对抗结核病的100年 ——全球视角

前言：《自然》杂志开辟的“展望”栏目曾推出“结核病”专辑，全面评述和展望结核病流行、诊断、预防和治疗的最新进展，涉及病菌传播、免疫应答、潜伏与激活、药物研发和疫苗设计等结核病防控的关键问题，值得国内结核病专家、传染病研究人员、检验工作者关注，也有助于大众了解结核病的当前形势及未来趋势。

当人类自身似乎摆脱了最致命的细菌、药物耐药性和HIV流行时，结核分枝杆菌却仍存在。

为消除药物耐药性的增长，我们需要新型药物，快速、安全的增加病人完成全部治疗过程的机率。在2012年底，在接近半个世纪的第一个新型抗-TB药物获得市场认可，其他药物很快就会不断出现。

结核病控制需要实用的POC诊断，POC诊断同样需要用在HIV病人身上。一些学者到访赞比亚的临床，评估在非洲开展的GeneXpert快速检测，听取在基础设施上使用成熟技术的实际问题。

这些发展是史无前例的公私合作的成果，服务市场，但不能提供市场定价的药物。为推动这些努力，科研机构应放开知识产权，推动世界上最穷困的地区能够负担这些药物。

当然新技术是非常重要的，当我们考虑疾病易感性时要考虑更广泛的概念——风险，使用现有技术来帮助识别减轻TB疾病的方法。研究人员还需要弄清结核病在人群中如何生根并传播的。

实现最终目标——消除结核病需要一种有效的疫苗。十年前，没有候选疫苗进行临床实验；但是今天却有十几个进行临床实验。最近，一个非常有希望的疫苗的临床实验失败，这是一个挫折，但是研究人员却从中获得启发：要在第一时间进行实验。

结核病药物的研发需要共同努力，但是抗-TB药物的组合很困难，因为它们以不同的方式攻击结核分枝杆菌。

结核病疫苗的研发问题是一个由来已久的问题了，研究人员正在寻找一种更好的卡介苗。

一、流行病学：一个致命的敌人

结核病是世界上最致命的传染性疾病之一，在过去每取得一次进步都存在巨大的挑战。

1、结核病的全球负担

2011年，大约有900万人得结核病，140万人死于结核病，大多发生在贫穷国家，60%发生在亚洲，24%发生在非洲。

2、最大的杀手

在历史上，结核病比任何传染性疾病的死亡都要多，在过去的200年间大约有十亿人死亡。

3、百年战争

随着工业国家生活标准的提高，两次世界大战的干扰，新型抗生素使结核病不断减少。

4、进展缓慢

在过去的15年间，对抗TB的努力一直在进行，HIV导致疾病恶化的全球负担将会降低。

5、传播周期

二、传播：控制问题

一旦结核病爆发，将很难控制，但科学家仍在寻找新的方法来理解并防止其传播。

1965年美国船舶Richard E. Byrd离开佛吉尼亚港诺福克，前往地中海。4000吨驱逐舰载着300多名船员，其中一个人感染了结核分枝杆菌，细菌引起了结核病（TB）。一年以后他离开船之后剧烈的咳嗽，大约一半船员得了阴性感染，跟他同住一舱及亲密接触者都患有TB。当传播发生，当疾病发生时，这是一个可以确定的完美病例。

Byrd军舰和当地局部爆发为监控细菌性疾病的传播提供机会。他们为在狭小的空间研究TB传播的科学家提供关键的流行病学数据，在广泛传播被注意到之前突出战胜疾病的挑战。许多专家认为减少结核分枝杆菌的传播是管理疾病的唯一方法。在控制TB时，传播确实是主要问题。医生指导如何在诊断治疗病人、拯救他们的生命、减少疾病，但是却没有成功减少传播。

1、遏制趋势

结核感染有两种一般形式:活跃的和潜在的。潜在的结核病患者，像大多数Byrd军舰上感染的水手一样没有症状，不太可能发展成为疾病。长期使用抗生素能消除身体低水平的细菌携带，即使没有治疗，他们可能从来没有感染过他人。大多数TB控制的工作以疾病的活化型为靶向。活动性感染可迅速的传播分支杆菌，甚至在病人出现咳嗽等症状之前——包含传染性细菌的飞沫进入别人呼吸的空气中。日内瓦的研究学者使用类似清理“泄露”的方法来清理存在高度传染性活动性TB的病人，“在马上要滴下水珠的时候关闭水龙头”。医疗质量差会加剧传播。像类似印度这样的国家，在进行正确诊断之前，活跃性TB病人在几个月的时间中到四个或以上的医疗结构进行就诊很常见，未受管理的医疗部门很常见。在病人正确诊断为TB并进行正确治疗之前，病人在社区中长时间内将TB传染给其他人群。在世界大部分地区，活跃性TB的诊断通过在显微镜下观察唾液样本中的微小细菌进行。但是在这段时间内，结核分枝杆菌已达到可观察到的最大数量，病人此时已经被感染，这样就错过了阻止传播。努力控制TB应专注于降低诊断（和药物）成本，包括政府、医疗服务提供者和最终的病人。并不能由TB控制组织自己来解决较差的医疗系统出现的问题，但是他们应该做出贡献。

2、超越国界

结核病给国家造成较重的负担，包括东欧、非洲和亚洲，这些国家应该坚持到底，才能认真处理TB传播。爱沙尼亚拥有130万人口，在20世纪90年代早期TB激增，尤其在苏联解体之后，医疗基础设施发生改变。在附近的斯堪的纳维亚国家的支持下，爱沙尼亚政府实行TB控制计划，包括医疗培训、公共健康筛查和治疗项目。因此，发病率急剧下降——2002年发病率为万分之五，2011年为万分之2.5。目前的TB控制计划正在进行解决TB药物耐药性的实验，及与HIV的联合感染。例如，一些HIV携带者，他们可能通过静脉注射被感染，同时患有TB，进行抗生素、抗逆转录病毒治疗，如果需要的话服用美沙酮——这些都在一个医院进行，而不是三个，可使病人严格按照治疗计划进行治疗。理解传播对遏制TB来说非常重要。在1999年-2009年，伦敦的结核病增长接近50%，从2309增长至3450，被誉为“欧洲的TB之都”。英国一半以上的TB病例都来自高负担国家的移民。2012年对29个高收入国家的研究显示，其中对25个国家的移民进行活动性TB感染筛查——以皮肤反应测试或胸部X光检测为主，或者检查类似咳嗽等症状。只有三分之一的国家在入境之前进行筛查，大多国家都是在移民入境后进行筛查。只有16个国家进行移民潜在TB感染筛查。非法移民和难民是TB传染的最大风险因素，因为他们来自TB高发的国家，生活在高密度的居民房中，加剧了传播。现有的TB筛查项目可识别新移民中的病例，感染率通常与移民的原国家相似。但是很难阻止这些新TB病例移民至其他国家，如伦敦。边缘化移民人口在他们到达之后就应该进行严格的TB筛查。可能在他们获得医疗保障和稳定的住房之后，TB风险减少个人在国家长期的生活时间，移民群体的TB并没有传播至普通社区。不幸的是，在欧盟的联合TB筛查中存在政治障碍。国家与国家之间，甚至城市之间的程序都存在很大差异，很多病例出现在地区的开放边界中，这不是一个容易集成的系统。

3、承受压力

理解TB的不同传播形式的主要挑战是如何进行识别，如药物耐药性或传播速度较快。TB相关的细菌菌株在基因水平的差异很小，大多数实验室检测都无法区分它们。一些学者研究临床分离TB的全部基因组（大约由400万个模块构成）排序，更紧密的追踪TB的传播。他们建立TB变种的相关参考数据库，因此研究人员可较容易追踪细菌品种，可追溯至在世界其他国家的传播。虽然基因组测序成本的降低，类似英国等国家将技术整合至常规健康检查，基因组测序不能影响贫穷、负担沉重的国家。但是将使用基因组测序技术来研发更简单、更便宜的检测来识别不同的TB菌株，并帮助治疗。

4、解决耐药性

测序也可以帮助研究人员分析TB药物耐药性的爆发。一些研究人员对乌干达的TB耐药性进行研究，这些病人两次入院，对比两次感染的结核分枝杆菌基因。一些病人的菌株差异很小，这说明药物耐药性来自于抗生素的依从性较差。但是另一些病人则明显不同，第二次感染与相同临床的菌株基因相匹配，这说明在重复治疗病例中存在多种药物耐药性的问题。全基因组测序还可以帮助解释TB爆发潜在的社会因素。一些学者对2006年-2008年温哥华的爆发疾病进行研究，包括41个病例。基因测序说明传染病存在两次爆发，两种不同的TB菌种同时爆发。研究发现城市中高纯度可卡因的使用增长使其爆发，这些房间成为TB传播的中心。少数“超级传播者”应该为大部分TB病例负责。生物因素，如病人痰液或咳嗽中的TB杆菌水平，或者免疫系统可导致细菌猖獗的复制。但社会接触是爆发的重要因素。TB从根本上说是一种社会疾病，社会因素使其爆发，然而一个虚弱的病人不能把疾病传播给别人。

三、诊断：等待结果

目前有几个新的结核病检测正在进行中，但是需要证明这些检测在资源有限和HIV负担较重地区的有效性。

赞比亚卢萨卡一个贫民窟的临床正在实验一种新型结核病检测设备。几乎在这个地区的每个人都感染了TB，你可能过完一生都没有任何问题，但是现在存在HIV，破坏了免疫系统，这就是一个大问题。在撒哈拉以南非洲地区的新TB病例的最高比例是：在2011年大于万分之26。相比之下，同年法国为万分之0.4。这些地区在HIV流行地区，TB使更多的HIV病人死亡，TB与HIV联合感染使TB的检测和治疗更为复杂。曾经独立进行治疗的地方，赞比亚等大多国家开始进行检测并进行联合治疗。2004年，世界卫生组织在非洲区只对3%TB病人检测HIV，在2011年为69%。在HIV感染病人中检测TB非常困难。

HIV拥有有效的POC检测，可快速、准确的检测感染，在乡村临床可实际应用，价格便宜。而TB检测尚无。在最近几年，需找适合于TB的检测成为公共卫生健康的主要目标，这些努力逐渐结出果实。一种名叫Xpert MTB/RIF的新型检测可检测TB DNA，在南非一些高负担的国家已经进入临床使用，其他检测也正在研发中。但是问题是，在一些无法预测的环境下，疾病是家庭最大的负担，这些新型是否能实现它们的潜力呢？

1、需要速度

快速TB诊断非常重要。病人越快速诊断，便越可以快速进行治疗，缓解TB症状，减少传播的潜在性。但是有必要加上HIV阳性病人。并没有进行TB治疗的病人开始抗逆转录病毒药物治疗意味着，随着免疫系统恢复，他们变得虚弱。关于IRIS——免疫重建炎症性综合征，大部分症状来自于患病的身体与疾病进行的斗争，并不是病毒本身。因此，如果免疫系统瘫痪，整个身体都会患病，且症状相对较少。一旦重建免疫系统来对抗TB，免疫应答可能是致命的。

临床检测TB的标准方法是显微镜涂片检查，但这并不很快。这项技术的变化很小，包括染色、检查痰液样本——病人咳嗽出来的粘液—在显微镜下面，计算细菌数量，对感染程度进行分级。虽然这很简单，但是这项技术可能会花一个星期的时间来得到结果，同时严重依赖进行检测的技师的经验。即使这样也存在不确定性：检测TB的实验只能评估40%-50%的HIV病人，使下一步检测无法进行。痰液检测并不是非常准确的，可能漏检病人，需要额外进行X射线检测。

2、寄予厚望

Xpert MTB/RIF旨在解决这些不足，它的出现成为头号新闻。这是一种全自动设备，拥有试剂盒系统，可使用PCR进行扩增，并检测DNA排序，特别是痰液中的结核分枝杆菌。此技术使用GeneXpert系统，目前的分子检测设备由Cepheid公司研发，多方联合在2008年推出TB特异性系统。虽然这是一种高科技设备，只需对使用人员进行简单培训便可。痰液样本装载至试剂盒，插入设备，通过相连的计算机便可得出结果。理论上，这种设备可更容易诊断病人，因为设备进行了全部分析。

2010年11月，WHO组织推荐使用Xpert MTB/RIF诊断TB，并在全球范围内监控其使用。其中一部分以TB Xpert项目进行，UNITAID支持的2590万美元项目，为21个国家提供220台设备，140个试剂盒，主要集中在东非和东南亚地区。

在赞比亚，一些Xpert设备用在临床中，同时，其他设备也用于研究，如ZAMBART，看其在资源贫乏环境下的效果。在西方国家有很多技术，但是像在赞比亚这样的国家，GeneXpert确实非常有帮助。

3、临床检测

Kanyama健康诊所在赞比亚首都卢萨卡西部一个人口密集的贫民窟中，这是其中一个在初级医疗环境下测试GeneXpert的地点之一。除了GeneXpert，诊所可进行移动胸透检测，为了避免尘土密封在一个集装箱内，这是在非洲治疗TB的一个场景。Kanyama是TB高发区，诊所是研究GeneXpert技术在远离无菌实验室情况下运转情况的最佳区域。

如，GeneXpert依赖连续电力供应。如果没有这种条件，这将会怎样影响检测的进行。在Kanyama断电是很普遍的现象。使用显微镜成像涂片检测，如果停电你可以回来后继续完成检测，但是使用GeneXpert如果断电，你没有进行备份，就得重新进行实验。如果幸运的话，还有残余的样本；如果没有，你就得将病人全部召回重新采样。这些问题是确定系统能否按照希望进行检测的关键。如果浪费样本，没有在同一天得到结果，这就不是POC检测。

接下来就是成本问题。在优惠价格基础上，GeneXpert设备加上电脑显示结果的成本约为17000美元。每个试剂盒的成本略低于10美元，每个检测需要一个试剂盒，最简单的设备每次需要处理四个试剂盒。成本很重要，相比之下，显微镜检测则低于一美元。当你加上资本成本和其他成本时，如电费，GeneXpert就更贵了。这样的技术，低收入或中等收入国家无法承担，只能依靠外部援助。

GeneXpert可在两小时内得到结果，这意味着病人可以等待结果出来。在最繁忙的一个月，Kanyama诊所可筛查500名TB病人。目前，得到结果需要24-48小时，这意味着病人要回到诊所才能得到结果。交通很困难，如果通知病人明天或下周再来，他们可能说，我要决定我的家庭明天是否吃饭，或是我再来一趟医院。如果不能使病人在同一天拿到结果，那为什么把设备安置在这些困难的地区呢？

有种并非高科技的技术可代替Xpert。一种创新是改进显微镜涂片检测的形式，使用发光二极管（LED）灯泡和荧光染料，使细菌在显微镜下更清楚的显示出来。尽管这种技术比标准显微镜检查得出更多的结核分枝杆菌，但会错误的识别污染物，导致假阳性结果。

另一种方式是尝试排除法，HIV感染病人疑似感染TB。Medical诊断公司研发出一种试纸可检测尿液中的脂阿拉伯甘露糖，结核分枝杆菌细胞壁的成分。Alere的检测成本为每个试纸3.5美元，25分钟出结果。最好是在免疫系统严重受损的病人中使用，如HIV晚期感染病人。总的来说，灵敏度——在HIV携带病人中发现TB的比例为40%-60%，其高特异性说明在未感染人群中可排除TB。一些学者对此方法进行了研究。虽然存在局限性，但试纸是一个有价值的工具——尤其在HIV感染病人中很难检测TB的情况下。在这类病人中，使用尿液检测更有用。Alere与WHO组织合作将在2014年底获得批准。

4、更大的问题

GeneXpert系统有其他检测没有的好处：其可检测利福平的耐药性，四种一线药物的组合给药来治疗TB。如果TB病人对利福平产生耐药性，可能对其他药物也会产生耐药性，多药耐药性（MDR）TB。

在多药耐药性TB国家，如南非或东欧，这种检测非常有价值。但在耐药性有限的国家，这种耐药性检测的预测价值较低，说明要将对利福平耐药性样本送到参考实验室进行确认。在赞比亚，只有三个这样的实验室，一些临床部门使用替代药物进行治疗。在资源匮乏地区使用成熟的技术，但是问题是确认病人之后却无法进行治疗，在国家偏远地区同样存在这样的问题，因为距离参考实验室太远。

四、潜伏性：沉睡的巨人

大多数感染结核分枝杆菌的病人从来没有得病，但是预测谁会得病是一个复杂的问题。

在香港的老年人群体中，大量的TB是令人担忧的公共卫生问题。但是这些病例不是最近感染的结果，他们出现的疾病信号是几十年前被感染的，几乎所有近期出现的老年人疾病都是通过长期潜伏感染而引起的，不是新发感染。香港和东南亚地区正在努力解决卷土重来的结核病问题。

在20世纪前50年，大多数工业国家通过提高生活水平和公共卫生运动大大降低了TB发病率。但是与西方国家不同的是，中国、日本和韩国是在第二次世界大战之后开始努力解决TB问题的。在20世纪40、50年代被感染的儿童，在之后的50多年中没有迹象显示其患有TB，因为免疫系统逐渐虚弱，会死于此疾病。鉴于老年人潜在的TB发病率较高，也没有停止其复发的方法，在未来几年很难预测TB的重大变化。

根据目前的估计，全球有20亿人感染结核分枝杆菌，但只有10%的人会发展至活跃性疾病。其与为潜伏性感染：他们不会生病，不会传染给其他人。在被感染之后的18个月发展成疾病的风险约为5%，在之后的生活中发展成疾病的风险约为5%。这种潜在的威胁激发研究人员研究TB的潜伏性。细菌或宿主免疫应答之间的差异是否可确定谁患有疾病？是否每个潜伏性感染的病人都需要进行治疗？生物标志物或分子特征能否区分谁会发展成疾病？

1、棘手的问题

潜伏性并不是定义明确的生物状态，它只是描述TB检测阳性的病人并未出现临床症状。假设结核分枝杆菌在潜伏性感染的病人体内仍能存活，不会引起疾病但仍存在转变为疾病的潜在性。这种潜伏性可能是细菌的进化机制。TB最早出现在人类生活的小社区中，如果TB是致命的，希望这些群体被消灭，潜伏性是通过群体繁殖并传染给下一代。随着人类定居点不断扩大，微生物的毒性不断增强，虽然会对一些寄主产生致命一击，其仍然处在活跃期。

潜伏性和活跃性疾病之间的本质区别在于不会那样干脆利落。一项对潜伏性TB病人进行的研究指出虽然一些可完全控制感染，但另一些却未检测出亚临床疾病。

2、合并部分

随着时间流逝，使用正电子发射断层扫描（PET）和计算机断层扫描（CT）成像观察肺部损伤，然后使用分子技术进行深入分析。每个肉芽肿瘤都是一个自己的小世界，一些可控制感染，一些则不能。远离隐藏或进入休眠，细菌似乎是一个活跃的、动态的战争，在身体的不同位点免疫系统使这些疾病处在被控制的状态。如果是这样的话，潜伏性TB和活跃性TB之间的差别则存在随意性。

这种潜伏性的概念使发现TB进展的系统性生物标志物很难。这说明，免疫应答不能预测谁做的好，谁做的不好。然而，研究个体病变可说明宿主和微生物长期并存的因素，为什么有时这种平衡会失败。为了找出TB病变的差异，研究人员对分支杆菌群体的异质性对肉芽肿微环境如何影响、及其与宿主免疫系统的相互关系进行研究，并研发分子诊断工具在TB猴子身上研究细菌的变异性。

研究人员已创建带有基因序列标签的细菌工程，可作为分子编码：一种序列可识别一个菌种，每个细菌有独特的随机序列。这样可追踪不同的致命菌种，追踪个体菌种和他们的后代。还有一种优势是：当TB细菌死亡时，它们仍留在肉芽肿中。研究人员可在这些细菌墓地中对死亡的基因和存活的细菌进行计数，帮助他们理解感染过程。从遗传学角度，细菌的基因表达则完全不同，很多细菌群体无法识别。公共卫生系统在应对潜伏性感染的复发时，挑战是在世界范围内的潜伏性感染人群中识别谁最需要进行治疗。

一些学者的研究指出活跃性病人的转录模式与潜伏性TB不同。这种分析可进行更好的诊断检测来区别潜伏性感染和活跃性感染，或通过预测工具来确定潜伏性感染会发展成活跃性疾病，或追踪治疗成功的病人。一些学者对病情更为复杂的病人进行研究，这些病人患有HIV和其他疾病。重要的临床问题是区别类似TB的疾病，但目前尚不明确这些信息能否从转录模式预测。

3、正确对待

潜伏性感染是可以被治愈的，如果医生治疗一名病人，但十个人都给这个病人取药的话，这个病人可能发展成疾病。因此，西方国家政府推荐基于风险因子筛查和治疗潜伏性TB。如，2011年英格兰和威尔士更新的指南推荐筛查来自TB多发国的移民，说明治疗时要考虑免疫功能不全的潜伏性感染（例如HIV感染）。

在TB地方性流行的、资源有效的贫穷国家，这一水平的治疗并不可行，活跃性感染病人传染疾病时也并不能优先。即使在发达国家，医生和病人在无疾病情况下都不愿启动治疗。在预处理病人时普遍接受药物治疗，如高血压或高血脂，但是无需治疗潜伏性TB感染，即使预防疾病的机率和发生副作用的机率具有可比性。

确保病人完成治疗，活跃性TB病人的最大挑战是那些并未生病病人的问题：他们很难接受长期服药。在治疗方案可行时，可忽略副作用的风险，医生不情愿开处方药进行治疗，病人也不愿意接受。

为潜伏性感染研发药物是很困难的，因为目前要求药品制造商显示药物在老鼠身上抑制细菌或活跃性疾病的功效，很多研究人员对潜伏性很有兴趣。很多人相信缩短活跃性疾病治疗时间的关键是发现作用于潜伏性疾病的药物，因为细菌可能在多种条件和代谢状态下生存，也可能在两种环境重叠下生存，这些情况或多或少的使它们受到不同药物的影响。

异烟肼可作用于复制的细菌，但是研发的药物可开发其他细菌功能更有效的治疗潜伏性感染。如，一种化合物可作用于结核分枝杆菌中ATP合成，这一过程会减慢进而停止复制，但它们还处在存活状态。这种药物能作用于活跃性和潜伏性疾病。

出现在香港的情况说明不治疗潜伏性感染是降低发病率的绊脚石，如果只治疗活跃性病例，那这个循环永远无法打破。潜伏性TB是一个持续性的问题，在发达地区这个问题仍然持续存在，在欠发达国家这仍是未来需要面对的问题，他们目前正在努力克服活跃性疾病。

五、权衡TB风险

对风险的狭义解释会阻碍寻找控制结核病的新方法。

什么因素会使人们出现疾病、残疾和死亡呢？这个问题的答案会产生深远的影响：识别风险因素提出预防措施，可避免或减轻疾病和痛苦。不幸的是，对于TB和其他疾病来说，目前的风险评估不能达到这样的要求。

1、广泛的概念

除了吸烟、酗酒和糖尿病是TB的风险因素之外，移民、城市化和人们的交往方式都是感染传播的因素。应该排除遗传因素，虽然这些风险在未来某天可被管理或治疗。

在TB控制中，一些局限性问题包括没意识到症状、缺乏诊断和治疗的设备、在治疗多药耐药菌株中控制药物成本、医疗事故、医务工作者照护质量差、破坏药物供应链、病人未完成治疗等。虽然这些缺点并未作为风险因素进行考虑，但这些缺点要为可避免的疾病所负责。选择控制疾病的最佳方式，在考虑传统TB风险因素时也要考虑这些因素，如过度拥挤的住房、糖尿病、吸烟、HIV联合感染、营养不良等。总之，我们需要通观各种风险。

2、将逆境转化为机会

寻找减少TB的新方法是全球健康需要优先考虑的问题，扩展风险的概念可产生更多的控制方法。通过对比潜在干预措施的成本和优点，我们可以优先最佳方案。如，与早期检测和治疗的预期积极影响相比，最近发现在印度糖尿病、营养不良和城市化使TB风险增加。在此情况下，下一步是要对比检测和治疗方案的成本和潜在优势，这些干预措施可减轻其他风险因素。

为全面考虑，这项工作应该超越评估措施，尤其以TB为目标，需找对公众健康更为有益的方式，如医疗保险制度等。通过这种方式，鼓励医疗行业评估有益于TB的干预措施，而不是超越目前的疾病控制项目。