Paul K. S. Chan ¹ , Martin C. W. Chan ¹

¹ Department of Microbiology, The Chinese University of Hong Kong, Prince of Wales Hospital, Shatin, New Territories, Hong Kong Special Administrative Region, People’s Republic of China

摘要

四種冠狀病毒（HCoV-229E，HCoV-OC43，HCoV-NL63，HCoV-HKU1）均會(huì)感染人類(lèi)，主要與輕度呼吸道疾病相關(guān)，而另外兩個(gè)冠狀病毒【嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)綜合癥冠狀病毒（SARS-CoV）和中東呼吸系統(tǒng)綜合癥冠狀病毒（MERS-CoV）】則導(dǎo)致新的感染引起嚴(yán)重呼吸綜合征。冠狀病毒進(jìn)化由不同品系或品種點(diǎn)突變積累和基因組重組導(dǎo)致的。感染哺乳動(dòng)物包括人類(lèi)的冠狀病毒均從蝙蝠冠狀病毒進(jìn)化而來(lái)。雖然SARS-CoV和MERS-CoV的基因均與蝙蝠冠狀病毒密切相關(guān)，但中間宿主很可能參與這些新的人類(lèi)病毒的出現(xiàn)和跨物種傳播。在SARS暴發(fā)流行時(shí)從各地市場(chǎng)中搜集的果子貍和貉中檢出高患病率的SARS樣冠狀病毒，但這些動(dòng)物都可能是短暫的偶然的宿主，而不是一個(gè)持續(xù)的傳播源。需要更多的研究來(lái)闡明冠狀病毒的生態(tài)學(xué)。保持警惕和監(jiān)督以便可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)新出現(xiàn)的冠狀病毒。

冠狀病毒與人類(lèi)的疾病

冠狀病毒家族包括一大群正鏈RNA病毒，可感染不同鳥(niǎo)類(lèi)及哺乳類(lèi)物種。人類(lèi)冠狀病毒（HCoV）的感染通常輕微，極少數(shù)例外（1）。在2003年之前，已知只有兩個(gè)冠狀病毒（HCoV-229E和HCoV-OC43）感染人類(lèi)，都產(chǎn)生輕度自限性上呼吸道疾病。早在2003年，在中國(guó)南部發(fā)生不明原因嚴(yán)重急性呼吸道癥候群（SARS）爆發(fā)，然后蔓延到世界其他地區(qū)（2,3）。病因后來(lái)被證實(shí)是感染名為SARS-CoV的一種新型的冠狀病毒，該病毒屬于B系Betacoronavirus屬（4,5）。2003年年中疫情得到控制，2004年年初發(fā)生幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室感染個(gè)案以及一次小規(guī)模爆發(fā)流行（6,7）。最終，全球近30個(gè)國(guó)家大約有8000例，病死率近10％（8）。

2003年后開(kāi)始積極尋找其他可能感染人類(lèi)的冠狀病毒。2004年，一種先前未確認(rèn)的冠狀病毒被發(fā)現(xiàn)，并被命名為HCoV-NL63（9）。該病毒有非靶特異性序列。HCoV-NL63與HCoV-229E在基因?qū)W上密切相關(guān)，并共用血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（ACE2）作為受體（10）。HCoV-NL63可導(dǎo)致輕微的呼吸道疾病。2005年，又一個(gè)先前未確認(rèn)的名為HCoV-HKU1的冠狀病毒被發(fā)現(xiàn)（11）。HCoV-HKU1是OC43遠(yuǎn)支，其受體尚未確定。一般來(lái)說(shuō)，這些HCoV與輕度上呼吸道感染有關(guān)（12）。

近年來(lái)，引起嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)綜合癥的另一種新的冠狀病毒在中東出現(xiàn)，其引起的最早的病例可追溯至2012年4月（13,14）。這種新型的冠狀病毒，現(xiàn)已更名為中東呼吸系統(tǒng)綜合癥冠狀病毒（MERS-CoV），代表C系Betacoronavirus屬一個(gè)新的物種，目前包括扁顱蝠屬冠狀病毒HKU4和伏翼蝙蝠屬冠狀病毒HKU5（5,15）。2013年6月初，已有55例通過(guò)實(shí)驗(yàn)室確診的MERS-CoV感染病例，其中31例（56%）死亡，感染涉及約旦、沙特阿拉伯、卡塔爾和阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)（16）。值得關(guān)注的是，已有冠狀病毒的家族聚集性感染和有限的院內(nèi)感染的報(bào)道（17,18）。

已知感染人類(lèi)的六種冠狀病毒中，其中四種（HCoV-229E，HCoV-OC43，HCoV-NL63，HCoV-HKU1）是地方性流行病，一般來(lái)說(shuō)多造成輕度上呼吸道感染。這些冠狀病毒在很長(zhǎng)一段時(shí)期與人類(lèi)共同進(jìn)化，因此適應(yīng)了在人類(lèi)宿主中生存的環(huán)境。另外兩種冠狀病毒（SARS-CoV和MERS-CoV）對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)完全是新型病毒，并進(jìn)展為令人吃驚的暴發(fā)流行。雖然這些新型“人類(lèi)”冠狀病毒被認(rèn)為起源于某些動(dòng)物物種，但傳染給人類(lèi)傳播的途徑仍然是個(gè)謎。

冠狀病毒的進(jìn)化

10年內(nèi)出現(xiàn)2種同系列新型病毒，因此應(yīng)當(dāng)認(rèn)為冠狀病毒是一種快速進(jìn)化的病毒。進(jìn)化的一個(gè)先決條件是創(chuàng)造多樣性、允許選擇適應(yīng)的能力。作為一種RNA病毒，冠狀病毒依靠RNA依賴性RNA聚合酶（RdRp）復(fù)制病毒基因。病毒RdRp的固有誤差率，在每個(gè)站點(diǎn)1×10^-6突變每復(fù)制的數(shù)量級(jí)（19,20），是復(fù)制病毒基因組的點(diǎn)突變的連續(xù)源。關(guān)鍵部位這些點(diǎn)突變的累積可能會(huì)影響生物特性。相比來(lái)說(shuō)，眾所周知的穩(wěn)定病毒如皰疹病毒，依賴DNA聚合酶復(fù)制其病毒基因組，具有約1×10^-8的誤碼率（21）。另一方面，高突變率的典型例子是逆轉(zhuǎn)錄病毒家族，它利用反轉(zhuǎn)錄酶，具有在1×10^-4到1×10^-5范圍內(nèi)的誤差率（22）。因此，冠狀病毒可被視為病毒復(fù)制的過(guò)程中，具備在病毒基因組中產(chǎn)生中等程度點(diǎn)突變的能力。

點(diǎn)突變本身不足以產(chǎn)生一個(gè)如SARS冠狀病毒的新型病毒。當(dāng)不同冠狀病毒共同感染同一宿主時(shí)，它們相互之間可以交換具有成百上千個(gè)堿基對(duì)的基因組片段。這個(gè)過(guò)程稱為重組，并相比點(diǎn)突變來(lái)說(shuō)對(duì)于病毒適應(yīng)環(huán)境與擴(kuò)張種群意義更大（23）。在多種動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了冠狀病毒（24）。這些相似但不同的病毒之間的重組能創(chuàng)造出具有跨越物種屏障能力的新毒株。雖然冠狀病毒可通過(guò)重組的過(guò)程中獲得新的基因組片段，但其獲得大段基因組的能力還不如攜帶片段基因組的流感病毒，因?yàn)榱鞲胁《灸苁拐位蚪M交換。

冠狀病毒在不同的鳥(niǎo)類(lèi)和哺乳動(dòng)物物種廣泛分布可對(duì)人類(lèi)構(gòu)成威脅。一種具有感染人類(lèi)能力的新型病毒可以通過(guò)重組動(dòng)物或禽類(lèi)病毒株產(chǎn)生。此外，現(xiàn)有鳥(niǎo)類(lèi)或哺乳動(dòng)物的病毒株可以直接感染人類(lèi)。當(dāng)前的系統(tǒng)發(fā)育分析表明，冠狀病毒已經(jīng)進(jìn)化成兩個(gè)譜系（25）。禽類(lèi)譜系包括γ和δ冠狀病毒感染不同的禽類(lèi)。哺乳動(dòng)物譜系包括α和β冠狀病毒感染的蝙蝠、豬、貓、鼠、牛、馬和人。所有感染人類(lèi)的冠狀病毒被認(rèn)為是由哺乳動(dòng)物譜系冠狀病毒進(jìn)化而來(lái)，即蝙蝠冠狀病毒（24,25）。據(jù)估計(jì)，HCoV-OC43、HCoV-229E分別在大約120年、200年前從蝙蝠傳播至人類(lèi)，而HCoV-NL63則可能在大約500-800年前從蝙蝠傳播而來(lái)。雖然SARS-CoV和MERS-CoV傳染給人類(lèi)的時(shí)間尚未確定，但這兩種病毒至少在系統(tǒng)發(fā)育上鏈可以追溯到蝙蝠冠狀病毒（26,27）。所有已知的冠狀病毒存在的共同祖先有可追溯至數(shù)百萬(wàn)年前（28）。

蝙蝠是新病毒之源

SARS-CoV可能來(lái)自蝙蝠的事實(shí)并不令人驚訝。SARS暴發(fā)流行之前，每十年至少發(fā)生一次與蝙蝠相關(guān)的病毒感染人類(lèi)，包括1967年引起出血熱的馬爾堡病毒、1976年引起出血熱的埃博拉病毒、1994年引起重癥肺炎的亨德拉病毒、1998年引起神經(jīng)和呼吸系統(tǒng)疾病的尼帕病毒。蝙蝠具有很多特點(diǎn)使它們成為新病毒的祖先或源頭（29）。蝙蝠起源于大約5000-5200萬(wàn)年前，到目前為止幾乎沒(méi)有變化。蝙蝠有超過(guò)1000個(gè)種類(lèi)，多數(shù)種類(lèi)具有共同的習(xí)性，能共存于一個(gè)大的群落。不同種類(lèi)聚集的大群落可達(dá)20萬(wàn)只蝙蝠，數(shù)百至數(shù)千公里的飛行半徑可使病毒株頻繁重組。最重要的是，蝙蝠往往可以長(zhǎng)時(shí)間攜帶多種病毒而無(wú)癥狀。這些特點(diǎn)以及其壽命長(zhǎng)的特性（3.5倍于同樣大小的哺乳動(dòng)物）造成持久、廣泛的新病毒株傳播。

蝙蝠與SARS-CoV

在很多蝙蝠物種中已經(jīng)檢測(cè)到冠狀病毒。其中與SARS-CoV最密切相關(guān)的是馬蹄蝙蝠（30）。馬蹄蝙蝠血清陽(yáng)性率高，肛拭標(biāo)本經(jīng)PCR檢測(cè)亦陽(yáng)性。然而分離病毒很困難。在這些蝙蝠SARS樣冠狀病毒中，87-92%的整體序列與人和果子貍SARS冠狀病毒同源，即包含29-nt位點(diǎn)，這被認(rèn)為是果子貍和人類(lèi)早期病例的特征。蝙蝠SARS樣冠狀病毒和人類(lèi)SARS-CoV的關(guān)鍵區(qū)別在于刺突蛋白，這是一種受體結(jié)合蛋白。刺突蛋白具有S1和S2兩個(gè)域。S1是負(fù)責(zé)粘附到宿主細(xì)胞表面受體ACE2。S2是負(fù)責(zé)與宿主細(xì)胞膜融合。蝙蝠SARS樣冠狀病毒的S2 96%與SARS-CoV相同，表明兩種病毒膜融合的機(jī)制相似。相反，蝙蝠SARS樣冠狀病毒和SARS-CoV S1蛋白之間的序列相似性較低。雖然蝙蝠SARS樣冠狀病毒可能是SARS-CoV的源頭，但是S1存在重要的遺傳差距可能需要通過(guò)重組彌補(bǔ)。到目前為止，還沒(méi)有在蝙蝠中發(fā)現(xiàn)SARS-CoV，并且蝙蝠也沒(méi)有SARS-CoV相應(yīng)的受體（ACE2）（31）。目前，何地、何時(shí)以及哪種動(dòng)物發(fā)生了這種重組，我們一無(wú)所知。

中間宿主與SARS-CoV

中間宿主可能參與彌合蝙蝠SARS樣冠狀病毒與SARS-CoV之間的進(jìn)化差距。有幾個(gè)理論方案。首先，中間宿主可能是“固定的”，以維持該物種SARS-CoV感染，并且該物種遠(yuǎn)離人類(lèi)使傳染給人類(lèi)概率非常小。其次，中間宿主物種僅在2002至2004年短時(shí)間內(nèi)“一過(guò)性”感染，并且不再持續(xù)存在于該種群體中。這只有在動(dòng)物感染周期短，病毒感染輕微，種群密度低或死亡率高的情況下方可實(shí)現(xiàn)。

許多研究都試圖從動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)SARS-CoV。果子貍是所有發(fā)現(xiàn)SARS-CoV的動(dòng)物物種中最重要的一種（32）。在特定的時(shí)間里，市場(chǎng)中果子貍SARS-CoV陽(yáng)性率高達(dá)100%，但除罕見(jiàn)情況外，多數(shù)農(nóng)場(chǎng)中果子貍均陰性。果子貍冠狀病毒存在一個(gè)29-nt的缺失，這也發(fā)現(xiàn)在人類(lèi)一些早期案例中。果子貍冠狀病毒的單核苷酸變異（SNVs）也在人類(lèi)早期感染的病例觀察到，一些SNVs也存在與疫情中期感染人類(lèi)病例中，但在晚期感染的人類(lèi)病例沒(méi)有發(fā)現(xiàn)SNVs。這些現(xiàn)象以及果子貍冠狀病毒分離株間的序列顯示出高度同源性的事實(shí)表明冠狀病毒是最近才感染果子貍?cè)后w，且仍在不斷發(fā)展。最有可能的是，果子貍和人類(lèi)一樣，是一個(gè)短暫的偶然的宿主。

貉是人類(lèi)暴發(fā)流行期間活禽市場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)的另一個(gè)高陽(yáng)性率（100%）的物種（33）。從貉中檢測(cè)到的冠狀病毒序列與果子貍中檢測(cè)的相同。然而，人們對(duì)貂關(guān)注甚少。市場(chǎng)中冠狀病毒檢測(cè)陽(yáng)性的其他動(dòng)物包括家貓、赤狐、小稻田鼠、鵝、中國(guó)鼬獾和野豬（33）。但由于是在是在市場(chǎng)受到嚴(yán)重污染時(shí)完成的樣品收集，很難確定這些動(dòng)物是在積極傳播還是被動(dòng)地?cái)y帶冠狀病毒。

未來(lái)的挑戰(zhàn)

SARS-CoV只不過(guò)是我們將要面對(duì)的新出現(xiàn)的感染疫情一個(gè)案例。在未來(lái)幾年里將發(fā)生更多的跨物種感染。影響人畜共患傳染病出現(xiàn)的因素是復(fù)雜的，而且種群密度、生態(tài)和動(dòng)物與人類(lèi)之間的接觸可能會(huì)起到一定的作用。因此，有必要密切監(jiān)控新出現(xiàn)的病原體。

致謝

聲明：作者宣稱沒(méi)有利益沖突。

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（翻譯：司磊）

Cite this article as: Chan PK, Chan MC. Tracing the SARS-coronavirus. J Thorac Dis 2013;5(S2):S118-S121. doi: 10.3978/j.issn.2072-1439.2013.06.19