科普｜从病毒学的视角聊聊2019新型冠状病毒

共同战疫  

2020年 2 月 2 日            

最近一段时间，相信大家对新型冠状病毒的防控及治疗的要点已经非常熟悉了，咱们今天将主要从病毒学基础研究的角度来讨论下这类病毒的一些特征。

首先，冠状病毒对人类来说并不陌生，早在1937年，科学家们就从病鸡的组织样本中分离得到了第一株冠状病毒。在目前已鉴定的7种可感染人的冠状病毒中，有3种会导致较为严重的人类疾病，其余4种引起普通感冒等轻微症状。

从病毒分类上看，冠状病毒隶属于单节段正链RNA病毒，这个名字听起来比较拗口，让我们来做几个名词拆解吧：“RNA病毒”：说明冠状病毒的遗传信息由RNA（Ribonucleic acid，核糖核酸）来承载。以RNA为遗传物质的病毒，在复制子代病毒时发生突变的概率要显著高于以DNA（Deoxyribonucleic acid，脱氧核糖核酸）为遗传物质的生命体；“单节段”，指的是冠状病毒的基因组只由一条RNA链组成，在这条链上编码了十余种功能各异的病毒蛋白所需的遗传信息；而所谓的“正链”，意味着冠状病毒在进入宿主细胞之后，无需经过基因组的转录过程，就可以直接利用宿主的核糖体来生产病毒复制所需的蛋白质。

接下来，我们来看看冠状病毒的这个名字是怎么来的？当科学家第一次从电子显微镜下看到这类病毒的形状时，发现它的直径大约为120纳米左右，在病毒的表面呈现出一种类似于中世纪欧洲帝王皇冠的突起结构，于是根据形态给它起了个名字叫做冠状病毒（coronavirus）。

我们进一步要问的是，这种 “王冠”样的外表对病毒来说有什么用处吗？如果我们把镜头进一步的放大，可以发现这些突起是由冠状病毒编码的一种像钉子似的刺突蛋白（spike protein）三聚体组合形成，垂直分布于病毒的表面，这个三聚化的刺突蛋白对病毒的入侵极为重要。目前我们所了解的绝大多数病毒，入侵宿主细胞时并不能识别任意类型的宿主细胞，也不是像子弹一样直接“射入”宿主细胞。每种病毒都需要携带一把特殊的“钥匙”，识别细胞表面特定的受体结合形成稳定的复合物，再通过内吞或胞饮等途径才能进入宿主细胞。一种病毒可能识别多个受体，同一种受体也可能会被多种不同的病毒所利用。总之，病毒需要采用严格的识别机制来保证它们释放基因组的时间和地点，否则就会导致侵染失败。

图1.冠状病毒电子显微镜照片

（来源：www.en.wikipedia.org，维基百科）

看到这里，细心的朋友可能会猜到了，如果我们能够干扰病毒对宿主受体的识别机制，则将有可能阻断病毒的侵染过程。在大多数与冠状病毒经历过生死搏斗的康复者血液中，都可以分离得到由免疫系统产生的中和性抗体，它们能够阻断病毒刺突蛋白对入侵受体的结合，从而达到对病毒的中和效果。类似的剧情大家可能在一些科幻电影中看到过：为了应对一次严重的传染疫情，科学家会从少数的幸存者的血液中分离制备中和性抗体，从而获得治疗烈性传染病的特效药物。针对此次新型冠状病毒的疫情，我国的一些科研团队也正在进行这方面的研究，希望不久之后会给大家带来好消息。

另一个大家可能也非常关注的问题是，这次的冠状病毒到底是从哪里冒出来的呢？这个问题目前确实不太容易给出肯定的答案。应该说，中国科学家针对此次疫情的基础研究是非常高效的，但是在短时间内，溯源分析主要还只能基于有限的临床分离样本的基因序列比对。对病毒天然宿主的最终确证，还有赖于更丰富的样本采集和更深入的数据分析。从目前披露的情况来看，这次新型冠状病毒与浙江舟山和云南菊头蝠体内分离出的两株病毒比较相似，氨基酸的序列相似度分别达90%和96%。

值得一提的是，自然界是一个包括动物、植物和无数微生物等生命体共同生存与博弈的舞台，在野生动物的体内存在着种类多样的病原体，它们在长期的博弈过程中，与天然宿主形成了稳定的共存关系，宿主被感染后携带病毒，但并不导致发病，二者之间形成了一个稳定的感染循环链。可是，在某种特殊的机会下（例如：屠宰、食用野生动物，或与野生动物长期亲密接触），中间宿主或人类闯入了这个稳定的循环，由于新宿主的免疫系统从来没有接触过这些病原，二者不能在短时间内形成稳定的博弈平衡，从而导致了感染和疾病的发生。

不过，这次冠状病毒的首次跨物种感染应该不是来自于人类直接食用蝙蝠。更具可能性的是，在感染途径中存在着某种我们未知的中间宿主，作为联系蝙蝠和人类之间的关键媒介。并且，我们还有理由认为，这个中间宿主应该是一种与人和蝙蝠都有机会亲密接触的动物。目前科学家们对此有种种猜测，希望我们能够尽快找到这个中间宿主，并且通过有效的行动阻断这一传播过程中的关键环节。

图2. 2019新型冠状病毒可能的传播循环途径

（作者根据目前已知的有限信息绘制）

最后想和大家交流一个更为轻松的话题。我本人从事病毒学的基础研究，同时也给南开的本科生讲授病毒学的基础课。从2013年开始，我在每一届课程的导论课上，都会给同学们推荐一款休闲的小游戏《瘟疫公司》（Plague Inc.），这是一款2012年上市的老游戏了，听说最近随着新型冠状病毒疫情的传播又冲上了App store国区付费榜的第一名。

游戏的主界面是一张世界地图，游戏者将扮演一个病原体，通过进化传播途径、发病症状和一些特殊能力，最终感染并杀死全世界的所有人类。在游戏过程中，玩家需要根据人类的活动以及自然的变化来采取相应的行动，并抢在人类的解药研发之前达成游戏目标。这个游戏的设定比较非主流，采取的是一种邪恶的上帝视角，不过，却能够帮助玩家换位到病原体的视角，去理解疾病的演化策略和症状表现，总体来说是一个值得一玩的游戏。

图3. 瘟疫公司游戏界面

（来源：www.ndemiccreations.com，瘟疫公司官网）

这个游戏从逆向的思维提醒我们要更加珍爱当下的生活，保护好我们的家园和家人。不过，还要提醒大家注意的是，这个游戏的规则设置及胜局判定，不仅有些反人类的设定，其实也并不符合病原微生物进化的真正目的。事实上，从进化生物学的角度来看，任何一种由基因编码的生命体，它在基因层面的终极追求应该是获得最大量的基因拷贝数量，对于病毒而言，它们的有效策略应该是在不产生明显症状的情况下，感染尽可能多的宿主，并且大量复制自身的基因（当然，某些症状的产生也会有利于病原体的传播，例如咳嗽，喷嚏，腹泻，皮肤破损和囊肿等），用《三体》里的话来说，病毒需要做的是“隐藏自己，做好复制”。总而言之，杀死宿主并不符合病毒自身的利益，相反，它们本希望能够与宿主长期共生。

数万年来，人类曾经面对过天花，西班牙流感，埃博拉等多种烈性病毒的挑战，进入现代社会，人类对自然的过度开发也常常会破坏自然界原有的平衡。飞机、铁路、轮船等现代交通工具推动了人员及货物的快速流通，大型城市及城市群的发展也进一步提升了人口密度，这些科技与文明的进步在给我们带来更多便利的同时，也在不经意间帮助了传染性疾病的传播和变异。

希望这次疫情过后，咱们能够有所反省，对自然，以及包括野生动物在内的生命有更多的敬畏，更好的学会与自然和谐相处。

作者介绍

郭宇，南开大学药学院副教授，入选中国科协青年人才托举工程。针对埃博拉、克里米亚-刚果出血热、非洲猪瘟等重要病毒开展了系列研究工作，主持承担了包括国家重点研究计划、自然科学基金面上项目等在内的多项国家级课题，他开设的《药物发展简史》课程入选南开大学“魅力课堂”。