蝙蝠传染流浪狗？新冠病毒溯源新假说发表，但尚无实际检测证据

《分子生物学与进化》发表的一项研究分析认为，SARS-CoV-2 可能在犬类肠道组织中发生了演化，变得更不容易被免疫系统识别。这一结论也和 COVID-19 患者消化道症状多发的特点相符。

但是，这个结论目前只是一个假说，研究本身可能受到了样本范围的限制。目前为止还没有在狗身上发现和 SARS-CoV-2 具有直接亲缘关系的病毒株。

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编译 甄婷 戚译引

编辑 戚译引

自新冠疫情爆发以来，科学家们一直在分析这种新型冠状病毒是如何从其动物宿主传播到人类身上的。尽管蝙蝠已经被基本确定是 SARS-CoV-2 的自然宿主，但是蝙蝠和人类之间的中间动物宿主仍然有待确定。此前一些研究认为中间宿主可能是蛇或穿山甲，而一篇最新论文提出了新的观点：流浪狗可能是这次疫情暴发的来源。

这篇论文已经在《分子生物学与进化》（Molecular Biology and Evolution）在线发表，作者为加拿大渥太华大学（University of Ottawa）的生物学教授夏旭华（Xuhua Xia）。研究通过对比不同物种身上提取的病毒样本，认为犬类病毒的 CpG 二核苷酸（CpG dinucleotides）频率和 SARS-CoV-2 相似，由此推断犬类体内有某种细胞环境有利于 CpG 二核苷酸频率低的基因组的演化，这种演化趋势也使病毒变得更不容易被免疫系统识别。

夏旭华据此推测了病毒跨物种传播的一个可能路径：流浪狗通过食用蝙蝠感染了病毒，随后病毒在犬类互相舔舐肛门的时候互相传染，并转移到呼吸道中。他表示：“我们的观察结果为 SARS-CoV-2 的起源和最初的传播提供了新的假设。很有可能是 SARS-CoV-2 的病毒祖先及其亲缘关系最近的蝙蝠冠状病毒感染了犬科动物的肠道，导致该病毒在犬科动物中迅速进化，然后传播到人类身上。因此监测野生状态下犬类体内的 SARS 样冠状病毒对抗击 SARS-CoV-2 具有重要作用。”但他同时强调，研究结论仍然只是一个推测，如果野外取样更充分的话，也许在别的哺乳动物中也会发现低 CpG 二核苷酸的病毒基因组。

新冠病毒为何如此狡猾

夏旭华长期研究不同宿主中病毒的分子特征，他认为引发这次疫情的病毒不太可能是从蝙蝠或穿山甲直接跳跃到人类身上的。期刊提供的新闻稿中提到，通过计算病毒突变率，可推算 SARS-CoV-2 和来自蝙蝠的 RaTG13 的共同祖先大约出现在 53 年前，也就是 1966 年前后。用同样的方式计算可以得出，SARS-CoV-2 和来自穿山甲的病毒株（pangolin/Guangdong/1）的共同祖先大约出现在 1882 年。从这样长的时间间隔看来，现有证据无法充分证明病毒是从蝙蝠或穿山甲直接跳跃到人类身上的。

为了寻找真正的中间宿主，夏旭华借助另一个特征追溯病毒的演化过程，这关系到病毒躲避免疫系统攻击的策略。

当病毒入侵宿主时，为了对抗或逃避宿主机体的免疫系统攻击，病毒的基因组发生改变，并因此留下了标记。人类和其他哺乳动物体内含有关键的抗病毒前哨蛋白 ZAP，它可以阻止病毒在宿主体内的繁殖并降解其基因组，从而阻断病毒感染。ZAP 识别病毒 RNA 的靶点是其基因组中的一对碱基，即 CpG 二核苷酸，这是人体免疫系统用来寻找和消灭病毒的指向标。ZAP 在人的肺部中发挥作用，并在骨髓和淋巴结中大量产生，这也是免疫系统准备发起进攻的部位。

但过往研究证明，病毒同样能够发起反击。像 SARS-CoV 这样的单链 RNA 病毒可以通过降低 CpG 含量以避开 ZAP 的攻击，使其难以发挥作用。对其他 RNA 病毒的类似评估表明，HIV 也能利用这种尽量减少 CpG 的进化技巧来抵抗人类机体的抗病毒防御。夏旭华说：“如果说病原体中 CpG 数量的减少会增加病毒对公共卫生的威胁，那么增加病原体中 CpG 的量将会减少此类病毒对人类健康的危害。”CpG 含量高的病毒将会更容易被宿主的免疫系统识别并靶向攻击，使其毒性降低。

在这项研究中，夏旭华分析了目前储存在 GenBank 数据库中共计 1252 个 β-冠状病毒的全长基因组，发现在所有冠状病毒近亲中，SARS-CoV-2 及其亲缘关系最近的蝙蝠冠状病毒（BatCoV RaTG13）的 CpG 含量最低。

 “最显著的变化便是在 BatCoV RaTG13 谱系的病毒基因组中， CpG 水平发生了一次独立且剧烈的下降。该蝙蝠冠状病毒于 2013 年在中国云南省的中华菊头蝠（Rhinolophus affinis）体内取样，但直到 2019 年底 SARS-CoV-2 感染爆发后，它才在中国科学院武汉病毒研究所完成测序，”夏旭华表示，“它与 SARS-CoV-2 在系统发育上亲缘关系最近，共享 96％ 的相似序列。”

“遗憾的是，在 2013 年时并未对 BatCoV RaTG13 进行测序，不然这种 CpG 骤降的模式或许能够引起我们的警惕。该病毒很可能在高 ZAP 表达的组织中发生了进化，这样的环境有利于基因组中 CpG 水平较低的病毒。更重要的是，病毒的存活说明它们已经成功避开了 ZAP 介导的抗病毒防御机制，也就是说，它已经变得更加隐蔽、对人类更危险。”

夏旭华还使用 CpG 分析工具重新检验了中东呼吸综合征（MERS）在骆驼体内的起源，发现感染骆驼消化系统的病毒基因组中的 CpG 含量要低于那些感染骆驼呼吸系统的病毒。

流浪狗或为疫情起源

在分析来自狗的数据时，夏旭华发现，只有在引起高传染性肠道疾病的犬冠状病毒（CCoVs）的基因组中，CpG 水平与 SARS-CoV-2 和 BatCoV RaTG13 相似。其次，和骆驼的情况相同，感染消化系统的犬冠状病毒基因组中的 CpG 含量要低于那些感染其呼吸系统的病毒（CRCoV，也属于 β-冠状病毒属）。

此外，已知 SARS-CoV-2 进入细胞的细胞受体是血管紧张素转换酶 2（ACE2），这种受体在人体的消化系统中产生，在小肠和十二指肠中含量最高，而在肺中的表达相对较低。这表明哺乳动物的消化系统可能是冠状病毒攻击的主要目标。

并且在夏旭华所分析的动物中，除前述动物以外，人类是已观察到的唯一一个携带低 CpG 含量冠状病毒的宿主物种。夏旭华说：“这个现象符合这一诠释，即 SARS-CoV-2 的低 CpG 含量特征是病毒祖先在适应哺乳动物消化系统的进化过程中获得的。而这种诠释也在最近的研究成果中进一步得到印证：COVID-19 患者中存较很高比例的患者表现出消化道不适的症状。事实上，48.5％ 的病人就医时主诉是消化道症状。”在一项针对美国最初发现的 12 例 COVID-19 患者的综合研究中，有 1 例患者报告腹泻是最早出现的症状，早于发烧和咳嗽，并且每 10 例患者中就有 7 例患者的粪便样本呈 SARS-CoV-2 阳性，其中 3 例同时报告有腹泻症状。

犬科动物经常被观察到有舔舐肛门和生殖器的行为，这不仅发生在交配期间，在其他情况下也有发生。这种行为有利于病毒从消化系统传播转向呼吸系统传播，并且促进了胃肠道病原体与呼吸道及肺部病原体之间的交换。“在这种情况下，GenBank 记录的从粪便拭子中分离出的蝙蝠冠状病毒 RaTG13（编号MN996532）具有重要意义。这些观察结果符合 SARS-CoV-2 在哺乳动物的肠道或与肠道相关的组织中进化的假设。”

根据这项研究结果，夏旭华对病毒的传播路径作出假设：流浪狗通过食用蝙蝠肉感染上蝙蝠体内的冠状病毒；在犬科动物肠道内，环境对病毒 RNA 基因组中 CpG 水平进行选择，使得病毒快速进化，基因组内的 CpG 水平降低；最终，这些低 CpG 水平的病毒传播到人群中，逃过了人类机体内 ZAP 介导的免疫反应，成为一种危害严重的人类病原体。

“找到 SARS-CoV-2 的特定起源固然对缓解当前的世界卫生危机至关重要，而我们的研究表明，长远看来，认识宿主免疫防御系统与病毒基因组的相互作用，包括宿主组织对病毒基因组构成施加的选择压力，对揭示病毒进化具有重要意义，”夏旭华说。

疫情溯源仍然困难

关于新冠病毒的起源，我们目前仍然难以获得决定性证据。夏旭华指出：“考虑到 SARS-CoV-2 感染人的能力早在一段时间前已经产生，并且它具有很强的传染能力，那么它从动物到人类中的传播一定是个罕见事件，否则疫情应该会出现多次分散的暴发，而不是像这次这样单次局部暴发。这一现象有几种可能的解释：这个携带病毒的物种非常罕见；这个物种中只有少数个体携带了病毒；这个物种与人群接触很少。因此，找到这样的一个物种将非常困难。并且出于这个原因，我建议将野狗纳入病毒监测项目中。”

尽管此前也有报道称有宠物狗检出新冠病毒阳性，但值得注意的是，目前为止还没有在狗身上发现和 SARS-CoV-2 或 RaTG13 具有直接亲缘关系的病毒株。那么，有没有可能是病毒直接从蝙蝠跳跃到人类身上，并且在人群中经历多年时间完成了演化？甚至有可能人类曾经是 SARS-CoV-2 和 RaTG13 的共同宿主？

夏旭华在一份媒体手册中进行了回答：“关于新冠病毒的起源，存在两个猜想。第一种猜想认为它就像 MERS 病毒一样，通过人和动物的反复接触进行了多次传播，只是 SARS-CoV-2 完全适应了人类，而 MERS 没有完全适应。另一个猜想认为病毒在一个动物宿主身上演化，对人类的适应能力不断增强。‘基本适应’阶段大约要花上几年，并且动物宿主应该通常不会将病毒性疾病传染给人类，因此人类在这个阶段似乎没有被病毒感染，直到病毒到达‘完全适应’阶段。目前的系统发生学分析更支持第二种猜想，也就是说完全适应了人类的 SARS-CoV-2 突然出现在人群中，导致了疫情暴发。”

此前中国农业科学院哈尔滨兽医研究院在 bioRxiv 发表的一篇论文显示，SARS-CoV-2 在狗身上复制效率较低，在猫和雪貂身上复制效率较高，那么这项新研究的结论是否和先前的实验证据存在矛盾？对此，夏旭华通过邮件答复了科研圈。他介绍：

“我们要担心的并不是那些感染 SARS-CoV-2 之后发病的动物（例如雪貂）。相比之下，那些感染后没有明显症状，携带病毒四处活动的动物要危险得多。

“所有在猫身上采集的冠状病毒都有相对较高的 CpG 水平，表明低 GpG 水平的病毒不太可能来自于猫。而在之前那一项研究中，狗肛拭子中也检测到了 SARS-CoV-2，论文作者也提到这种病毒可能在狗的消化道中传播。

“并且，那项研究的作者们通过鼻和气管对实验动物接种了病毒，但是没有进行针对消化系统感染的实验。如果要让哺乳动物胃部以下的消化道感染某种病毒（或细菌），通常需要将病毒（或细菌）与食物混合后喂食，食物的份量要充足，以减少胃酸的影响。”

此前关于穿山甲的论文受到的质疑之一，就是研究仅仅分析了在其他地区而非武汉收集的样本。那么就这项研究分析的 CpG 值而言，它在不同地区采集的样本中是否保持稳定？夏旭华回答：

“目前为止，在已知的冠状病毒基因组中，SARS-CoV-2、（来自蝙蝠）的 TG13 和穿山甲冠状病毒是亲缘关系最为密切的。它们的基因组中 CpG 水平都很低。最简单的解释就是，这三种病毒的共同祖先获得了一个低 CpG 水平的基因组。

“另一个可能的解释就是，这三种病毒的共同祖先，或者 SARS-CoV-2 和 TG13 的共同祖先，没有演化出低 CpG 基因组；携带 RaTG13 的蝙蝠只是从其他地方获得了 TG13。作出这样的假设，部分是因为 RaTG13 是一个单态类（singleton）。如果有其他蝙蝠来源的冠状病毒显示 CpG 水平逐渐降低，直至达到 RaTG13 的水平，那么我们就可以合理地得出结论，认为冠状病毒中较低的 CpG 水平可能出现在某些特定的蝙蝠病毒谱系中。但是，目前没有其他蝙蝠冠状病毒基因组体现出像 SARS-CoV-2、TG13 和穿山甲冠状病毒那样极低的 CpG 水平。同样的推论也适用于穿山甲来源的病毒基因组。

“想象一个来自 20 世纪 60 年代的共同祖先，它的一个子谱系（谱系 A）上产生了 TG13，另一个子谱系（谱系 B）上产生了SARS-CoV-2，这可能经过了一系列的分支发生事件（cladogenic events）。那么，谱系 B 中的病毒就比谱系 A 中的病毒和疫情有更密切的关联。

“如果我们计算出 TG13 与 SARS-CoV-2 的共同祖先存在于 2018 年，而不是 20 世纪 60 年代，那么 TG13 和疫情的关系就要紧密得多。从 1966 年到现在，期间可能发生很多次基因组替换。一个亲缘关系更近的病毒将帮助我们更深入地了解 SARS-CoV-2 的起源。如果两个病毒的基因序列之间相似度大于 99%，那么就可以假设两者的表型高度相似，但是这个结论并不适用于两个基因组相似度 96% 的病毒。”

关于这项研究的局限，夏旭华总结：“如果我们有来自所有哺乳动物所有组织的数据，其中只有犬类消化系统中检测出 CpG 水平较低的冠状病毒，那么就能有力说明狗可能在 SARS-CoV-2 演化出低 CpG 水平的过程中发挥了重要作用。但是，我们的数据远远没有那么多，因此只能推测狗可能是一种潜在宿主。我在论文中也提到了这点。”

点击“阅读原文”即可阅读相关论文：

Xuhua Xia, Extreme genomic CpG deficiency in SARS-CoV-2 and evasion of host antiviral defense, Molecular Biology and Evolution, msaa094, https://doi.org/10.1093/molbev/msaa094 

参考来源：

https://eurekalert.org/pub_releases/2020-04/mbae-sp040720.php

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