departmentof Intermal Medicine,State Key Laboratory of Complex Severe and Rare Disease,Peking Union Medical College Hospital,Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College,Beijing 100730,China;Key Laboratory ofMedical Molecular Virology(MOE/NHC/CAMS),School of Basic Medical Sci
5、ence,Shanghai Medical College,FudanUniversity,Shanghai 200032,China;Beijing Chest Hospital,Capital Medical University,Beijing 101149,ChinaCorresponding authors:Zhu Guofeng,Email:;Yu Weiye,Email:;WangYuan,Email:;Liu Xiaoqing,Email:;Gao Qian,Email:qiangao ;Li Liang,Email:;Lu Hongzhou,Email:luhongzhou
6、Abstract A new era of novel vaccine and drug development against tuberculosis disease arrived with thefailed clinical trial of MVA85A published in 2013.The breakthrough of systematic immunology of tuberculosis,which is the most critical challenge in developing novel technologies and products to end
7、tuberculosis,is leading thereconstruction of the feature and position of strength of all countries in the ongoing struggle of global tuberculosiscontrol.【K e y w o r d s】Systematic immunologyTuberculosis;Immunologictechniques;Disease models,animal;Vaccines;开放科学(资源服务)标识码(OSID)的开放科学计划以二维码为入口,提供丰富的线上扩展
8、功能,包括作者对论文背景的语音介绍、该研究的附加说明、与读者的交互问答、拓展学术圈等。读者“扫一扫 此二维码即可获得上述增值服务。doi:10.19983/j.issn.2096-8493.20230073作者单位:1深圳市第三人民医院/国家感染性疾病临床医学研究中心,深圳518 112;2 深圳市卫生经济协会,深圳518 0 2 0;3国家科学技术部重大科技专项司,北京10 0 8 6 2;4中国医学科学院北京协和医学院/北京协和医院内科学系感染内科/疑难重症及罕见病国家重点实验室,北京10 0 7 30;5复旦大学基础医学院,教育部/卫健委/医科院医学分子病毒学重点实验室,上海2 0 0
9、0 32;首都医科大学附属北京胸科医院,北京10 1149通信作者:朱国峰,Email:z h u g f 2 0 14 12 6.c o m;余卫业,Email:;汪源,Email:;刘晓清,Email:liuxq ;高谦,Email:q i a n g a o f u d a ;李亮,Email:l i l i a n g 6 9 v i p.s i n a.c o m;卢洪洲,Email:luhongzhoufudan,262以2 0 2 0 年初起横扫全球的新型冠状病毒感染疫情(简称“新冠疫情”)为标志,全球传染病领域的竞争形势发生重大变化。曾经在日常中被逐步轻视,甚至忽略的传染病问题
10、,从“都已经是可防可治”的麻痹认识中,再次被猛烈地强化和突出起来。尤其是在人类生活方式发生全球性重大改变的情况下(人口城镇化集中,交通方式多样和便捷,大规模的人口流动),在人类与自然界其他微生物接触机会越来越频繁的情况下,如何有效应对从未面对过的感染性疾病的发生和可能的新型传染病问题和危机,已经成为今后全球传染病领域技术话语权、经济收益权和政治影响力竞争的核心。一、全球传染病领域形势变化的3个特点当前全球传染病领域形势的变化主要表现为以下3个特点:第一,是否具有决定这个领域未来技术地位和能力的高科技竞争实力,即有没有全球领先的科研技术实力,能不能落实这样的技术实力,所谓的科研实力在全球竞争格局
11、中究竟是强或不强;第二,是否能够把传染性疾病负担问题转变成发展助力,即疾病负担是临床需要面对的实际问题,这样的问题是否能够成为新技术和产品科学验证的有效资源,而不再是一种纯粹的健康和经济负担;第三,本国的产品技术实力和公共卫生临床经验在这个领域中的实际影响力大小,即这样的影响力是存在于本地、本省、本国或是全球,其对全球这个问题的解决贡献表现形式是什么?在全球结核病防治领域科研的国家实力的竞争中,如何落实以上3个特点就聚焦在对以下3个具体问题的竞争中:第一,能不能高举领域核心竞争的结核病比较免疫学高科技大旗,引领全球结核病防治创新理论、创新疫苗、创新药物的研究和临床前动物实验评价;第二,能不能进
12、行具有国际标准水平的新药物和新疫苗的临床试验评价;第三,能不能将本国的结核病防治经验和意见转变为全球结核病防治领域的标准和指导意见。这就是全球结核病领域科技创新竞争中所谓“一举两占”的策略和形势。二、结核病领域“一举两占”策略的具体含义(一)什么是“一举”结核病领域面临的最迫切和关键的问题,就是怎样才能对结核病的免疫调控机理具有更加深刻的科学理解和认识,如何才能获得真正有效的疫苗和药物。以结核分枝杆菌全基因组测序工作完成为节点,代表着结核病领域研究前一个时代巅峰式的成就,同时也代表着一个必须站在现代分子遗传学成结核与肺部疾病杂志2 0 2 3年8 月第4卷第4期JTubercLungDis,A
13、 u g u s t2 0 2 3,V o l.4,No.4就基础上需要的全新理论、技术和方法新时代的到来。自2 1世纪以来,以Ag85A候选疫苗临床试验、免疫原计算机预测、大规模临床患者基因组测序、病理组织功能细胞单细胞测序等为代表的工作,在已经规模化成熟的技术群支撑下进行了很多的尝试和研究。实践证明,在基本技术逻辑、思想和体系没有本质突破之前,结核病免疫学领域的研究,以及随之而来的结核病新疫苗研发、新药物研发、新诊断技术的研发,都会陷入到既有仪器和技术功能简单穷举的盲目循环状态,难以产生对这个领域有更大更深影响力的科技成果和能力。影响和即将决定结核病研究领域科学突破的具体方向和时机在哪里?
14、这个历史性突破的方向就是以结核分枝杆菌基因敲除突变体文库、结核病系统动物模型(小鼠、豚鼠、猴子)、结核病系统免疫原筛选验证等3个核心技术为基础工具的结核病比较免疫学研究2 。随着约40 0 0 个结核分枝杆菌基因敲除突变体(突变体文库)在感染宿主中对宿主免疫系统调控研究的进行,结核分枝杆菌与宿主互作所能够诠释的自然界遗传体系互动关系的原则和规律,即结核病发生发展的科学原理,也将深入到一个全新的境界和高度。在结核病比较免疫学领域的能力、水平和贡献,这将决定一个国家在未来结核病领域创新研究的能力和水平,将决定一个国家在新型疫苗和药物研究中的实力和地位,将决定一个国家在世界未来结核病防治领域中的贡献
15、和话语权。所以,“一举”就是高举结核病比较免疫学新技术时代的高科技大旗,用技术的绝对实力,实现在全球结核病免疫学领域科技创新研究的领先和突破,在结核病比较免疫学形成、发展、壮大、成熟的过程中,成为理论、技术、产品创新最大的贡献者、支撑者和引领者。结核病比较免疫学的竞争,就是决定今后结核病防治研究工作在未来全球技术体系中价值和成就的基础和关键。(二)什么是“两占”第一,占结核病临床负担向科研资源转型机遇之机。作为全球结核病高负担国家,中国每年新发现结核病患者接近90 万例3,在国家卫生社会资源支撑能力和患者意愿普及提高的情况下,这样可控可管理的患者对于开展结核病疫苗和药物评价的临床评价试验就是非
16、常重要的基本资源。依托我国体系完善、覆盖全面的结核病临床和公共卫生管理体系,在仍然存在大量结核病患者和潜伏感染者的实际情况下,培养熟练遵循国际标准疫苗和药物临床结核与肺部疾病杂志2 0 2 3年8 月第4卷第4期JTubercLungDis,A u g u s t 2 0 2 3,V o l.4,No.4试验人员,加快形成具有国际水平的结核病疫苗和药物临床试验能力的科研资源。第二,占中外传染病防控政策的交流关口转型之机。在新冠疫情持续变化发展的形势下,原本并不显著的一系列技术能力需求和政策管理的全球性协调机制,逐渐呈现出函待提高、改进和完善的特点。作为逐步成为全球新型经济发展动力引擎的中国,在
17、解决既往历史重大传染病负担的问题上仍然有很多的工作要做,同时也会承受新发传染病临床和公共卫生防治工作的巨大压力。如何在全球传染病领域技术、经济、政治交互转型的过程中,充分发挥我国情况类型丰富、政策开放灵活、适应性强的区域性实践经验的特点,在解决各种类型结核病防治问题的过程中,加快形成新的促进国内国际结核病防控能力和经验交流的管理形式及机制。三、结核病比较免疫学之举(一)全面深入的科技创新在对结核分枝杆菌基因敲除突变体文库、结核病系统动物模型(小鼠、豚鼠、猴子)、结核病系统免疫原筛选验证3个核心技术的应用组合普遍没有深入理解和认识的情况下,很多人刚刚听到或看到这样的技术,很难对其应用和产出发展的
18、能力及潜力真正理解。这样3个或许是曾经听到、看到、甚至是和他人热烈讨论过的寻常技术,为什么会具有决定未来理论、技术、产业、文明升级发展的神奇作用?在对重大技术和理论创造过程的介绍中,人们往往都习惯性地从感官、心理、文字记录上给这样的创造营造出一种“神光天造”的必然。以至于在科技历史的认识和学习中,后来者总是会从事件发生时有限的历史描述(很多已经是缺乏准确性的感性描述)中,慕选出与事实和技术逻辑关联并不强大,但情感逻辑却很强大并具有一定冲击力的文学叙述。而在外围渐行渐远的人士的头脑中,则会进一步模糊真实的历史细节,得出具有更加广泛社会共同喜爱的对“天才”的崇拜思想。重温聚合酶链式反应(PCR)这
19、个伟大技术发明的历史4。我们首先可以提出两个问题:PCR技术的核心内容是什么?为什么这个技术的发明者KaryMullis籍此获得了19 9 3年的诺贝尔化学奖?从社会构成的技术远端来讲,经历了新冠疫情的人们都已经熟悉核酸检测/DNA检测,但绝大多数的人仍然不会知道这个检测是通过PCR技术来进行的;跳进生物和医学研究的领域,在每天熟练进行DNA扩增的技术人员中,能够解释清楚第2 个问题263的人实际上也是非常有限的。这个技术的伟大之处,就在于其将分子生物学(遗传学、生物化学、免疫学、医学、检验学)技术和操作由曾经局限在全球几个顶级实验室中的学术贵族行为,变成了所有人都可以有能力有机会开展的日常行
20、为,这是现代分子生物学领域突飞猛进的最重要的工具技术基础。再回答第1个问题,PCR技术是由3个内容(认识和技术)构成的:(1)加热能使DNA双链分离;(2)高浓度单链DNA短片段可以快速结合到分离成单链的DNA模板上;(3)DNA聚合酶能够将脱氧核苷酸以单链DNA为模板将短片段DNA(引物)延伸合成配对的DNA,复制形成新的双链DNA拷贝。这样的3个认识,在PCR技术被发明之前已经是分子生物学和生物化学领域中被广泛学习和普及的知识,正是这样3个当时已经并不特别令人惊艳的普通认识和技术,却集结在一起成为改变分子生物学发展的革命性技术。支撑结核病比较免疫学研究的3个基本核心技术,就其本质而言都是已
21、经成熟或接近成熟的领域必需的技术,在结核分枝杆菌基因敲除突变体文库构建技术上,目前需要继续补足的是生长必需基因的突变体构建技术;在结核病系列动物模型中,小鼠模型已经完全成熟,豚鼠模型受免疫试剂开发限制仍然有待完善,猴子模型则是在免疫试剂和分析研发技术中仍有较大发展空间;在免疫原通量筛选和验证技术上,已经普及和验证了干扰素斑点实验(T细胞免疫原)和蛋白质芯片(B细胞免疫原)两个初期代表性技术,结合已经升级发展的新评价分析技术,总体上已经能够支撑目前领域发展的需要。当这样3个核心和基础的技术结合在一起使用的时候,原本难以逾越的结核病免疫调控机理研究技术的壁垒和鸿沟就被辟出了通行的道路,结核病免疫机
22、理研究将成为前所未有的丰富数据积蓄的重大科学认识领域。从基本实验形式上,每一个基因敲除结核分枝杆菌突变体在感染3种宿主(小鼠、豚鼠和猴子)时,其对每种宿主免疫反应(首先是获得性免疫反应谱,包括T细胞和B细胞,宏观状态的)的调控变化是什么,这些变化对应的免疫调控变化分子机理是什么,不同宿主生物类型发生的适应性变化(或不同的免疫保护和免疫调控机制)是什么,等等。这些以往只能是凭空猜测的可能性以及一些基于数据的缥缈幻想,这个时候就会成为简单而必然的现实科学数据。结核病比较免疫学,本质上是人类对于结核分264枝杆菌感染宿主的生物免疫机理研究进入实验大数据时代的开端。在表面畏惧“40 0 0 个突变体构
23、建”和“三种海量动物实验”的“工作量巨大,难以完成”这样非专业体力劳动的认识下,绝大多数的研究人员仅仅是因为畏惧庞大的工作量而远远避开这项工作。然而当一个人的目光既能着眼于这个领域的未来伟大成就,又能认识到自已兴趣和世界水平技术支撑工作的个人能力价值时,由众多有追求、有兴趣、有努力、有进步的研究个体组成的领域中世界领先水平的科研群体,就会自然将这个对于个人而言是庞大而难以完成的目标,分割成不同成就和努力焦点的众多的局部,这个领域的突破和发展也就在同一个标准而且有丰富收获的过程中自然而然地实现了。因此,结核病比较免疫学的全面深入,既是指其研究内容和方向的全面深入,也是指参与这个过程的科研工作者认
24、识和能力的全面深入,还是指其产出的价值、范围和影响的全面深入。这将是一个宏大的历史性的科技工程,是将要由全球众多科研工作者参与和创造成就的伟大领域,更将是一个人类感染免疫科学研究实现新的历史性突破并达到一个新的维度时代发展的必然的爆发点。(二)形成技术代差自1998 年结核分枝杆菌全基因组测序完成51和结核分枝杆菌基因敲除技术发明6 ,结核病领域的基础研究就由传统微生物研究全面进入到分子遗传学研究的时代。我国前期结核病领域的基础研究,总体上是在分子检测技术的基础上进行的,从21世纪初只能对临床数据进行统计和分析,发展到对临床菌株进行基因分型和DNA片段测序,再发展到现在对临床菌株进行全基因组规
25、模的测序分型,核心内容是围绕临床细菌样本的DNA序列和突变检测的观察性工作,即处于分子观察和统计分析阶段。而经典分子遗传学研究的技术和实践,受技术能力和实验设施条件的限制,在全世界发展中国家基本上是没有什么存在和发展的。以至于领域中以为DNA测序和PCR扩增的研究就是“最先进的分子生物学研究”的观念,在发展中国家的结核病研究领域中仍然是居于主导性的认识和坚持。受限于结核分枝杆菌动物实验操作需要生物安全三级设施条件要求的限制,我国结核病研究在结核分枝杆菌-宿主互作免疫机制方面基本处于空白状态,即便偶然几项结核病动物实验,也是缺乏系统和普遍重复的孤例尝试。结核病防治领域能力提高结核与肺部疾病杂志2
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- 结核病 比较 免疫学 应对 全球 挑战 技术 关键
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