2003年春夏,非典型肺炎的严重急性呼吸综合征(severeacuterespiratorysydrome,简称“sars”或“非典”)在全球22个国家和地区爆发,截至4月23日20时,中国内地累计报告病例2422例(医务人员541例),疫情十分严峻。作为一种急性呼吸道传染病,从流行病学来说,当时医疗界对非典型性肺炎(sars)的发病机制、传染途径、治疗方案等情况尚不清楚。为尽快遏制疫情,找到快速诊断、有效治疗的方法成为迫在眉睫的任务。
世界卫生组织(worldhealthorganization,who)迅速建立起由全球10个国家的13个实验室组成的协作研究和监测网络,研究发现,一种新型的冠状病毒极可能是病因。作为重灾区之一的广东省,在第一时间内组织非典型肺炎科技攻关。获悉消息后,4月14日,第一军医大学附属珠江医院率先主动向广东省科技厅请缨,由临床医学实验中心主任、研究员车小燕具体组织攻关,并提出了“全力以赴,只许成功”的要求。
sars出现早期,实验室诊断主要是以pcr为基础的病毒核酸测定,但是试验数据显示,发病14天左右病毒核酸的敏感性大约为70%,而且由于病毒rna容易降解,检测结果容易受样品收集、处理的影响,样本污染可以造成假阳性,而且专门检测仪器价格昂贵,操作中易出现误差。其他诊断方法如抗体检测,体外病毒培养等,也因不稳定或试验条件要求太高且需要时间长而不宜作为常规早期检测方法。
有着长期科研攻关经验的车小燕,以医学科学工作者的敏锐眼光,觉察到利用单克隆抗体技术检测病毒抗原方法,可实现第一时间对“非典”病毒进行快速、准确诊断,且安全有效、成本低廉、便于推广,是实现传染病防治“早发现、早隔离、早治疗”的重要保证。于是,车小燕向珠江医院党委立下“军令状”,目标锁定在非典型性肺炎的快速诊断上。
确定建立抗原检测的早期诊断方法后,面临的首要难题就是选择怎样的靶标。靶标是建立抗原诊断方法的关键,理想的靶标是在病毒中含量丰富、能够早期分泌表达并高度保守、与人体或其他微生物无交叉反应的蛋白。车小燕带领研究团队结合对sars-cov(冠状病毒)基因组结果的分析发现,sars-cov基因编码的结构蛋白主要由棘突糖蛋白(s)、包膜小蛋白、膜蛋白和核衣壳蛋白(n蛋白)组成。通过分析大量资料后,车小燕发现核衣壳蛋白较其他蛋白不易发生变异,结构更稳定,而且抗原性较其他蛋白强,于是,核衣壳蛋白被确定为靶标。
车小燕凭借自己多年在国内外实验室从事分子生物学和免疫学研究积累的经验,经查阅、检索国内外与“非典”有关的文献资料,仅用3天时间,就制定了一份研究制备快速诊断非典型性肺炎病毒试剂盒的可行性论证报告。广东省科技厅“非典型性肺炎”科技攻关领导小组经过可行性论证评估后,很快就将该项目列为广东省“非典”快速诊断的科技攻关项目,投入经费近200万元。4月25日,经与香港大学合作协调,车小燕率领的中心实验室顺利获得课题研究的关键——冠状病毒核心抗原基因片段。
车小燕率领的课题攻关组成立了三个小组同时进行攻关:第一组负责重组蛋白表达、纯化、鉴定;第二组负责酶联免疫方法的建立及应用;第三组负责单克隆、多克隆抗体制备。
制备特异性很高的单克隆抗体是研发sars诊断试剂盒的攻坚点,制备周期通常需要3个多月时间。用经典的灭活全病毒的方法为抗原免疫动物制备单克隆抗体,抗原的纯度及抗原性不如重组蛋白高,产生抗体效价很低,难以达到预期目的;而重组蛋白在表达过程中因与天然蛋白的结构有差异,产生的抗体有时只能识别重组蛋白,不能准确识别sars冠状病毒中的天然抗原。为尽快获得高效价有活性的抗体,研究团队经权衡考虑,决定三管齐下,用灭活sars病毒抗原、重组蛋白及二者交叉蛋白同时免疫小鼠,终于制备并经多种方法鉴定出几十株特异性强且具有良好活性的单克隆抗体。从免疫动物、细胞融合、亚克隆化以及特异性鉴定,车小燕课题组仅用1个半月时间就获得高效价的单克隆抗体,经与“非典型性肺炎”患者恢复期血清进行检验,显示出很好的纯度和免疫原性,已具备快速确诊患者的雏形,建立的快速免疫方法,可在较短时间内免疫动物。
为确保试剂盒检测数据的科学、严谨,在研究过程中,车小燕要求课题组每个同志必须做到全神贯注、精益求精,不放过任何一个疑点,每一个数据都要多次实验、反复比较才确定。在构建抗原检测试剂盒时,车小燕课题组经对几十株不同单克隆抗体同时进行辣根过氧化物酶标记,并两两之间进行一对一的配伍组合,选择出最优的捕获抗体和检测抗体,很快建立了双抗体夹心检测抗原方法。但送检到中国生物制品检定所检定时,检测结果显示对一些毒株敏感性较低,检测抗原不够灵敏。为了使检测结果达到标准,车小燕带领课题组把制备的多株单抗重新进行配对组合,将单克隆抗体一对一、一对二、一对三……用几十种配伍方式对非典型性肺炎冠状病毒广东株、香港株、北京株、美国毒株等10多种毒株进行敏感性检测。功夫不负有心人,经过数百种组合的检测后,终于发现用三种特异单克隆抗体作为捕获抗体、用一种单克隆抗体作为检测抗体的检测方法能达到非常高的灵敏度,且与其他病毒无交叉反应。不到10天时间,一种新的配伍方法筛选出来了,经复核,该方法对世界各地分离出的不同非典型性肺炎病毒毒株均能实现敏感检测,建立的非典型性肺炎冠状病毒抗原诊断方法符合质量标准。在对2000多例患者血清样品进行反复检测过程中,试剂盒可以在发病的第一天从血中检出非典型性肺炎病毒,对发病1—10天内的病毒抗原检出率达到了90%以上,准确率高达99%。
具有高灵敏度和特异性的酶联免疫sars诊断试剂盒终于初具雏形,但科研工作者精益求精的特质,让车小燕继续追求更精确的诊断方法,她将酶联免疫法与化学发光法结合,与北京伟晓生物科技有限公司合作,进一步研发出较前更加灵敏的双抗体夹心抗原捕获elisa(化学发光法)试剂盒。
从接受任务到“非典”病毒抗原检测试剂盒研制成功,短短8个月时间饱含艰辛,全副身心的超常付出,车小燕课题组于2003年11月在国际上率先建立以非典型性肺炎冠状病毒n蛋白为靶抗原的早期诊断技术,并用该技术研制出两种简易用于检测非典型性肺炎病人血中病毒抗原的诊断试剂盒(酶联免疫法和化学发光法),全国首家通过中国生物制品检定所的技术考核。该试剂盒与抗体检测方法相比,具有特异性强、敏感度高、稳定、可靠、操作简便、检测成本低等优点,对早期诊断sars控制疫情蔓延具有重要意义,非常适用于基层单位、发热门诊推广应用。
2004年6月2日,sars冠状病毒抗原诊断试剂盒率先通过国家食品药品监督管理局(sfda)审批,获得sfda颁发两个新药证书和生产批准文号。这是广东省防治非典型性肺炎(sars)科技攻关取得的世界级重大成果,是国际上首个研制成功的非典型性肺炎病毒血清抗原的检测试剂产品,被卫生部列为非典型性肺炎(sars)实验室诊断的新指标,编入2004年新修订的《sars诊疗方案》,并作为中国sars研究的标志性成果之一入选2004年中国医药科技十大新闻,获得了2005年中华医学科技一等奖。国内外微生物及传染病领域的权威学术刊物和负有盛名的《nature》杂志对此研究成果纷纷作重点介绍。广东省委副书记、省长黄华华专门给课题组写下批示:“可喜可贺,再接再厉,多出成果!”。