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从蝙蝠到穿山甲,病毒是如何来到人类世界的?

科普中国 2020-06-02 作者:徐斯佳

“中间宿主”是病毒传播不可或缺的一环。找到并隔绝中间宿主,才算真正隔离了传染源。

蝙蝠,自然界的“潘多拉魔盒” | 图虫创意

作者 | 徐斯佳 日本京都大学医学院

新冠肺炎疫情又让蝙蝠刷了一波存在感。继SARS、MERS、埃博拉疫情之后,多项研究表明,本次新冠病毒的自然宿主又是蝙蝠。

自然宿主是个啥?病毒是怎样从它们身上来到人类世界的?中间宿主又是个啥?起啥作用呢?

自然宿主:病毒的“潘多拉魔盒”

所有病毒都有个源头,一般称为“自然宿主”。自然宿主是给病毒提供适宜生存和繁殖环境的生物,好似一个盛放病毒的天然容器。

蝙蝠是已知60多种可引起人畜共患传染病病毒的自然宿主,堪比病毒的“潘多拉魔盒”。除了前面提到的几个大角色,其携带的病毒还包括马尔堡病毒(埃博拉病毒的近亲,平均致死率约50%)、尼帕病毒(可导致脑炎,致死率约40%)等,个个都是狠角色。

为何蝙蝠可以与这些病毒长期相安无事?它们就不会生病吗?得益于它们的超能力。

众所周知,蝙蝠是唯一会飞的哺乳动物。在飞行中,蝙蝠的体温可高达40℃。高体温能减少体内病毒的复制和载量,也淘汰一批因此无法共生的病毒,余下一些适应高体温的病毒。通常我们的免疫系统会制造“发烧”来抵御外来病毒,而对于那些适应了高体温的病毒,这招便常常无济于事。

另外,在漫长的进化中,蝙蝠形成了一套无比“佛系“的免疫系统。

当正常细胞受到损伤、发生碎裂时,细胞内部的物质如核酸(DNA,RNA)片段等会漏到外部,四处漂浮。这些本不该出现在细胞外的碎片,会被免疫系统识别成异物后并消除。它这种“六亲不认”的功能,就是为了保护机体,因为病毒等致病病原体也是带有核酸片段的。

而蝙蝠作为唯一会飞的哺乳动物,巨大的能量消耗会加剧细胞的损伤和碎裂,产生更多的细胞碎片,导致身体内频繁的免疫攻击,甚至激发强烈的炎症反应。这无疑是不利于生存的。因此蝙蝠舍弃了一些执行免疫反应的基因,将识别异物的敏感度调低,防止免疫系统大惊小怪。

一般机体中的免疫系统就像警察,积极清除细胞碎片;而对蝙蝠来说细胞碎裂如此平常,免疫系统十分“淡定” 。

在这种经年累月的“妥协”下,蝙蝠的免疫系统对许多病毒的核酸片段也“睁一只眼闭一只眼”,不会引发过度的免疫反应。因此,蝙蝠与病毒的共生能力远超其他哺乳动物。

不过,蝙蝠也会因病毒感染而丧命,例如狂犬病毒。但很多时候却可以做到“健康带毒”,归根结底还是取决于免疫系统对病毒的敏感性。

中间宿主:病毒传播的重要一环

有了自然宿主还不够。因为病毒通常很难直接从自然宿主传播给人类——甚至根本无法感染人类,其中还涉及中间宿主。比如2003年的SARS病毒,就被认为是蝙蝠将病毒传给果子狸,然后再由果子狸传给人类的。

正是中间宿主为病毒提供了大量繁殖、变异进化和接触人类的机会,才最终按下疫情开始的开关。对于很多人类疫病,中间宿主都是不可或缺的一环。

SARS病毒的中间宿主,无辜的果子狸 | flickr

对于新型冠状病毒(2019-nCoV)来说,弄清其从蝙蝠到人类的中间宿主,是当前的紧要任务,也是抗击疫情的重要根据。只有隔绝了中间宿主,才算真正隔离了传染源。

1月23日,中国科学院武汉病毒研究所的科学家研究发现,新冠病毒与云南菊头蝠中存在的RaTG13冠状病毒的基因组一致性高达96%,说明它很可能是新冠病毒的自然宿主。

但这之间还有4%的差异,对比人类和大猩猩的基因组差异不足2%,可知4%的差异也是很大的。而疫情早期的患者样本之间,病毒基因组呈现高度一致,说明病毒是由某个中间宿主传染给人类的。

也就是说,源头病毒是从蝙蝠过渡到其他生物,并在其体内发生了变异,获得了传染人的能力,进而触发了疫情。

对于眼前的防疫工作来说,蝙蝠在中国大部分省市都有分布,其所携带的病毒种类多,只有明确新冠病毒的中间宿主,才能有效阻断病毒的动物源、避免病原长期传播。

另外,日前有宣称“新冠病毒基因序列中人为嵌入HIV(艾滋病病毒)片段”、“病毒系实验室人为泄露“等言论,增添了额外的群众焦虑。明确中间宿主,提供完整证据链,是平息不实流言的最有效方法。

穿山甲,是这一次的答案吗?

就在上周,科学家似乎为新冠病毒“中间宿主”找到一个可能答案:2月7日,华南农业大学发布一项最新研究成果称,穿山甲是此次新冠病毒的潜在中间宿主。

该研究筛选比对了1000个穿山甲的宏基因组样本(即从穿山甲的多个部位,收集核酸片段的集合。其中包括穿山甲本身的核酸,也可能来自沾染的细菌、病毒),发现一种β冠状病毒与此次新型冠状病毒的相似度达99%,且该β冠状病毒总体样本阳性率为70%。

作为潜在中间宿主,穿山甲满足2个条件:

1、穿山甲是哺乳动物。目前已知的冠状病毒中间宿主都是哺乳动物。而早前关于 “蛇”是中间宿主的推测,正是被质疑了这一点。

2、有充分的人群接触条件。穿山甲鳞片在国内有巨大的药用市场需求,并且每年被大量走私入境。虽然穿山甲不在武汉海鲜市场的公开贩卖目录上(《中华人民共和国野生动物保护法》明确规定滥食二级保护动物穿山甲为违法行为),但不能完全排除非法销售。

穿山甲,被认为是2019-nCoV中间宿主 | Flickr

但现在下结论还为时过早,很多重要细节还有待明确。例如,这批样本穿山甲是从哪里收集来的?该高度相似的β冠状病毒是否是已知品种?分离到的病毒是来自血液还是肛门拭子(可进一步明确病毒的传播途径)?

目前来说,1000左右的样本量不能算很大,还需要更多样本的验证。

避免下一次疫情,我们可以怎么做?

最后,又要回到抗击疫情上了。针对病毒的疫苗研究周期最少需要1年,并且像流感疫苗一样,也不能保证对未来产生变异的病毒做到一劳永逸。而特效药的研发也困难重重。对既往疫情,我们总结规律性,避免有安全隐患的行为,例如吃野味;而对每次新疫情,则需要尽快弄清传播链,阻断传染源。

有人不免会想,既然蝙蝠是天然病毒库,后患无穷,何不把蝙蝠全部消灭?

其一,蝙蝠是群居动物,侵扰蝙蝠栖息地、捕杀蝙蝠等行为,本身就是造成病毒物种间转移的高风险行为。其二,作为哺乳动物中的第二大类群,分布在世界各地的1390多种蝙蝠,在捕食有害昆虫,植物授粉方面有重要作用,是维持自然界平衡不可或缺的一环。

而事实上,除了个别品种的吸血蝠会攻击人类,蝙蝠很少直接将病毒传给人类。更多是其他生物接触蝙蝠的腺体分泌物或排泄物被感染后,再传给人类。例如1998年在马来西亚暴发的尼帕病毒,传染学研究证明了是果蝠啃食了种植在猪圈周围的芒果,家猪吃下果蝠落下的芒果残渣而被感染,进而传给了养猪人。

尼帕病毒通过家猪食用被蝙蝠污染的芒果传播 | outlookindia.com

此外,病毒也未必总是能变异出传人能力。例如2016到2017年间,蝙蝠来源的SADS冠状病毒在广东省引发家猪的流行性腹泻,导致2.4万头家猪死亡。但那次病毒却没有发现人类传染性。

从过往经验可知,病毒从蝙蝠到人的传播过程虽然充满偶然性,却离不开人为因素。

随着全球人口逐年增加,人类活动范围扩大,从概率上增加了病毒感染人类的可能性。一方面,大面积森林砍伐导致蝙蝠失去觅食地,进而接近人类耕地和家畜;另一方面,非法交易、食用被感染的野生动物,使病毒有额外机会直接传染给人类。

疫情当前,我们向自然苦苦索要答案,有没有想过:在那些能自由呼吸的日子里,人类是否欠自然界一份深思呢?

参考资料

1.     Xie J, et al. Dampened STING-Dependent Interferon Activation in Bats.Cell Host Microbe. 2018;23(3):297–301.e4.

2.     “How to prevent the next Ebola outbreak”,LauraH. Kahn, Bulletin of the Atomic Scientists,July 13, 2014

3.     “Why Bats Are Such Good Hosts for Ebola and Other Deadly Diseases“ https://www.wired.com/2014/10/bats-ebola-disease-reservoir-hosts/

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