致力于阻止朊病毒疾病的已婚研究者

没有人期望过上一种“之前”和“之后”的生活，被一个单一的决定性事件划分为前后的时刻。当我们相遇、相爱并在索尼娅位于宾夕法尼亚州赫米蒂奇的后院结婚时，我们并不知道我们正处于“之前”的生活。我们无意放弃我们法律和工程领域的职业，去从事一个不同领域的入门级工作。我们无法想象从头开始学习一个全新的学科，也无法想象有一天我们会背靠背地为我们的生物医学研究博士论文答辩——我们的演示交织在一起，形成了一个首次治疗致命神经退行性疾病的愿景。

2011年10月9日，我们突然进入了“之后”的生活，当时索尼娅得知她有患上一种罕见DNA突变的风险，这种突变几乎肯定会让她英年早逝，死于一种快速进展的脑部疾病：朊病毒病。这种疾病发生在一种名为PrP的蛋白质（正常存在于我们的大脑中）变形为异常形式（称为朊病毒）时。（令人困惑的是，正常版本的蛋白质——PrP，或朊病毒蛋白——是在变形版本，即朊病毒被发现和命名之后命名的。）朊病毒会导致它接触到的其他PrP拷贝也扭曲成朊病毒。这种蛋白质错误折叠的级联反应在大脑中蔓延，以超过任何其他神经退行性疾病的速度杀死脑细胞。

到年底，我们知道索尼娅确实遗传了可怕的突变。从那时起，我们就肩负着一项使命。成功意味着保持索尼娅和像她一样的人的大脑健康，并在数年或数十年内保持完全功能，最好是一辈子。失败意味着在她的黄金时期，索尼娅将几乎在一夜之间被击倒。在她出现第一个明显的症状后的几周内，她将遭受毁灭性的脑损伤，不再是原来的那个人。

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因为一种单一的——而且显然是可有可无的——蛋白质PrP是导致这种疾病的原因，我们希望当前的技术可以减少其在大脑中的含量，从而减少致命朊病毒传播的燃料。问题在于朊病毒病进展的速度惊人：我们赢得这场战斗的最佳机会是在灾难发生之前采取行动。但是，预防疾病——而不是仅在疾病发生后才进行干预——并非一如既往的业务。八年过去了，我们每天都在进行一场艰苦的斗争，以开创药物开发的新范例：不仅要测试一种有希望的药物减缓疾病进展的能力，还要测试其保持健康大脑更长时间健康的能力。

危机之年

在我们得到消息的几个月前，我们亲眼目睹了朊病毒病在索尼娅的母亲卡姆尼身上的进展。2010年2月，她仍然身体健康，认知功能良好，但由于视力模糊去看眼科医生。3月17日，当索尼娅打电话祝妈妈52岁生日快乐时，卡姆尼已经无法完整地说完一句话而不失去思路。5月份，她开始说胡话，认出家人的次数不到一半，并且忘记了自己已经无法行走——这意味着尽管我们尽了最大努力，她还是反复起身、摔倒并伤到自己。从6月份开始，她开始坐轮椅，并多次住院。她仍然能够进行眼神交流，但开始躲避触摸，她与亲人相处的舒适感被对戳刺、探查和永无止境的针头的持续恐惧所取代，人类的存在已经意味着这些。到7月份，她已经无法说话、吃饭或坐起来。她的脸上只反映出痛苦，她的眼睛里只有恐惧，因为她不断地与护士用来将她的手绑在病床上的约束作斗争，以防止她拔掉喂食管和结肠造瘘管。8月份，她被永久插管和呼吸机支持，沉默寡言，一动不动。她仍然没有得到诊断。

在那一年里，从最初的危机向外辐射的是二阶和三阶危机。当一个人需要的照顾超过一个人，甚至一个家庭所能提供的时，该怎么办？事实证明，医院不负责回答这个问题。在进行了检查并排除了所有可能的诊断后，病人被送回家，直到下一次不可避免的并发症——头部受伤、肺炎——证明可以再次返回医院。持续的危机模式，以及家庭后勤专业知识的突然丧失，意味着账单未付、账户被暂停、电力被切断。需要明确的是，我们是幸运的。在卡姆尼那一年产生的约100万美元医疗费用中，她的医疗保险几乎支付了所有费用。

12月，她去世了，我们感受到了一种我们从未想象过会与亲人去世联系在一起的情感：解脱。这不是一声告别，而是意识到我们已经告别了。这就是痴呆症剥夺我们的东西——不仅仅是我们所爱的人，还有现在的告别。

卡姆尼去世后，我们慢慢地试图将最糟糕的事情抛在脑后——但最糟糕的事情却抢先一步。当我们那年10月回家参加一位家庭朋友的订婚派对时，我们将索尼娅父亲长时间的沉默和茫然的凝视归因于心碎、孤独和长期疲惫的后遗症。但是，当我们把行李装进汽车准备去机场时，他把索尼娅拉到一边，告诉了我们这个消息，这个消息把我们的生活劈成了两半。尸检显示，卡姆尼的疾病是致命性家族性失眠症，一种遗传性朊病毒病。她体内产生PrP的基因存在缺陷，索尼娅有50-50的风险。2011年底，我们得知索尼娅实际上遗传了她母亲的突变——这意味着她几乎肯定也会患上朊病毒病。她当时27岁。

几乎立刻，我们决定将我们的生命奉献给寻找治愈方法。我们报名参加夜校学习生物学，放弃了以前的职业，在研究实验室担任入门级职位，并在2014年进入哈佛医学院攻读博士学位。现在，我们在马萨诸塞州剑桥的布罗德研究所运营一个朊病毒研究实验室。不用说，我们不会仅仅为了让索尼娅在严重的痴呆状态下多活12个月而不是6个月而付出如此大的努力。目标是——而且一直是——尽可能无限期地保持索尼娅的大脑健康数年或数十年。目标是预防。

致命的折叠

朊病毒病以多种方式表现出来，被描述为克雅氏病 (CJD)、致命性家族性失眠症、牛海绵状脑病（BSE 或“疯牛病”）等。它的许多名称早在神经学家斯坦利·B·普鲁西纳在1982年做出诺贝尔奖级发现之前就已命名，他发现单一的病原体——一种蛋白质——将它们统一起来。虽然最臭名昭著的是不到1%的人类病例是通过感染获得（例如通过受污染的肉类），但大多数朊病毒病病例是随机发生的。某人大脑中的一个PrP分子自发地呈现出异常的构象或折叠模式，引发了迅速升级的连锁反应。与这种“散发性”朊病毒病相反，约15%的病例是由编码PrP的PRNP基因突变引起的。由于我们尚未完全理解的原因，这些突变使蛋白质更容易错误折叠。拥有两个正常PRNP拷贝的人，其大脑中的PrP蛋白质在其一生中自发变形的几率约为五千分之一，而拥有卡姆尼突变的人，其风险超过90%。

PRNP基因位于人类20号染色体的短臂上。它由15,000个碱基对组成，其中762个编码蛋白质——该蛋白质的最终形式是208个氨基酸的链。大多数引起遗传性朊病毒病的变异是PRNP中单个碱基的变化，这仅改变了所得PrP分子中的一个氨基酸。有时，基因的重复片段会扩展，导致更长的PrP版本。

在其正常构象中，正常蛋白质约一半的长度是有序的，主要由“α螺旋”组成，α螺旋是蛋白质中常见的螺旋结构。在这部分的远端，PrP有一个糖锚，将其连接到细胞膜的外表面，这是它的天然栖息地。（一种致病性变异基因产生缩短的PrP，缺少细胞膜锚。）蛋白质的另一半是无序的，形成一个软尾，悬挂在细胞表面并进入细胞之间的空间。

虽然研究人员尚未完全了解朊病毒的形状，但我们确实知道，错误折叠的形式通常比α螺旋具有更多的“β折叠”——堆叠和褶皱的氨基酸链。在这种形式下，蛋白质更耐酶分解。使这种形状成为朊病毒（蛋白质感染性颗粒）的原因是它可以充当模板，促使其他PrP拷贝也连接起来并错误折叠。朊病毒的级联反应在大脑中蔓延，形成原纤维和聚集物，并通过尚不清楚的机制杀死神经细胞。

朊病毒也以不同的毒株存在，具有不同的特性——例如哪些动物物种容易感染它们以及它们在临床上的表现方式。更复杂的是，似乎每种毒株实际上可能由一系列不同的PrP错误折叠构象组成——类似于特定细菌群体如何在感染背景下可能具有遗传多样性，如果情况发生变化，这会使某些成员更具优势。这种变异性可能解释了研究人员一直追求的一种药物策略——寻找减少细胞中朊病毒数量的化合物——失败的原因。例如，抗疟疾药物奎纳克林对细胞培养物中的朊病毒有效，但在人体研究中，包括2013年的一项随机双盲临床试验，发现它对患者无效。在加州大学旧金山分校普鲁西纳实验室对奎纳克林和其他化合物进行的进一步实验现在表明，即使一种药物耗尽了这些错误折叠构象中的一种，其他构象也可能反弹以产生耐药性。

预防范例

另一个重大挑战是寻找可以测试潜在药物的人。通常，新药的临床试验招募患病患者，以查看接受药物治疗的患者是否比接受安慰剂的患者感觉更好、功能更好或存活更长时间。但是，在这种快速进展的疾病中，当识别出有症状的患者时，他们已经非常虚弱。在报告的最大的朊病毒病临床试验中，该试验测试了化合物强力霉素，估计有一半的患者在接受治疗之前就已经靠生命维持系统维持生命。（强力霉素没有帮助。）

核心问题是疾病爆发的速度。朊病毒呈指数级复制。即使在症状出现之前，数十亿个朊病毒已经充满了大脑。一旦它们开始杀死脑细胞，速度就会非常快；在这一点上，即使是一种有效的抗朊病毒药物也可能帮助有限。未来的试验可能会尝试筛选“早期有症状”的患者，但早期发现疾病非常困难。医生甚至在患者出现第一个症状后平均三个月才怀疑是朊病毒病——到那时，卡姆尼已经无法说话了。即使是一种在该阶段阻止疾病的药物也不会逆转已经造成的任何脑损伤。

因此，一种可以保持索尼娅健康的药物可能对处于疾病症状阶段的晚期患者没有任何作用。小鼠抗朊病毒化合物的测试表明，对于我们可能为朊病毒病开发的许多药物，甚至大多数药物来说，情况可能就是这样。普鲁西纳实验室开发的一种小分子IND24，如果预防性给药，可以将朊病毒感染小鼠的寿命延长四倍，但如果在稍后给药，效果会较差——并且随着小鼠接近症状阶段，其有效性甚至会消失殆尽。其他三种已显示出对小鼠朊病毒毒株具有令人信服的疗效的化合物，也是治疗开始得越早越有效。

在面对阿尔茨海默病时，聪明人多年来一直在努力解决这些问题，阿尔茨海默病也以蛋白质聚集为特征。靶向β-淀粉样蛋白（在阿尔茨海默病患者大脑中发现的畸形蛋白质）积累的候选药物，在一次又一次的试验中均未能使患者受益，导致观察家怀疑治疗假设是否错误，或者干预时间是否太晚。目前正在采用两种方法来测试抗淀粉样蛋白药物是否确实能延迟阿尔茨海默病，如果更早给药。一种方法是随机分配仍处于健康状态但具有早发性阿尔茨海默病高遗传风险的人到接受药物或安慰剂的组，并随访多年，以查看谁会发展为认知能力下降。另一种方法，有时被称为“二级预防”，招募认知健康的人，这些人已经可以检测到疾病过程的分子证据，以查看药物是否延迟进展为有症状的疾病。这些分子标记在疾病发作前几十年就出现了。

这两种方法似乎都不太可能适用于朊病毒病。由于发病年龄的高度可变性和患者数量少，随访遗传易感个体至疾病发作被证明是不可行的。我们和其他人研究了朊病毒病高危人群，但没有发现阿尔茨海默病之前那种进行性病理学的持续证据。朊病毒病在痴呆症发作之前似乎基本上无法检测到：它与其说是一列驶近的货运火车的隆隆声，不如说是小行星撞击时向上看的那一瞬间。

消耗燃料

这让我们何去何从？如果对有症状患者的试验可能会产生误导，而预防试验不可行，我们如何证明一种药物可以挽救索尼娅的生命？我们逐渐相信，答案在我们探索的最初就交给了我们，它嵌入在改变我们生活的基因检测报告中。我们已经知道导致这种疾病的单一基因和注定要出错的单一蛋白质。关键是在正常的PrP错误折叠之前靶向它。

如果我们能够降低大脑中产生的PrP量，所有证据表明我们将延迟疾病的发生。例如，产生正常PrP量一半的小鼠，如果被感染，则需要两倍以上的时间才能发展为朊病毒病。周围的PrP越少，朊病毒复制所需的时间就越长。对我们来说幸运的是，PrP似乎对大脑功能不是必需的。基因敲除产生PrP基因的小鼠、山羊和奶牛是健康的，而拥有一份失活基因拷贝的人也是健康的。

现在可以使用反义寡核苷酸或ASO来实现靶向降低大脑中PrP的含量。这些是短的、化学修饰的DNA片段，其序列旨在靶向感兴趣的RNA分子——它们可以触发其破坏，使其不再产生蛋白质。最近，位于加利福尼亚州卡尔斯巴德的Ionis Pharmaceuticals公司已经弄清楚了如何开发和给药用于人类中枢神经系统的ASO。在过去五年中，与Ionis合作，我们发现降低PrP水平的ASO可以使朊病毒感染小鼠保持更长时间的健康。这些临床前结果，加上我们收集的临床、遗传和其他数据以及我们启动的患者登记系统，已经说服了Ionis的领导层着手开发基于ASO的朊病毒病药物，目标是在未来几年内进入首次人体试验。有史以来第一次，一家主要的行业参与者致力于开发针对朊病毒病的合理靶向疗法。

如果降低PrP的ASO最终能够帮助有症状的朊病毒病患者，我们将感到非常兴奋。但是，我们需要找到一种方法，使这种药物能够使有风险的患者受益，即使它仅在预防基础上起作用。我们建议脑脊液中的PrP浓度可以用作药效学生物标志物——一种分子测量指标，用于衡量药物是否达到了其预期效果。反过来，这种读数可以作为替代生物标志物：当无法直接衡量患者是否改善时，在临床试验中测量的结果。也就是说，我们建议治疗仍然健康的人，并证明导致疾病的蛋白质含量降低了。美国有一个针对此类临床路径的框架，称为加速批准，并且有先例——包括使用“病毒载量”来批准HIV/AIDS药物。

2017年，我们将这一提案带到与食品和药物管理局的会议上，并发现他们对我们的预防方法非常热情。我们带着一份家庭作业清单和一支新的盟友团队离开了。两年过去了，我们已经学会了如何精确测量脑脊液中的PrP，并收集了证据表明它来源于中枢神经系统。我们也知道，它的水平在一段时间内足够稳定，我们可以测量到药物依赖性的下降。

勇往直前

我们仍然遇到相当大的阻力。我们应该在什么年龄开始治疗人们？我们最终如何确认该药物可以延缓疾病？这些都是重要的问题，我们有工具来设计合理的答案。但是，围绕这些问题的焦虑程度反映了在保持大脑健康方面的治疗干预先例是多么少。我们得到的最大阻力可能是：保险公司会为这种药物付费吗？在它背后，更大的问题是：社会会为尚未生病的人，以及如果药物有效，可能永远不会生病的人支付多年的处方药费用吗？

这一次，我们疾病的罕见性可能对我们有利。朊病毒病患者很少见，遗传性朊病毒病患者更是如此，那些在发病前就知道自己有风险的人则更少。与数百万可能服用的心脏病或糖尿病新药相比，我们对保险公司盈亏的影响微不足道。但也有更大的图景。作为一个社会，我们需要问问我们想要我们的大脑做什么。如果您是神经退行性疾病即将到来的20%的人之一，并且您有一种预防性药物，您会在什么时候服用？您会等到痴呆症发作后吗？直到轻度认知障碍？直到MRI显示您的大脑萎缩？还是会在这一切发生之前服用？

在朊病毒病中，我们可能别无选择。但这也意味着我们有机会开辟一条通往预防目标的道路。尽管现代神经科学取得了所有进展，但每个人类大脑仍然是难以言喻和不可知的复杂，一个由近1000亿个我们不理解、无法修复和不可能替换的神经元组成的相互连接的网络。如果您问您想要您的大脑做什么——以及您在这个世界上最爱的几个大脑——您可能会发现您的答案与我们的答案相同：预防。