再反轉?《自然》:新冠病毒或是穿山甲冠狀病毒與蝙蝠冠狀病毒重組...

2021-01-17 前瞻網

COVID-19的暴發對全球衛生系統提出了前所未有的挑戰,有關它從何而來的爭論一直未停過,實驗室洩露、病毒人造的陰謀論,來自太空的荒謬觀點充斥各個社交媒體,但此前的一些研究讓更多的人相信,病毒來源於蝙蝠,而中間宿主是穿山甲。

2月份,華南農業大學召開新聞發布會宣布,發現穿山甲是新型冠狀病毒疫情的潛在中間宿主。但3月份來自中國的2項研究推翻了這一結論,穿山甲或不是新冠病毒中間宿主。

管軼和胡豔玲團隊發表在《自然》的論文發現,穿山甲身上攜帶有新冠病毒相關的冠狀病毒,基因組相似率在85.5%-92.4%。但認定中間宿主要求其病毒基因組相似性達到99%以上,因此,不足以證明穿山甲是新冠病毒中間宿主。

雲南大學張志剛團隊在馬來穿山甲體內發現與新冠病毒相近的冠狀病毒,蝙蝠冠狀病毒的基因組相似性分別為91.02%和90.55%,仍未達到上述條件,無法證明穿山甲是新冠病毒的中間宿主,可能是自然宿主。

除了穿山甲,還有其他假設,4月,大連理工楊永亮團隊提出,樹鼩和雪貂可能是新冠病毒傳播的兩種中間宿主。

5月7日發表在《自然》上的一篇新論文提出,新冠病毒可能源於穿山甲冠狀病毒與蝙蝠冠狀病毒的重組,論文題目為「Isolation of SARS-CoV-2-related coronavirus from Malayan pangolins」,通訊作者為華南農業大學肖立華、沈永義及廣州動物園陳武。

新型冠狀病毒SARS-CoV-2與SARS-CoV和蝙蝠冠狀病毒RaTG13具有高序列同源性。雖然蝙蝠可能是各種冠狀病毒的宿主,但SARS-CoV-2是否有其它宿主仍不明確。在新研究中,從馬來穿山甲分離的1株冠狀病毒在E、M、N和S基因中分別與SARS-CoV-2的胺基酸同源性分別為100%、98.6%、97.8%和90.7%。特別是,Pangolin-CoV(穿山甲冠狀病毒)的S蛋白中的受體結合域與SARS-CoV-2的受體結合域幾乎完全相同,只有一個非臨界胺基酸的差異。比較基因組分析的結果表明,SARS-CoV-2可能起源於Pangolin-CoV-樣病毒與Bat-CoV-RaTG13-樣病毒的重組。

在分析的25種馬來亞穿山甲中,有17種發現了穿山甲病毒。感染的穿山甲出現臨床症狀和組織學改變,循環的Pangolin-CoV抗體與SARS-CoV-2的S蛋白發生反應。在穿山甲中分離出一種與SARS-CoV-2高度相關的冠狀病毒,這表明它們有可能成為SARS-CoV-2的中間宿主。如果野生動物貿易不得到有效控制,這種新發現的最常運輸的哺乳動物冠狀病毒可能對公眾健康構成未來的威脅。

由於冠狀病毒(CoVs)在哺乳動物和鳥類中很常見,因此在對SARS相關的CoV(SARSr-CoV)序列進行Blast搜索時,研究人員使用了SARS-CoV-2(WHCV; GenBank登錄號MN908947)的全基因組序列,以獲得哺乳動物和禽類病毒、元基因組和轉錄組數據。從而在一組穿山甲病毒元基因組中鑑定出34個高度相關的重疊群。 因此,重點研究了穿山甲中SARSr-CoV的後續研究。

研究人員於2019年3月至8月在野生動物救援中心從四隻中華穿山甲(Manis pentadactyla)和25隻馬來穿山甲(Manis javanica)中獲取了肺組織,並使用RT-PCR和針對βCoVs保守區域的引物對RT-PCR進行了肺炎分析。25隻馬來穿山甲中的17隻產生了預期的PCR產物,而中華穿山甲中的RNA未能擴增。

陽性的馬來穿山甲全部來自首次運輸。它們於三月底被帶到救援中心,並逐漸顯示出呼吸系統疾病的跡象,包括呼吸急促,消瘦,食欲不振,缺乏運動和哭泣。此外,測試陽性的17隻穿山甲中有14隻在1.5個月的時間間隔內死亡。

使用雙抗原夾心ELISA將四份PCR陽性和四份PCR陰性的馬來穿山甲的血漿樣品用於檢測針對SARS-CoV-2的IgG和IgM抗體。PCR陽性樣品之一與OD450值為2.17發生了強烈反應(臨界值= 0.11)。血漿在1:80的稀釋度下仍保持陽性,表明穿山甲自然感染了SARS-CoV-2-樣病毒。其他三份PCR陽性穿山甲均未發現針對SARS-CoV-2的抗體。在抗體出現之前,它們有可能在疾病的急性期死亡。

與一隻β-CoV陰性的馬來亞穿山甲比較,對來自四隻β-CoV陽性的馬來穿山甲的組織進行組織學檢查,發現肺中瀰漫性肺泡損傷程度不同。1例肺泡中充滿了脫皮的上皮細胞和一些帶有含鐵血黃素色素的巨噬細胞,肺泡空間顯著減少,導致肺部固結。

在其它例中,這種的變化更加集中。嚴重例中在細支氣管和支氣管中也有滲出的紅細胞和壞死細胞碎片。2例細支氣管和支氣管中可見到局部單核細胞浸潤,1例細支氣管和小支氣管中可見出血。在所檢查的四例中,肺泡中未檢測到透明膜和合胞體。

為了分離病毒,將來自一隻死亡的馬來穿山甲的均質化肺組織上清液接種到Vero E6細胞中。 溫育72小時後,在細胞中觀察到明顯的致細胞病變作用。 通過透射電子顯微鏡檢測到的病毒顆粒主要在雙膜囊泡內部,而在其外部很少。 它們顯示出典型的冠狀病毒形態。 靶向刺突(S)和RdRp基因的RT-PCR產生了預期的PCR產物。 PCR產物與SARS-CoV-2的部分S和RdRp基因分別具有84.5%和92.2%的核苷酸序列同一性。

這一研究利用Illumina RNAseq來鑑定9種穿山甲中的肺部病毒。 序列數據到參照SARS-CoV-2(WHCV)基因組的映射確定了七個樣本中的CoV序列讀數。 對於一個樣品,通過將總讀數重新映射至參考基因組可獲得更高的基因組覆蓋率。 研究人員使用組裝的重疊群,短序列讀取和靶向PCR分析獲得了完整的CoV基因組(29,825 Bp),命名為Pangolin-CoV。 對六個PCR陽性樣本中的完整S基因進行了測序,揭示了序列比對中僅存在四個核苷酸差異(擴展數據圖5),表明這批研究樣本中僅存在一種冠狀病毒。預測的Pangolin-CoV的S、E、M和N基因長度分別為3,798、228、669和1,260 bp,與SARS-CoV-2具有90.7%、100%、98.6%和97.8%的胺基酸同一性。

在全基因組序列的Simplot分析中,Pangolin-CoV與SARS-CoV-2和Bat SARSr-CoV RaTG13非常相似,除S基因外,序列同一性在80%至98%之間。對S基因序列的進一步比較分析表明,在所分析的一些SARSr-CoV之間存在重組事件。在核苷酸1-914區域,Pangolin-CoV與Bat SARSr-CoV ZXC21和Bat SARSr-CoV ZC45更相似,而在基因的其餘部分中,Pangolin-CoV與SARS-CoV-2和Bat-CoV-RaTG13更相似。尤其是,Pangolin-CoV的S蛋白的受體結合結構域(RBD)與SARS-CoV-2僅具有一個胺基酸差異。

總體而言,這些數據表明SARS-CoV-2可能源自類似Pangolin-CoV病毒與類似Bat-CoV-RaTG13病毒的重組。為了進一步支持該結論,研究人員評估了全基因組中β冠狀病毒,RdRp和S基因以及S基因不同區域之間的進化關係。拓撲結構大多數顯示Pangolin-CoV與SARS-CoV-2和Bat SARSr-CoV RaTG13聚簇,SARS-CoV-2和Bat SARSr-CoV RaTG13在簇內形成亞枝。但是,在RBD的系統發育分析中,Pangolin-CoV和SARS-CoV-2被歸為一類。如先前在SARS-CoV和MERS-CoV中所見,在基因組不同區域的系統發育分析中,簇形成中的衝突是遺傳重組的有力指示。 

由於SARS-CoV和SARS-CoV-2的S蛋白均已顯示在宿主細胞進入過程中特別識別血管緊張素轉化酶II(ACE2),因此研究人員對四種密切相關的SARSr-CoVs的S蛋白與來自人類、果子狸和穿山甲的ACE2蛋白的相互作用進行了分子結合模擬。 不出所料,SARS-CoV的RBD在分子結合模擬中有效地帶動了來自人類的ACE2的分泌。 另外,它似乎能夠結合穿山甲的ACE2。 相反,SARS-CoV-2和Pangolin-CoV的S蛋白可能僅識別人和穿山甲的ACE2。

SARS-CoV-2是三種人畜共患的冠狀病毒之一(其它兩種是SARS-CoV和MERS-CoV),可感染下呼吸道並引起人類嚴重的呼吸症候群。迄今為止,它具有比SARS-CoV更高的傳染性,但致命性更低,感染人數遠遠超過了SARS-CoV造成的感染。 

SARS-CoV-2暴發的流行病學調查顯示,最初的一些患者與華南海鮮市場有關,那裡還出售了野生動植物。迄今為止,還沒有動物被認為是該病毒的攜帶者。 SARS-CoV-2與SARS-CoV和蝙蝠SARS相關冠狀病毒形成簇。此外,蝙蝠冠狀病毒(Bat SARr-CoV RaTG13)在全基因組水平上與SARS-CoV-2具有約96%的序列同一性。因此,合理地假設蝙蝠是SARS-CoV-2的天然宿主,如先前對SARS-CoV和MERS-CoV所建議的那樣。

在本研究中鑑定出的SARSr-CoV病毒和馬來穿山甲病毒序列的元基因組學彙編與SARS-CoV-2遺傳相關,但由於其與SARS-CoV-2的實質序列差異而不太可能直接與暴發相關。但是,與Pangolin-CoV相關的病毒似乎已將RBD賦予給SARS-CoV-2。先前已在死亡的馬來穿山甲中檢測到SARSr-CoV序列。這些序列似乎來自本研究中鑑定的Pangolin-CoV,是通過它們的序列相似性來判斷的。

這一研究提供了有關穿山甲作為SARS-CoV-2-樣冠狀病毒人畜共患病庫的潛力的證據。然而,這些穿山甲顯示出疾病的臨床體徵。通常,天然宿主不會表現出嚴重的疾病,而中間宿主可能具有感染的臨床徵兆。由於缺乏免疫組織化學或原位雜交實驗的證據,儘管在這些穿山甲的肺中檢測到SARS-CoV-2-樣的冠狀病毒,但臨床徵兆或病理與活性病毒複製之間仍然沒有直接聯繫。用穿山甲冠狀病毒對健康穿山甲進行實驗性感染將為我們提供更明確的答案。但是,穿山甲是受保護的動物,因此難以進行此類實驗。需要進一步研究以確認其在SARSr-CoVs傳播中的作用 

由於穿山甲病毒的RBD與SARS-CoV-2的RBD幾乎完全相同,因此穿山甲病毒對公眾健康構成了潛在的未來威脅。穿山甲和蝙蝠都是夜行動物,以昆蟲為食,共享重疊的生態位,這使得穿山甲成為某些SARSr-CoV的理想中間宿主。因此,應該對穿山甲和其它相關動物中的SARSr-CoV進行更系統、更長期的監測,以確定當前疫情中SARS-CoV-2的潛在動物來源。

研究結果進一步支持加強非法穿山甲貿易禁令的呼籲。由於人們對穿山甲這種美味佳餚和中藥鱗片的需求難以滿足,穿山甲走私活動屢禁不止,所以,應該開展國際合作,實施更嚴格的法規,禁止非法野生動物貿易和食用野味。這樣可以為瀕危動物提供更強有力的保護,並預防由SARSr-CoVs引起的重大疫情。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

原文來源:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2313-x

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