道奇池塘位于康涅狄格州莱姆郊外,是一个普通的英格兰新湖。它是蓝鳃太阳鱼和鲱鱼等鱼类以及水蚤、藻类和细菌等较小生物的家园。道奇池塘里也有病毒,其中大多数会感染其细菌。而道奇池塘的一种名为 OMKO1 的病毒,现在已在医学史上占有一席之地。
今年早些时候,在一项实验性治疗中,医生将 1 亿个 OMKO1 病毒注入一位男子的胸部,以挽救他的生命。
我最近见到了这个人。阿里·霍达杜斯特博士是一位在道奇池塘以东 40 英里的纽黑文工作的眼科医生。当我到达霍达杜斯特的候诊室时,他正和他的秘书一起检查一些表格。他浓密的头发几乎和他医生的白大褂一样白。我们走进他的办公室,霍达杜斯特走路缓慢而谨慎。“我随时都可能摔倒,”他坦言。
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如果我 80 岁并且在过去的四年里一直在与一种破坏性的感染作斗争,我也会这样。考虑到所有因素,霍达杜斯特的健康状况似乎良好,当然足以聊两个小时关于 OMKO1、他的疾病以及他移植角膜和培训新医生的漫长职业生涯。
在我们的谈话中,他有时会小心地从椅子上站起来,带我走过走廊,以便他可以向我展示记录他在约翰·霍普金斯大学和耶鲁大学以及在他出生的伊朗城市设拉子工作时的褪色相框照片,他回到那里建造了一家眼科医院。
2012 年,这一切都停止了。“我星期五在手术室工作,星期六我去慢跑,”霍达杜斯特告诉我。“在慢跑结束时,我感到轻微的呼吸急促。我的两个兄弟都心脏病发作过,所以我说我要去检查一下。”
霍达杜斯特最终做了冠状动脉搭桥手术;他的心脏病专家用一块塑料网修补了他主动脉的一部分。整个手术进行得非常顺利,之后霍达杜斯特回家休养。但情况很快就急转直下。在 48 小时内,他发烧不止,不得不被送回医院。当外科医生打开他的胸腔时,他们发现感染已经破坏了他的胸骨,他的胸腔里充满了血液和脓液。
当耶鲁纽黑文医院的外科医生迪帕克·纳拉扬博士看着霍达杜斯特的胸部时,他确切地知道发生了什么。他的主动脉上有一块苔藓绿色的斑块。一定是感染了一种名为铜绿假单胞菌的常见细菌。“你一看就知道是什么,”纳拉扬说。
在纳拉扬和其他医生甚至考虑治疗感染之前,他们必须挽救霍达杜斯特的生命。“他病得太重了,他的心脏实际上在手术台上破裂了,”纳拉扬说。他和他的同事用一块肺组织修补了霍达杜斯特的心脏,然后排出并清理了他的胸腔。当他们最终完成时,他们用他腹部的一层脂肪膜保护了他的心脏,然后用肌肉和皮肤封闭了他胸骨所在部位的间隙。他们怀疑他不会活太久。
当霍达杜斯特回忆起那个时候时,他记得自己身处绝对的黑暗之中。“一根细细的线从我身上延伸到无限远,”他说。
他觉得自己被赋予了一个选择。“你想回去还是不回去?生存还是毁灭?我想象着我的孩子们,我想象着我的妻子。他们的眼中充满了泪水。”霍达杜斯特决定回去。“我怎么能不回去呢?”
“这不是生活”
霍达杜斯特在手术中幸存下来。但是现在纳拉扬和其他医生必须与几乎杀死他们病人的感染作斗争。铜绿假单胞菌对健康人无害,但对任何免疫系统较弱的人都可能是致命的。患有囊性纤维化的人的肺部会感染铜绿假单胞菌,这会导致致命的肺炎。霍达杜斯特可能是因为一小块细菌感染,这种细菌生长在他用来修复主动脉的网状物上。
纳拉扬和他的同事开了一种重剂量的抗生素来清除感染。但是这种细菌却产生了耐药性,无法根除。与此同时,霍达杜斯特的身体使情况变得更糟。它通过形成一个称为瘘的隧道状腔来对感染做出反应,该腔在其胸部表面形成一个孔。他的假单胞菌也在瘘管中定植。
在医院使用抗生素治疗三个月后,霍达杜斯特被允许回家。他仍然患有严重的感染,这需要他在胸部保留一个静脉输液接口。他每天必须服用三次大剂量的抗生素,以控制细菌。然而,微生物仍然不时地会克服药物的作用,引起败血症,并将他送回医院进行更积极的治疗。纳拉扬和他的同事排除了任何更多的手术。如果他们试图取出受感染的塑料网或关闭瘘管,他们可能会使感染扩散得更广,并杀死他。
“他们不敢碰我,”霍达杜斯特说。“我不怪他们。”
霍达杜斯特陷入了痛苦的医疗困境。“胸部连接着一根管子,每八个小时必须服用 8 克抗生素,这样的生活没有任何意义,”他说。“这不是生活。”
然后,突然之间,纳拉扬收到了一位有想法的人的来访。他的访客是一位名叫本杰明·陈的年轻科学家。陈想知道纳拉扬是否想测试一种针对感染的实验性武器。也许病毒可以杀死抗生素无法杀死的细菌。
陈绝不是第一个有这种想法的科学家。感染细菌的病毒,被称为噬菌体,是在一个世纪前发现的。它们通过滑入微生物宿主内部并劫持其生物化学物质来制造许多新的自身拷贝来谋生。许多种类的噬菌体随后会从宿主中爆裂出来,在此过程中杀死它。噬菌体的发现者之一,一位名叫菲利克斯·德海勒的加拿大医生,立即认识到它们可能能够治愈细菌感染。
德海勒的治疗方法被称为噬菌体疗法。到 20 世纪 20 年代,它在欧洲和北美很常见。你可以购买用于皮肤感染的含有噬菌体的粉末。德海勒将其噬菌体带到包括埃及和印度在内的国家,以控制霍乱和其他疾病的爆发。
然而,一旦抗生素出现,噬菌体疗法几乎在大多数国家消失了。医生对抗生素更有信心,因为它们是可以进行严格测试的简单化学物质。相比之下,噬菌体是神秘的、准生物的物质,科学家们仍然知之甚少。尽管噬菌体疗法取得了明显的成功,但其支持者并未充分证明它是可靠的、安全有效的。
噬菌体疗法在苏联仍然很流行。斯大林的士兵在二战期间用病毒治疗伤口。在共产主义垮台后,一些前苏联的研究人员将噬菌体疗法带到了西方,这一次它引起了更多的兴趣。数十年的抗生素处方,以及在牲畜中大量使用这种药物,推动了耐药细菌的进化。噬菌体疗法可能在抗生素失效的地方起作用。
尽管如此,从那时起,噬菌体疗法的研究仅在小范围内缓慢进行。怀疑论者提出了许多关于它是否可以在大量患者身上发挥作用的问题。他们还担心,在某些情况下,细菌可能会像对抗生素一样对噬菌体产生耐药性。如果医生用噬菌体轰击患者,他们可能会促进耐药性的进化。
“你重新制造了最初的问题,”耶鲁大学的病毒学家保罗·特纳说。
特纳研究噬菌体已经二十多年了,近年来他一直在研究如何将他所学的知识应用于噬菌体疗法。2013 年,他聘请陈担任副研究科学家,领导该项目。陈的首要任务是寻找新的噬菌体,他们可以用这些噬菌体以新的方式对抗感染。
一个大胆的计划
寻找噬菌体是容易的部分。这些病毒在世界上的供应量是难以想象的巨大——据估计,地球上有 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 个噬菌体。
不过,陈不想仅仅找到任何噬菌体。他想找到感染机会性感染物种的噬菌体,例如铜绿假单胞菌。他希望噬菌体能够与抗生素一起起作用,而不是取代它们。
他的逻辑很简单。例如,铜绿假单胞菌通过建立强大的泵来抵抗抗生素,这些泵会在药物造成伤害之前迅速将其冲走。陈和特纳想知道是否有一种噬菌体通过落在这些泵上并将基因注入内部来感染细菌。
如果存在这种病毒,它可能能够杀死感染中的大量铜绿假单胞菌。细菌生存的唯一方法是发生突变,使其无法制造泵。噬菌体无法侵入它们。但在此过程中,它们会让自己容易受到抗生素的影响。有可能在噬菌体疗法后使用抗生素并完全清除感染。
陈开始寻找他假设中的病毒。他搜寻了土壤、污水、堆肥和水的样本。他从样本中提取出噬菌体,然后将它们释放到铜绿假单胞菌上,以观察是否有任何噬菌体可以感染它。为了确定它们是否利用了细菌的抗生素泵,他观察了它们是否可以感染他改造过的、不含泵的微生物。
他不断地发现新的噬菌体,但没有一个完全符合他的梦想。
然后,陈抓取了一个实验室里另一位科学家几个月前在道奇池塘采集的水样。他也在这水中发现了一些噬菌体。“就在一个随机的夜晚,我试了一下其中一个,它起作用了,”陈说。它通过一种名为外膜孔蛋白M的分子,攻击了铜绿假单胞菌的泵。陈将他梦想中的病毒命名为OMKO1(外膜孔蛋白M敲除依赖型噬菌体#1的简称)。
陈和特纳开始在培养皿中研究OMKO1及其细菌宿主。但他们想知道它是否真的能帮助人们。噬菌体疗法尚未获得食品和药物管理局的批准用于常规使用。但陈和特纳想知道,对于那些无法用抗生素治愈的患者,该机构是否可能会给予“同情使用”的例外。
“你知道,”纳拉扬告诉陈,“我为你找到了病人。”
纳拉扬给了陈从霍达杜斯特的感染中培养出来的铜绿假单胞菌。陈将OMKO1释放到细菌上,正如他所希望的那样,它杀死了大部分微生物。当他检查幸存者时,他发现它们的泵已经改变,噬菌体无法入侵。但随后,陈可以用之前无法治愈霍达杜斯特的抗生素杀死它们。该实验表明,这种噬菌体可能可以消除他的感染。
纳拉扬制定了一个详细的治疗计划,然后获得了FDA的批准。与此同时,陈培养出OMKO1,使其对霍达杜斯特的细菌更具杀伤力,选择杀死微生物速度最快的病毒来产生下一代。然后,他小心地制备了一批纯化的病毒,这批病毒必须由外部实验室进行污染物检测。
最终,在2016年1月,陈带着一个装有OMKO1病毒和一种名为头孢他啶的抗生素混合物的注射器前往耶鲁纽黑文医院。
陈非常担心。尽管他已经尽一切努力确保手术顺利进行,但仍可能出错。病毒可能找不到它们的微生物受害者而被冲走。如果它们确实感染了细菌,情况实际上可能会变得更糟。OMKO1可能会一次杀死太多微生物,以至于霍达杜斯特可能会陷入休克。
“我清楚地记得他们推来的红色小车,上面装满了所有让这家伙起死回生的设备,”陈说。“我想,‘哦,天哪,这不能搞砸了。’”
纳拉扬将针头推入霍达杜斯特的胸部,缓慢地推进。然而,当针头到达主动脉时,医生发现血管壁形成了厚厚的疤痕。尽管进行了数小时的探查,他们仍然找不到可以向感染部位注射病毒的地方。“压力太大了,”陈说。
纳拉扬和他的外科团队决定采用B计划。他们将噬菌体和抗生素放入瘘管的开口处。如果他们幸运的话,噬菌体会在那里遇到细菌,并自行向下到达主动脉。
手术后,霍达杜斯特回家了,继续每天服用抗生素,后来又回到了设拉子,与那里的亲戚们共度时光。噬菌体疗法五周后,一小块骨头刺入了霍达杜斯特的瘘管,导致大量出血。尽管有风险,他在伊朗的医生还是决定必须进行手术。
“他们别无选择——他两分钟内就会死,”纳拉扬说。
医生再次打开了霍达杜斯特的胸部,修复了损伤,并用新的移植物放置了塑料网。手术挽救了霍达杜斯特的生命。但更令人惊讶的是,当他的医生检测霍达杜斯特胸部的组织中是否有假单胞菌时,他们什么也没发现。
“你身处风暴中心,但看不到任何假单胞菌,所以显然肯定是有些东西杀死了它,”纳拉扬说。
霍达杜斯特在夏天来到了纳拉扬的办公室,他的胸部没有静脉输液端口,也不再服用抗生素。他从四年的感染中完全康复了。“我简直不敢相信,”纳拉扬说。“他看起来像一百万美元一样精神。”
未来的道路
今年秋天,纳拉扬和他的同事在一次医学会议上介绍了霍达杜斯特的故事,并且正在撰写关于OMKO1和该案例研究的报告。
他们很高兴霍达杜斯特的状况良好,但他们不想从一个单一的案例中得出太多关于噬菌体疗法的教训。“仅仅因为我们发现了一些东西并不意味着我认为它会拯救世界,”特纳说。“我还没有被说服。我想看到数据。”
幸运的是,有迹象表明噬菌体疗法将获得其成为医学常规组成部分所需的一些关注。例如,1月份,美国国立卫生研究院宣布了一批拨款,用于资助噬菌体疗法的研究。美国国立卫生研究院的研究人员还将使用OMKO1进行动物试验。他们将在小鼠身上测试它对铜绿假单胞菌感染的效果,实验结果应在明年夏天准备就绪。如果结果良好,可能会对OMKO1进行小型临床试验。一种可能性是在囊性纤维化患者身上测试该病毒,看看它是否可以战胜顽固的铜绿假单胞菌肺部感染。
就他自己而言,霍达杜斯特说,他很感激病毒在他真正重获新生中所做的任何好事。“我不后悔我决定接受治疗,”他说。