生物學家多年來致力於研究炭疽毒素如何侵入細胞併發揮其殺傷作用。在過去的二十年中，研究人員發現該毒素如何形成一個孔，為另外兩種毒素蛋白進入細胞內部深處並造成破壞提供入口。
毒素的強行進入策略並沒有被尋求將疫苗輸送到細胞的新方法的科學家所忽視。其中一種蛋白質的致命性引起了研究人員的注意，他們對利用其殺傷力來對抗腫瘤表現出興趣。
使用臭名昭著的病原體作為治療工具的想法並沒有立即引起熱烈反響。哈佛大學公共衛生學院的研究員陸一辰回憶說，1999年他告訴美國食品和藥物管理局疫苗部門主任他計劃在艾滋病疫苗中使用炭疽。他描述了一種毒素版本如何透過基因工程改造來消除其致病性，以及它如何將來自艾滋病病毒的蛋白質輸送到一種稱為抗原呈遞細胞的免疫細胞中。一旦在那裡被處理，蛋白質的片段將顯示在細胞表面。這將誘導免疫系統產生殺傷性T細胞，然後攻擊並殺死全身的病毒。陸一辰清楚地記得，當他建議對軍隊士兵進行炭疽衍生疫苗的安全性測試以推進研究是多麼重要時，FDA官員的反應：“她說，‘你瘋了。’”
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
然而，早在今年秋天，美國陸軍計劃啟動一項臨床試驗，以測試這種疫苗在華盛頓特區都市區的數十名平民志願者身上的安全性。大約在同一時間，作為哈佛大學公共衛生學院在那裡維護的研究專案的一部分，可能在波札那啟動一項使用炭疽遞送系統的艾滋病疫苗的安全性測試。儘管它與生物恐怖主義有關，但這種疫苗預計將具有良好的安全性。它不使用活病毒的改變版本，活病毒可能會恢復到其致病形式，而且它也應該相對容易大量生產。
然而，迄今為止艾滋病疫苗的令人失望的結果表明需要謹慎[參見Carol Ezzell撰寫的《小瓶中的希望》；《大眾科學》，2002年6月]。沃爾特·裡德陸軍研究所逆轉錄病毒學部門副主任約翰·G·麥克尼爾指出，陸一辰及其同事開發的疫苗在小鼠和兔子身上取得了可喜的成果，但他補充說，現在就對其在人類中的有效性做出任何宣告還為時過早。“我們不知道免疫效果會是什麼，”他說。
對炭疽作為免疫遞送載體的興趣不僅限於艾滋病。在1999年到哈佛大學擔任研究職位之前，陸一辰曾在馬薩諸塞州尼德姆的生物技術公司Avant Immunotherapeutics領導炭疽研究的開發。在那裡，他研究了使用毒素來運輸抗原——疫苗中產生免疫反應的活性部分——不僅用於艾滋病，還用於乙型肝炎。如果最初由軍隊贊助的試驗證明成功，陸一辰計劃在中國南開大學將改良的炭疽毒素用於乙型肝炎和愛潑斯坦-巴爾病毒疫苗，他在那裡擔任大學疫苗實驗室主任。
穿透細胞
哈佛醫學院的邁克爾·N·斯塔恩巴赫有幾名研究生正在研究利用炭疽毒素細胞穿透能力的疫苗。特別是，他的實驗室研究了針對致病細菌單核細胞增生李斯特菌和沙眼衣原體的疫苗。許多這些研究都集中在哈佛大學，利用了生物學家R·約翰·科利爾在那裡進行的關於炭疽毒素生物學的基礎研究。[參見約翰·A·揚和R·約翰·科利爾撰寫的《攻擊炭疽》；《大眾科學》，2002年3月。] 斯塔恩巴赫和科利爾之間的合作在1996年產生了第一項關於使用炭疽作為疫苗遞送系統的已發表研究。
炭疽療法不僅限於作為信使的角色。毒素固有的致命性引起了研究人員的興趣，他們在實驗室中開始使用它來靶向癌細胞。2002年3月5日《美國國家科學院院刊》上發表的一份報告中，密歇根州大急流城範安德爾研究所和美國國立衛生研究院的科學家指出，一種工程改造的毒素導致移植了腫瘤的小鼠的黑色素瘤部分或完全消退。“我非常樂觀，”美國國立衛生研究院的斯蒂芬·H·萊普拉說，他是該研究的研究人員之一，也是炭疽毒素基礎生物學的先驅。“我認為到目前為止的研究表明，它對腫瘤具有非常好的療效和低毒性。”
美國國家癌症研究所發現炭疽的化學治療潛力，當時對毒素的一種成分，一種稱為致死因子的蛋白質，進行了篩選，以確定其與已知抑制腫瘤生長的化合物的相似性。研究發現，致死因子阻斷了一種酶，即有絲分裂原啟用蛋白激酶激酶 (MAPKK) 的活性，MAPKK 會觸發癌細胞用於複製和腫瘤擴散的另一種酶。阻礙 MAPKK 會導致細胞過早死亡。萊普拉及其同事發現，注射到移植了人類黑色素瘤的小鼠體內的致死因子劑量足以導致癌細胞死亡，但不會損害正常細胞。
靶向癌細胞
然而，研究人員希望提供進一步的保護，以確保致死因子僅靶向癌細胞。他們已經改造了另一種炭疽毒素蛋白，稱為保護性抗原，使其與一種酶，即尿激酶纖溶酶原啟用物 (uPA) 反應，這種酶在癌細胞表面比在正常細胞表面更豐富。一旦被酶切割，保護性抗原會幫助致死因子進入腫瘤細胞的細胞質，從而誘導細胞死亡。工程改造的毒素無法穿透不產生 uPA 的細胞。炭疽化學療法的商業開發可能即將到來。範安德爾研究所的研究員尼古拉斯·S·杜斯伯裡說，幾家製藥公司已經表示有興趣獲得該技術的許可。
科學家們還假設，致死因子對 MAPKK 的抑制作用也可能是炭疽毒素作為病原體發揮致命作用的機制。還需要進一步研究來證實這一推測，但至少有一家制藥公司有興趣使用萊普拉和杜斯伯裡開發的測試來確定致死因子是否在細胞中活躍，方法是測量其阻斷 MAPKK 的能力。這可能有助於篩選抑制致死因子的治療化合物，從而作為炭疽的抗毒素。未來幾年應該會表明，數十年來對毒素的基礎研究是否將有助於治療炭疽感染者，以及在疫苗和化學療法的情況下，殺手是否可以變成治療者。
加里·斯蒂克斯是《大眾科學》的特別專案編輯。在哈佛大學為期一週的 CASE 研究員期間，他為本文進行了一些報道。