2006/6/11

預防癌症的疫苗之一:百轉千折的過程

2006年6月8日,美國藥物食品管理局FDA通過了默克藥廠(Merck)所生產的一種新疫苗Gardasil,成為人類醫療史上第一種獲准上市用來預防癌症的疫苗。Gardasil是預防感染某幾種品系的人類乳突病毒(human papillomavirus, HPV)的疫苗,而HPV的感染就是導致成年女性產生子宮頸癌的重要因素,所以藉由施打這種疫苗,可望有效減少女性子宮頸癌的發生。

這個疫苗是怎麼發展出來的呢?其實是一段不在預期計畫之外的發展。至少研發者之一本人在我們系上的演講時是這麼親口說的。

我們系上每周一中午有固定的「甜甜圈演講」,一般都是聘請外校的學者來演講,系上備有甜甜圈與咖啡熱茶當點心。不過這學期請來的講者卻有一點「來路不明」,不是講者名不見經傳,就是講題非主流正統的基礎生物科學研究。此外還有一大半是本校其他系的教授自己人來演講。我們都私下懷疑是不是系上缺錢付旅館交通費,還是學校名聲不如過往,請不到人了。在這些講者中,有一個就是我們學校醫學中心感染病部的教授Robert Rose,他的講題是From bench to bedside: development of an effective vaccine for cervical cancer。子宮頸癌疫苗?這是什麼東西?我本來看到又是自己學校的人來充場面,有點興趣缺缺不想聽。不過實驗沒做出來,肚子又很餓,看在甜甜圈份上就跑去聽了,卻發現聽眾比想像中多很多,聽著聽著才意識到這是件大事情。

Rose很謙遜,看起來不像明星人物,他一開始就很坦白說他們當初並不是要研究什麼疫苗,甚至他自己當年根本也沒想到要做研究。他自紐約州立大學畢業後,輾轉跑來我們學校醫學中心當研究助理,老闆是一位醫生。他們的計畫是要研發一種試劑來檢測HPV。原來人們早已知道某幾種特定品系的HPV是女性子宮頸癌的元兇,而子宮頸癌曾是造成女性癌症死亡的主要類型。不過後來發明了子宮頸抹片檢查(PAP test),讓成年女性可以借由定期檢測來早期發現與治療,六分鐘護一生,大大減少了子宮頸癌奪走女性生命的危險。不過抹片檢查主要是藉由染色,觀察表皮細胞有癌化發生時的型態變化,問題是有其他品系HPV感染不會致癌,細胞也可能會有類似的改變,所以有誤判;其次是染色觀察要技術員操作,透過顯微鏡下判讀,要經驗與技術,不是一般人可以自己做;而且伸入子宮頸抹片取樣並不是讓人很自在的動作。所以當年Rose他們想的是發展一種像驗孕棒一樣的試劑,只要滴一滴血,等個幾分鐘,看看會不會變顏色,就知道有沒有感染會致癌的HPV了。

他們的構想是:如果人體感染上會致癌的HPV品系,體內的免疫系統就會產生特定相對應的抗體,所以把致癌HPV上的蛋白弄在試劑上,就可以藉由偵測這些特定抗體來得知有沒有感染到致癌HPV了。所以起初他們設法要弄到致癌HPV的蛋白,但是這類病毒卻不能用一般的細胞株培養,所以很難取到足夠的量。他們還去分離牧場取牛的組織器官,但是隨後就知道牛身上的病毒跟感染人的差太多,不能用。於是利用分子生物技術,他們把幾段病毒蛋白外鞘的基因引入大腸菌,利用大腸菌當工廠來生產,經過一連串失敗,終於成功拿到一個HPV蛋白。下一步,要測試他們的構想對不對,所以要比較受到HPV感染而致癌者與未受過HPV感染者的血液中,會不會有特定抗體對他們拿到的這個蛋白來識別。問題來了,什麼人是未受HPV感染的呢?原來女性之所以會感染HPV,主要傳播媒介就是男人!HPV是藉由性接觸,由男伴傳染給女性。他們總不能堂而皇之說徵求處女捐血做研究,這樣侵犯個人隱私,而且科學上也難判定志願者真否沒有性經驗。所以最後透過教會幫忙,採集了羅城本地的修女志願者的血樣。拿到材料做實驗,結果卻令人失望──實驗組與修女對照組,並沒有差異。換句話說,受感染者血液中並沒有可以識別他們在大腸菌中生產的這個HPV蛋白的抗體。無獨有偶,約略同時,在加州有另外一個研究群跟他們做了幾乎一樣的實驗,只不過加州的研究人員是採集青春期前小女生的血液當對照組。所以他們推想用大腸菌代工這招行不通。

此時有人建議他們試試醫學院剛引入的一種特殊老鼠。他們發現人類的HPV竟然可以感染這種老鼠,形成膿包,收集到高量的病毒當做研究材料。於是他們拿了這些原生型的病毒當試樣,又回頭去測試人類患者與修女血液,終於發現患者血液中確實有會識別原生型病毒的某種抗體,修女對照組中則沒有。Rose說,他們得到幾個結論:第一,感染者體內真的會產生抗體;第二,患者血液中的抗體或許必須識別病毒的某種原生立體構型,所以先前他們用大腸菌代工生產的實驗會失敗;第三,修女是很誠實的,沒有騙人。

在這個過程中,Rose乾脆就申請當研究生,拿到碩士學位與通過資格考,然後繼續進行博士論文研究。不過利用養老鼠來養病毒,實在不是很方便乾淨,所以他們換了另一個系統:桿狀病毒表現載體系統,這種感染昆蟲細胞的桿狀病毒正常會大量製造岀多角體蛋白,但是這種多角體蛋白的有無其實與病毒能否存活無關,所以人們可以改造一下這種桿狀病毒,把多角體蛋白基因替換成其他想要生產的蛋白基因,桿狀病毒就會大量製造這個新蛋白質。這時就只要養昆蟲細胞株,讓桿狀病毒在裡面大量滋生,然後收集病毒顆粒,就可以拿到桿狀病毒系統代工生產的蛋白質了。

Rose利用這個載體系統,成功地產出HPV的蛋白。同時他也在參加學術會議時,聽說有些病毒的蛋白外鞘在自然狀態下,可以自行組合岀完整病毒的三度空間立體構型,因此他就試試看利用桿狀病毒載體系統生產的HPV外鞘蛋白會不會也自行組合,結果利用電子顯微鏡觀察,果然,這些蛋白可以自發性地組合岀具有病毒外觀的顆粒。這些類病毒顆粒就像個病毒空包彈,看起來就跟真的HPV病毒一樣。但卻是個裡面沒有HPV病毒的基因與其他致病蛋白質的空殼鞘。他們對這些類病毒顆粒做了檢測,發現這些顆粒可以被病患血液中的抗體所識別,可見這些顆粒確實跟真的病毒有相似的立體構型。後續進一步實驗更發現利用這種空包彈類病毒顆粒也可以引發人類細胞的免疫反應,產生與類病毒顆粒中和的抗體。這時候起,他們開始真的認真思考說不定這種東西可以用來作為疫苗。

要做疫苗,就要能使未受感染的動物產生拮抗的抗體,而且這些抗體在遇到真的病毒時還必須要能夠與真病毒反應,中和掉真病毒的活性,進而抑制真病毒在動物體內感染增殖。他們首先用老鼠做實驗,花了一番功夫克服人類HPV病毒無法感染老鼠的問題,終於證明了施打類病毒顆粒的空包彈可以預防老鼠感染真的病毒。動物實驗有效果,他們開始申請進行第一期人體的臨床實驗,就在學校的醫學中心進行,對小規模的志願者,測試這些類病毒顆粒對人體有無毒性與有效的劑量是多少。結果令人滿意。

通過第一期臨床測試,接下來的故事就由跨國大藥廠接手,他們才有財力與能力去從事第二期與第三期的測試。兩家大藥廠默克與葛蘭素史克(GSK)跟他們簽約,取得特許權,開始研發測試要用怎樣的佐劑,何種劑量與注射程序,如何達成量產規模….。其中還跟約略同時發展出類病毒顆粒空包彈的美國馬里蘭州與澳大利亞等三個不同研究群打過專利特許權官司。但是撇開這些不提,總之第二期測試也進展順利,進入第三期全球大規模的臨床實驗,效果十分良好。於是默克開始向美國FDA申請核准上市。

Rose是在四月中旬來到我們系上演講,他說藥物食品管理局FDA可望在今年六月初宣布審查結果,距離他當初接觸這個研究將近二十年過去了。一路上百轉千折,就這樣發展出史上人類第一種可以預防癌症的疫苗。

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