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新冠病毒十问(新冠病毒十问)(新冠病毒十问)重要的事说三遍

来源:原理浏览数:1 

  每当一种致命性的新型病毒出现时,总是会引发人们巨大的恐慌。从公元前就疑似有记载的天花到1918年席卷全球的西班牙流感,从1976年首次出现的埃博拉出血热到2003年爆发的SARS,每一次的病毒入侵都带来了严重的结果。


  到了2019年年底,一种全新的冠状病毒悄然出现。目前,这种病毒还没有一个正式的名称,我们现在称它为2019-nCoV。随着研究的深入,我们已经掌握了越来越多与新型冠状病毒的信息,但还有一些问题仍然没有解开。


  在深入认识2019-nCoV之前,我们首先要面对的一个基本问题便是:


  1


  病毒是生命吗?


  这个听起来似乎很简单的问题实际上是生物学中一个极具争议的大问题。


  所有病毒都是由遗传物质(DNA或RNA)和蛋白质构成的有机物,从这一点来看,它们似乎是具有生命特征的;但是,它们无法自行表现生命现象,必须依赖宿主细胞才能生长和复制,这一点有违我们对生命的定义。


  因此目前在大多生物分类中,生物的三大域(细菌、古菌域真核生物)中并没有包含病毒。病毒被更多地视为一种“类生物”。


  由于病毒无法留下化石证据,使得我们对其起源和演化的推断更多地来自于对病毒与宿主之间的DNA序列的研究和比较。从已知的病毒中已经可以看到,病毒存在丰富的多样性,它们很可能也可以通过自然选择不断进化。有科学家认为,病毒的自组装方式或许还可以帮助我们理解生命的起源。


  2


  那么,什么是冠状病毒呢?


  顾名思义,冠状病毒得名于它们在电子显微镜下的皇冠般的样子:


○ 冠状病毒大多都包括四种主要的结构蛋白,它们外层的“皇冠”实际上是突起蛋白(S),还有包膜蛋白(E)、膜蛋白(M)和核衣壳蛋白(N)。在一些β冠状病毒中还有第五种结构蛋白血凝素酯酶蛋白(HE)。图中所示的正是2019-nCoV的3D模型图。| 图片来源:Scientific Animations○ 冠状病毒大多都包括四种主要的结构蛋白,它们外层的“皇冠”实际上是突起蛋白(S),还有包膜蛋白(E)、膜蛋白(M)和核衣壳蛋白(N)。在一些β冠状病毒中还有第五种结构蛋白血凝素酯酶蛋白(HE)。图中所示的正是2019-nCoV的3D模型图。| 图片来源:Scientific Animations

  更具体的说,它是一种单股正链RNA病毒,是已知基因组最大的RNA病毒之一,大约包含2.6-3.2万个碱基。这类病毒通常会感染哺乳动物和鸟类,造成宿主呼吸道和肠道感染。


  新型冠状病毒(2019-nCoV)是已知第7种人类冠状病毒:


○ 冠状病毒属于冠状病毒科(Coronaviridae)正冠状病毒亚科(Orthocoronavirinae),其下分为α、β、γ和δ四个属,其中β属冠状病毒可以分为A、B、C、D四个谱系。目前我们已知的可以感染人类的冠状病毒有7种。○ 冠状病毒属于冠状病毒科(Coronaviridae)正冠状病毒亚科(Orthocoronavirinae),其下分为α、β、γ和δ四个属,其中β属冠状病毒可以分为A、B、C、D四个谱系。目前我们已知的可以感染人类的冠状病毒有7种。

  事实上,大多数人都曾被冠状病毒感染过。上世纪60年代,科学家首次发现了能够感染人类的冠状病毒,那就是HCoV 229E和HCoV OC43;20世纪60年代后期,科学家逐步发现这两种病毒能够引起上呼吸道的轻微感染和感冒。另外两种能够引起轻微呼吸道感染的NL63和HKU1分别在2004年和2005年被发现。


  但最令人震惊的冠状病毒还是2003年出现的SARS和2012年的MERS冠状病毒,它们的出现让人们开始意识到,冠状病毒也可能是致命的。这两种病毒会引起严重的呼吸系统疾病,并且具有较高的致死率。


  3


  2019-nCoV是如何诞生的?


  严格来说,这个问题还没有确切的答案,但基于对冠状病毒已有的认识和对新病毒的研究,科学家正在努力勾勒出这种新病毒的演变历程。


  由于冠状病毒的基因组很大,它们在复制时“出错”的几率也更大。“错误”意味着变异,变异也有机会带来新的特征,给了它们更多机会可以感染新的宿主。


  在全基因组水平上,这种病毒与一种蝙蝠冠状病毒(RaTG13)序列的一致性达96%。这一结果指向,2019-nCoV很可能是从蝙蝠冠状病毒演化而来。但4%的序列差异意味着上千个核苷酸的差距,这种差距很有可能无法满足直接传染,因此在蝙蝠冠状病毒和2019-nCoV之间很可能还存在一种(也有可能是多种)中间宿主,病毒借助中间宿主的“跳板”,进一步发生了变化。


  根据目前最新的一项尚未发表论文的研究来看,科学家在对比了从穿山甲身上分离的冠状病毒毒株和目前人类身上的毒株之后,发现这二者的序列相似度高达99%,因此穿山甲很可能就是潜在的中间宿主。但参与该项目的研究人员同样强调,这绝非最终结果,我们还需要更多努力才能进一步了解这种病毒。


  4


  2019-nCoV是通过什么途径进入人体内的?


  冠状病毒的突起蛋白(S)可以理解成是它们进入细胞的“钥匙”,而宿主细胞表面的受体就像是看守宿主细胞的“锁”。当”钥匙“遇到了与之对应的”锁“时,病毒便可进入细胞。


  冠状病毒的S蛋白非常多样,作用机制复杂,可以理解成不同的冠状病毒在进化过程中获得了不同的钥匙,它们对应的受体也有差异,这在很大程度上决定了冠状病毒能够感染的细胞类型。比如,那些引起普通感冒的冠状病毒能够感染的大多是人类的上呼吸道,而严重的冠状病毒则会深入到人的下呼吸道和肺部。


  根据现有研究,新型冠状病毒进入细胞的受体与SARS-CoV相同,均为ACE2(血管紧张素转换酶2);MERS-CoV进入细胞的受体是DPP4(二肽基肽酶4)。这两种受体在肺部细胞表面都存在,病毒能够在肺部大量复制,造成感染并引发严重的肺炎等呼吸系统疾病。


  5


  2019-nCoV如何复制?


  和所有病毒一样,冠状病毒也必须依赖宿主的细胞才能复制。因此,它们必须先进入细胞,从细胞中“偷取”物质以完成自身的繁衍。


○ 冠状病毒感染和复制过程简单图示,图示未按比例,根据The Molecular Biology of Coronavirus (1997) 论文制作。| 图片来源:Crenim/Wikicommons○ 冠状病毒感染和复制过程简单图示,图示未按比例,根据The Molecular Biology of Coronavirus (1997) 论文制作。| 图片来源:Crenim/Wikicommons

  简单地说,冠状病毒具有一层包膜,其中包裹着单链RNA。当冠状病毒借助其突起蛋白与细胞表面的分子结合并进入细胞之后,病毒会脱去外壳,将RNA释放到细胞质中。冠状病毒RNA带有5’甲基化端和3’多聚腺苷酸尾,能够附着在细胞的核糖体上。冠状病毒的基因组中编码了一种复制酶,复制酶能够利用宿主细胞的机制让RNA病毒基因组转录成新的RNA拷贝。当不同蛋白被制造出来后,病毒就会在内质网腔中被组装,并通过高尔基小囊泡最终被输送到细胞外。新的病毒会继续运用相同的机制感染更多细胞。


  当然在细胞内实际发生的情况要比这种概括性的描述复杂得多,其中也还有许多细节等待继续挖掘和揭示。


  6


  2019-nCoV在体外能“存活”多久?


  病毒的“存活”一般指保持感染能力。和其他病毒一样,2019-nCoV的存活时间极大地受到环境因素的影响。由于病毒特殊的结构,它们需要一定的附着物(比如飞沫)才能“存活”。目前,这种病毒的确定传播方式包括呼吸道飞沫和接触传播,气溶胶和消化道等传播途径尚待明确。


  我们对病毒的研究仍在一步步深入。按照普遍规律,有囊膜的病毒(比无囊膜的病毒)更“脆弱”,因为病毒在感染细胞时需要保持结构的完整性。根据现有研究,李兰娟院士在2月3日接受电视采访时介绍,新冠病毒在干燥的环境中存活时间约48小时,在空气中两小时后,它的活性明显下降。从人体喷出的飞沫会沉降到不同物体表面,在一些光滑的表面可以存活数小时,如果环境(温度、湿度)合适,也有可以存活长达5天的情况。


  因此,所有医务工作者和科学家都在强调佩戴口罩和勤洗手的重要性。对容易擦拭和安全的表面,可以使用医用酒精等消毒剂进行消毒。


  7


  2019-nCoV与其他冠状病毒有什么区别?


  根据现有研究,2019-nCoV属于β属冠状病毒谱系B,它与SARS-CoV的基因序列一致性达79.5%。在SARS-CoV和MERS-CoV中,2019-nCoV与SARS-CoV的关系更近,新冠病毒属于一种SARS相关病毒,两者使用相同的受体也从侧面证明了这一点。但这两种病毒的基因序列一致性也仅八成不到,说明2019-nCoV是一种新型病毒,并不能简单说是SARS“卷土重来”。


  按照目前对新冠病毒的了解,这种病毒的致死性低于它的“近亲”SARS-CoV和MERS-CoV。截至2020年2月3日晚24时,全国确诊病例的病死率约2.1%,97%的死亡患者集中在湖北。根据目前的观察,病毒在不同个体身上的表现有明显差异,一些老年人和有基础疾病的患者感染后症状较重,但也存在许多轻症患者。



  进入细胞的受体差异能够部分解释各个病毒之间的不同。我们的气道是直接连通外界的通道,所以在正常情况下,这里其实是一个“戒备森严”的地方,许多病原体在正常情况下能够被过滤和清除。比如,MERS病毒的受体DPP4大量存在于支气管下部的细胞,到达这里需要极大量的病毒涌入体内,因此许多MERS患者是在中东地区与骆驼密切接触的人群,MERS-CoV的致死率是目前已知三种严重人类冠状病毒中最高的。


  8


  是什么决定了不同冠状病毒的烈性?


  但受体也无法解释问题的全部。SARS、2019-nCoV和引起普通感冒的NL63这三种冠状病毒利用的都是ACE2受体进入细胞,但导致的疾病、感染部位和严重程度却截然不同。其背后的原因仍不得而知,许多问题仍有待解决。科学家推测,这种不同有可能是因为还存在尚未被发现的其他受体或辅助受体造成的。


  此外,免疫系统在应对不同病毒时所产生的反应机制或许也起到了某种作用。当病毒在入侵时,它们需要学会绕开宿主体内的免疫防线。一旦细胞检测到病毒,就会启动自身免疫反应,而大多免疫反应是双刃剑,对宿主也会产生一定负面影响。因此病毒诱发的免疫反应具有多大的破坏性究竟有严重,同样会影响感染病毒后的后果。


  科学家还发现,不同冠状病毒中还带有不同的辅助蛋白,但我们对辅助蛋白的功能还不够了解。有研究显示,一些辅助蛋白不会影响SARS病毒的复制,但有研究表明去除它们会降低病毒的致病性。而在冠状病毒中,编码突出蛋白和辅助蛋白的基因复制更容易“出错”,这似乎是“有意”促进病毒的演化。


  9


  这次2019-nCoV的影响范围为何这么大?


○ 传染病的基本再生数。○ 传染病的基本再生数。

  基本再生数(R0)可衡量传染病的发展,定义为“在发病初期,当所有人均为易感者时,一位病人在其平均患病期内所传染的人数”,其值越大,传染力越强。目前2019-nCoV的R0值初步估计大约都在1.4-3.3这个区间,在1月29日和31日的两篇研究给出的估算分别是2.2和2.68。随着对病毒的认识数值可能会产生变化,但就目前的研究结果来说,可以说新冠病毒的传播力没有SARS强。


  但相比17年前的SARS病毒,2019-nCoV似乎更“狡猾”,它变得更加隐蔽。在患病初期的症状很像普通感冒或流感,在一些患者身上的表现并没有非常明显,因此更容易被患者忽略或轻视。2019-nCoV的潜伏期也比较长。但这些患者仍然具有传染性,他们成为了主要病毒的传染源。病毒隐匿在人群中,因此影响波及到了更大的范围,也增加了防控工作的难度。


  10


  有什么方法可以消灭2019-nCoV?



  由于新型冠状病毒刚刚进入人们的视线,目前对新冠病毒的理化特征大多来自对SARS-CoV和MERS-CoV的认识。根据《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案》(试行第5版),病毒对紫外线和热敏感,56摄氏度保持30分钟可有效灭活病毒,此外75%乙醇、乙醚、含氯消毒剂、过氧乙酸和氯仿等脂溶剂均可有效灭活病毒。值得一提的是,尽管病毒很不喜欢干燥环境,但我们平时所说的“干燥”还完全达不到消灭病毒的条件。


  目前针对冠状病毒尚无特效药。由于冠状病毒对热敏感的特性,17年前的SARS最终在气温逐渐升高之时消失在了大众的视野中。各国科学家也在加紧研制和临床试验各种药物,应对这一次的新型病毒。


  目前,在湖北集结了来自全国各地的医护工作者和科学家,在“战疫”的一线,能看到许多熟悉的科学家面孔,钟南山、李兰娟、陈薇……世界多个团队正在组织进行药物试验和疫苗研发。


  这确实是付出了沉重代价的一课,它再一次教会我们尊重自然,但一定不会是过不去的难关。


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