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从冠状病毒到流感:病毒如何从动物传染给人类?

来源:
新浪科技
2020/03/27 14:53

 

   某些流感病毒和多种冠状病毒都会导致人畜共患疾病,这些病毒起源于动物,但其生物学机制却使它们往往能够感染人类。

  目前世界正处于一种由新型冠状病毒引起的传染病大流行中。世界卫生组织(WHO)正式将这种疾病命名为“2019冠状病毒病”(COVID-19),而冠状病毒研究小组将导致该疾病的病毒命名为“严重急性呼吸道综合征冠状病毒2型”(SARS-CoV-2)。一些不寻常的肺炎患者在2019年12月下旬首次被发现,而该病毒在今年1月8日被正式确认为致病原因。

 

  我们以前见过这样的病毒吗?

  是的。事实上,SARS-CoV-2是过去二十年来出现的第三种新型致病性冠状病毒。第一种病毒发现于2003年,被命名为“严重急性呼吸道综合征冠状病毒”(SARS-CoV),引发了严重急性呼吸道综合征疫情(SARS),即非典型性肺炎。十年之后,在中东地区出现了第二种病毒,即“中东呼吸综合征冠状病毒”(MERS-CoV),引发了类似的呼吸道疾病,称为中东呼吸综合征(MERS)。自确认以来,各国已记录了2494例MERS-CoV感染病例,近900人死亡。非典疫情的规模更大,但致死率较低,感染者约有8000例,近800人死亡。

 

  这些病毒从何而来?

  MERS-CoV和SARS-CoV似乎都起源于动物,当前肆虐的新冠病毒可能也是如此。科学家认为,MERS-CoV和SARS-CoV最初由蝙蝠传播给中间动物(分别是骆驼和果子狸),然后再感染人类。对新冠病毒基因序列的遗传分析表明,与它们最接近的似乎是蝙蝠冠状病毒,中间物种可能是穿山甲。穿山甲是极度濒危的物种,因其鳞片和肉而遭到大量捕杀和贩卖。导致人类普通感冒的冠状病毒有四种,分别是人类冠状病毒229E(HCoV-229E)、人类冠状病毒NL63(HCoV-NL63)、人类冠状病毒OC43(HCoV-OC43)和人类冠状病毒HKU1(HCoV-HKU1),这些似乎也都是人畜共患的传染性病毒。

 

  这些病毒如何完成物种间的转移?

  尽管具体情况有所不同,但病毒在物种间传播的机制基于相同的基本前提:进入并复制的能力。病毒能否到达宿主细胞?病毒的蛋白质能否识别并结合这些细胞上的受体结构?如果答案都是肯定的,那病毒就可以进入细胞内部并开始复制,从而感染宿主。

  冠状病毒已经非常擅长利用这些受体进入宿主细胞。这类病毒利用一种名为刺突蛋白(S)的表面糖蛋白(一类附着糖基的蛋白质)来与宿主细胞结合。这种蛋白质赋予了这类病毒王冠状的外观,这也是它们名称的由来。刺突蛋白中负责实际结合的部分称为S1亚基,可以有很大的不同,这使得病毒可以结合许多不同的哺乳动物宿主。

  大多数感染人类的冠状病毒似乎都能与哺乳动物细胞上的3种特定受体之一结合。SARS-CoV和HCoV-NL63利用的是名为“血管紧张素转化酶2”(ACE2)的人类受体,MERS-CoV和HCoV-229E则分别利用“二肽基肽酶4”(DDP-4)受体和“氨肽酶N”(APN)受体。这些蛋白都存在于人体呼吸道的上皮细胞或表面细胞上,很容易成为任何空气传播病毒的攻击目标。最近两项关于新冠病毒的研究表明,与SARS-CoV一样,它利用的也是ACE2受体。

 

  还有其他人畜共患的病毒传染病吗?

  还有另一类通常来源于动物宿主的病毒也会导致人类疾病,那就是流感病毒。几乎所有已知的流感病毒都起源于水禽,如鸭、鹅、燕鸥、海鸥和其他相关物种。许多病毒会从鸟类传播给包括人类在内的其他物种。通常情况下,新物种对这些病毒而言是一个死胡同;例如,禽流感病毒可以从鸟类传染给人类,但不能在人类之间传播。然而,有时一种新的病毒也可以在人群中有效传播。我们最近一次看到这样的例子是2009年的甲型H1N1流感,这原本是一种在猪只中感染的疾病,属于甲型流感病毒,但后来开始在人类之间传播,最终导致了一场流感大流行。1918年的流感大流行也是一场全球性的甲型H1N1流感疫情(后被广泛称为“西班牙流感”,但该疫情并非起源于西班牙,而是最早出现于美国),一种禽流感H1N1病毒被认为可能是这场大流行的肇因。

  流感病毒利用自身的病毒糖蛋白——血球凝集素(H)——来进入宿主细胞。与冠状病毒的刺突蛋白一样,血球凝集素是一种表面呈棘刺状的表面蛋白,从病毒中突出来,可以与上呼吸道具有唾液酸残基的细胞结合。唾液酸残基是附着在蛋白质和脂质末端的糖链,有多种不同的形式和不同的连接类型(唾液酸原子与糖结合的方式)。禽流感病毒更偏好结合α2,3连接的唾液酸受体,具体而言,唾液酸是通过一个特定的碳原子与半乳糖结合。这种连接使唾液酸和半乳糖呈现直立的外观。人适应性流感病毒似乎更喜欢α2,6键唾液酸受体,它使用另一个碳原子糖结合,外观上呈现更多的弯曲。这种唾液酸偏好被认为是决定病毒可感染哪些物种的主要因素,限制了纯禽流感病毒感染人类并在人群中传播的能力。

 

  还有哪些因素会影响动物的疾病传染给人类?

  最近的研究表明,宿主和病毒之间的相互作用也会受到宿主蛋白酶(分解蛋白质的酶)的影响,因此,哪些宿主容易受到何种病毒的攻击,不仅仅取决于刺突蛋白的构成。蛋白酶可以切断部分刺突蛋白,并改变其与宿主细胞的结合方式,因此一些通常不会感染人类细胞的病毒可能在受到蛋白酶作用后变得具有感染性。

  中间物种的作用也可能比科学家最初认为的更为复杂。研究人员最初认为,中间物种是冠状病毒从原始宿主物种转移到人类的必要条件。也许病毒进化并适应了中间物种,使其更有效地与人类细胞结合。然而,最近的研究表明,一些蝙蝠冠状病毒可以不通过中间宿主而直接感染人类细胞,这意味着大量未被发现的冠状病毒可能就潜伏在原始宿主动物身上。类似的,我们一度认为猪可能起着“混合容器”的作用,禽流感病毒感染了猪之后,会变得更加适应哺乳动物,因为猪的呼吸道细胞似乎同时具有α2,3和α2,6连接的唾液酸受体,可以使人流感和禽流感病毒混合并产生新的人适应性病毒。不过,尽管猪可以发挥这一功能,但我们现在知道,这种混合并不是必需的,禽流感病毒可以感染人类,而不需要猪作为媒介。

  由于流感病毒和冠状病毒的多样性,以及在不同宿主间传播的倾向,二者都对人类提出了持续的挑战。事实上,这种多样性很可能一开始就使病毒的跨物种传播成为可能,因为一个更大、更多样化的种群要比一个更同质的种群包含更多可以结合多种宿主受体的病毒。因此,无论是冠状病毒还是流感病毒,都具有再次大流行的潜力。

 

  我们能做什么来保护自己?

  首先,洗手并避免用手接触脸和眼睛,可以确保我们的自身安全,有助于避免感染任何一种病毒。通过直接吸入空气中携带病毒的飞沫,或接触受污染的表面,你可能会使病毒进入鼻子和眼睛的粘膜,从而感染病毒。

  研究人员每年都在研发流感疫苗,世界各地的科学家也在努力为流感研发一种通用的疫苗,用来抵抗所有类型的流感病毒。对于冠状病毒,我们的了解还没有那么深入。偶发的严重疫情暴露了人类社会在资金和专业知识上的匮乏。目前,一些国家的实验室正在设计新冠病毒的疫苗,但进行动物和人类临床试验尚需要时间。

  研究人员还将继续对新出现的流感病毒和冠状病毒进行监测,检查它们的基因组以确定是否具有对人类的适应特征。对于新冠病毒肺炎疫情,我们所做的一切似乎有点晚了,但我们仍然可以为下一次可能的爆发做好准备。

科普资讯