來源：科學大家
專題：《科學大家》聚焦新型冠狀病毒
實時疫情入口
出品：新浪科技《科學大家》、未來論壇
主講嘉賓：金冬雁 香港大學霍廣文伉儷基金精準醫學教授
編者按：
人類冠狀病毒到底有哪些？它們來源於哪些動物？在人類引起什麼疾病？此次新冠病毒肺炎有哪些特點？其診斷、治療和疫苗研製有哪些值得期待的進展與突破？全球大流行的走向和終局又是什麼？
從2019年12月31日宣布找到新冠病毒到今天，三個多月以來人類真實地見證了這個病毒。從發現到全球大流行，疫情的發展情況能這樣被記錄下來也是有史以來第一次。
在這個過程中，中國科學家做出來很多的貢獻：比如我們12月30日宣布找到病毒，1月12日測定核酸序列，然後很快和全世界分享了數據。當然也有不足之處，1月20日以前我們對於病毒的流行情況沒有很好地把握，這是將來值得總結的。
七種人類冠狀病毒的儲存宿主與中間宿主
新冠病毒是第七個人類冠狀病毒，這些病毒都是從動物來的。在天然的儲存宿主內，有大量不同種類的病毒，一般情況下並不致病或者只引起很輕的症狀。中間宿主往往是指從儲存宿主到人之間或者到新宿主之間的宿主，中間宿主不一定是病毒的儲存宿主，但是經過一段時間的適應中間宿主也可能變成儲存宿主。
這個概念好像比較複雜，舉個例子說，愛滋病毒的儲存宿主就是黑猩猩或者白頂白眉猴，流感病毒的儲存宿主主要是水禽。HIV是有史以來世界上研究得最清楚的一個病毒，我們很多研究其它病毒的學者都可以從HIV的研究中學習到一些方法或者一些思路。
上圖是冠狀病毒的結構，以SARS冠狀病毒為例，SARS-CoV-2和它非常類似。結構中黃色對應的是纖突蛋白，綠色是核衣殼蛋白，灰色是膜蛋白，這些蛋白是譜系特異性的，主要是負責和宿主相互作用的輔助蛋白。這個冠狀病毒是單股正鏈的RNA病毒，大概有3萬個核苷酸。它的複製酶會被宿主蛋白酶水解，成為多種非結構蛋白。
上圖總結了人類冠狀病毒的動物來源。人類的冠狀病毒一共有7種，最早的有兩種，一種是229E，一種是OC43。2003年出現SARS，2012年以後出現MERS（中東呼吸症候群病毒）。過去冠狀病毒不太受重視，長期以來研究都比較少。主要原因是大家認為冠狀病毒只會引起普通感冒，比流感還要弱，229E是這樣，OC43也是這樣。但是SARS的出現完全顛覆了這個觀念，SARS的致死率達到將近10%。後來MER比SARS的致病性更強，病死率達35%到40%，這些都改變了人類對冠狀病毒的認識。
2003年SARS爆發後，科學家發現了兩種新的人類冠狀病毒，一種叫HKU1，一種叫NL63。這兩種病毒和前面兩種病毒一樣，只引起普通感冒。所以這四種病毒（HKU1、NL63、229E、OC43）不需要其它動物宿主，常年出現在人類群體中，我們叫它社區獲得性人類冠狀病毒。
第七種病毒就是這次發現的新冠病毒SARS-CoV-2。我認為新冠病毒是介於這兩類病毒之間的新病毒，它兼有兩者的特點，所以它將來到底向哪個方向走還有待研究和觀察。
這些人類冠狀病毒，經過多年的研究，特別是香港大學袁國勇教授、新加坡國立大學及杜克大學王林發教授、中科院武漢病毒所石正麗教授他們的研究，很清楚地說明這些冠狀病毒來自於蝙蝠。其中這五種很肯定都是來自於蝙蝠，所以蝙蝠就是這些病毒的儲存宿主。其中有一些我們也知道了它們的中間宿主，最清楚的就是MERS的中間宿主單峰駱駝。229E的中間宿主可能是羊駝，也可能是駱駝，或者直接從蝙蝠傳染人。管軼教授找到SARS-CoV的中間宿主是果子狸。SARS-CoV-2的中間宿主有可能是穿山甲，但並無定論。0C43和HKU1，一般認為它們來自鼠類，0C43的一個重要的中間宿主是牛。
再回過來說一下MERS-CoV的中間宿主單峰駱駝，MERS-CoV最早來源於蝙蝠，但是病毒在駱駝裡已經適應了，所以駱駝從一個中間宿主也變成了儲存宿主。該病毒感染駱駝後致病性比較低，不會把駱駝殺死。
有一個重要的信息要提醒大家注意，這四種現在只引起普通感冒的人類冠狀病毒，它們以前是怎麼樣的呢？有歷史記載的線索表明，OC43在1890年前後從牛傳播到人，牛的OC43病毒和人的很像。1890年前後當時也有一次呼吸道病毒的全球大流行，病徵有點像SARS-CoV-2，是比較嚴重的。所以有一種觀點認為，只引起普通感冒的這四種病毒，當它們第一次從動物傳到人的時候，也引起過一次比現在症狀要嚴重的全球大流行，這也是回顧人類冠狀病毒的歷史給我們的一些啟發。
關於人類冠狀病毒來自蝙蝠的證據是由華人科學家首次發現的，2003年SARS發生以後很多科學家仍然堅持追蹤做深入的研究，不是停留在表面功夫，這些是非常值得我們欽佩的。這兩組主要的科學家，第一組是香港大學袁國勇教授、胡釗逸教授和劉嘉珮教授，另一組是當時在澳大利亞的王林發教授，石正麗教授那時也在他實驗室，石正麗教授後來也一直堅持研究蝙蝠病毒，是中國內地在此領域內最優秀的科學家之一，他們兩個團隊的奠基性貢獻，說明蝙蝠是多種人類冠狀病毒的一個進化上的儲存宿主。當然除了冠狀病毒，蝙蝠也是很多其它人類病毒的儲存宿主。蝙蝠是唯一會飛的哺乳動物，抗病毒能力特別強，感染後產生的幹擾素特別多。
單峰駱駝是MERS冠狀病毒的中間宿主，在中東地區的單峰駱駝裡常年都找到MERS病毒，它由中間宿主變成了儲存宿主。而SARS-CoV只在特定的野生動物市場找到，果子狸受感染後也有症狀。在農場飼養的或者天然的果子狸體內也找不到SARS病毒。因此推斷果子狸可能是SARS病毒的一過性中間宿主，其重要作用是通過把病毒傳給人而擴大人類的感染規模。
MERS-CoV則是每次由駱駝反覆傳給人，在人裡面有限傳播，並沒有在人裡面立足。SARS也是一樣，我們採取了果斷的措施把果子狸控制以後就沒有再發生果子狸傳給人的情況了。MERS不是這樣，中東地區的人民和駱駝的關係太密切了，他們不能把所有的駱駝都殺掉，因此從2012年一直到現在它還是不斷散發性地傳染給人。這就是MERS和SARS的情況。這兩種病毒在人裡面是不會持續傳播的，傳幾代以後就不復存在了。
SARS-CoV-2是什麼情況呢？石正麗教授在發現這個病毒不久以後，在中華菊頭蝠裡找到了一個和SARS-CoV-2有96%同源性的病毒。這種情況和SARS-CoV是非常相像的，袁國勇教授和王林發教授也在蝙蝠中找到和SARS-CoV有95%同源性的病毒。對於中間宿主來說，在果子狸裡面找到與人的SARS病毒99.9%相似的病毒，但是在穿山甲裡面，特別是從馬來西亞或者東南亞走私到中國來的穿山甲，其攜帶的β冠狀病毒和SARS-CoV-2隻有90%左右的同源性，比蝙蝠病毒還低。但是也不是說完全沒有貢獻，它的受體結合結構域和人的SARS-CoV-2比較相似。所以蝙蝠和穿山甲中發現的兩種病毒和人裡面發現的SARS-CoV-2到底是何種關係，還需要更多的研究才能夠解答。
我們研究病毒的人，很多都想到HIV裡面找一些答案或者找靈感和思路。經過很多病毒學家多年的追蹤，他們發現目前在人裡面有兩種HIV：HIV-1和HIV-2。其中HIV-1來自於黑猩猩，HIV-2來自於白頂白眉猴。但是再深入的追蹤後發現其中還有很複雜的關係。我們比較它們基因組的差異、進化關係、地理位置是否重合等，最後找出了原因，人們食用動物或者拿它們當寵物造成了病毒從動物到人的傳播。
我們將宿主和病毒全基因組進行比較，發現新冠肺炎病毒和蝙蝠RaTG13是最接近的，跟馬來西亞的穿山甲相似度要遠一些。但是如果我們只比較它們的受體結合域情況，會發現跟菊頭蝠相比，新冠病毒跟穿山甲更相似一些。蝙蝠全基因組和新冠更像，但是受體結合域只有75%的同源性，而穿山甲全基因組只有90%同源性，但是受體結合域達到97%，這個工作也是管軼教授和林贊育博士作出的重要貢獻。
新冠病毒動物溯源
如何解決SARS-CoV-2的動物溯源問題？如果真正要解決這個問題，就要在動物體內找到與新冠病毒全基因組同源性達99%以上的病毒。如果說它最早來自於蝙蝠，那麼在蝙蝠裡面找到一個和新冠達到99%以上同源性的病毒就能夠提供一個證據。如果說它直接來自於穿山甲，那就要在穿山甲裡面找到一個全基因組和它非常相像的病毒。因為現在找到的是馬來西亞的穿山甲，也可能別的區域的穿山甲裡面可以找到更加接近的，現在還不清楚。
上圖是七種人類冠狀病毒之間的比較，包括HKU1、SARS、MERS，當初我們繼續做溯源工作已經在蝙蝠中找到了HKU9、HKU4，曾經預測這些蝙蝠病毒可能將會在人類群體中找到。果然，幾年後在中東就發現和HKU9最相似的MERS冠狀病毒，這也是胡釗逸教授和劉嘉珮教授長期堅持做蝙蝠病毒研究的成果，為後來MERS冠狀病毒的研究、診斷和溯源提供了很重要的線索。所以我們做動物溯源的工作還是有一定的意義。
冠狀病毒是如何進行複製的？
冠狀病毒的複製過程大部分是從小鼠肝炎病毒了解到的。ACE2受體是SARS-CoV和SARS-CoV-2病毒進入宿主細胞的受體，進入細胞後，病毒脫殼，正鏈RNA變成負鏈RNA，負鏈RNA再變回基因組正鏈RNA，這叫複製。然後由負鏈RNA轉錄產生一些亞基因組mRNA，翻譯成蛋白，然後組裝成病毒顆粒，最後釋放，這是病毒複製的完整過程。現在有應用的一些抗病毒的藥物，其實都是抑制它不同的作用點。
上面表格中比較了七種不同冠狀病毒的特點，潛伏期多數在一周內，MERS和SARS稍微長一點，SARS-CoV-2大部分還是比較短的，介於這兩者之間。人類冠狀病毒有季節性，但是SARS-CoV-2是否具備季節性還是未知的。但總體來講它的致死率是比較低的，前段時間全世界的統計致死率只有3.5%，現在可能更高了一些。
人類的冠狀病毒229E、OC43、NL63和HKU1，它們在人類裡面有非常好的適應性，不需要動物中間宿主就已經在人裡面傳播了。它們會引起普通感冒，可以在社區裡面獲得，常年在人裡面存在。它會造成感染，而且傳染性非常強。但是SARS和MERS需要一個動物的中間宿主，它們還沒有完全適應，致病性比較強，致死率比較高，但是人傳人不能夠持續，用隔離的方法能夠很有效地控制。SARS-CoV-2是介於兩者之間的，它與SARS-CoV很相似，但是傳染性更強而致病性更低，不過致病性仍舊要比其它的人類冠狀病毒高。
講到新冠病毒，特別要指出的是袁國勇教授和陳福和博士，他們從1月10日開始就進行了深入細緻的家系研究，這需要非常有好的洞察力、領導才能以及求真務實的精神。大家可能沒有注意到這項工作的重要意義，他們在1月17日就完成了這個工作，他們發現了什麼呢？第一，以確鑿證據提出來病毒可以人傳人，而且在家庭範圍內，它的傳播率達到83%。在深圳的7個人裡面，6個人被感染了，再回溯他們的家庭，包括在武漢的成員在內共有83%受感染，確切表明病毒的傳染性比較強。同時他們也注意到患者有腹瀉症狀，而且還找到了一個無症狀的10歲男孩，但是核酸檢測陽性。我們現在有8萬多確診病例，但是他們最早在1月初的時候就把病毒的流行特點和重要特性全部都搞清楚了。最早收治的病例是1月10日，裡面有一個無症狀的感染者。
他們的工作非常值得大家比贊，對逆轉疫情防控的被動局面作出了關鍵性貢獻，為國家制定正確的防控策略提供了科學依據。由此可見，無論是基礎的還是臨床的工作，其實對於疫情防控都可以起到重大作用的。這個工作也體現了香港大學的價值和香港大學深圳醫院的重要地位和作用。
加強對無症狀攜帶者的監測和研究，從1月17日發現至今我不斷呼籲，還有其他很多科學家也在呼籲，現在我們終於重視了。我們要注意他們的病毒載量是高是低？兩者比例如何？病毒的釋放情況如何？這些都是非常值得弄清楚的。除了無症狀的外，還有一些在潛伏期就有傳染性的，還有一些病人症狀非常輕的，這些人的病毒傳播情況也需要引起重視。
這些無症狀者到底是什麼情況？我認為有兩種情況，一種是像儲存宿主一樣，是不致病的。像流感病毒在水鳥裡是無病的，愛滋病在黑猩猩和白頂白眉猴裡也是不致病的。而人類冠狀病毒也有比較多的無症狀攜帶者，一種情況可能是他們抗病毒反應比較強，病毒的複製受到一定抑制，這種情況下他們的病毒載量是比較低的。另一種情況是比較糟糕的，HIV在猴子和黑猩猩裡面，病毒的複製和免疫反應脫鉤了，雖然被感染了，但是免疫反應很弱，這種情況下他們的病毒載量就比較高，也比較危險。這兩種情況所佔的比例非常值得弄清楚。
冠狀病毒如何進行特異性診斷
特異性診斷還是靠逆轉錄PCR，即聚合酶鏈反應來檢測病毒的核酸。如果用抗體檢測，可以使用膠體金的辦法檢測抗體的IgG和IgM，也可以使用ELISA檢測抗原抗體。現在最重要的還是依賴核酸檢測，抗原抗體的檢測剛剛開始，抗原試劑質量還要獲得國家批准。其中有一個問題是復陽，有些人發現核酸檢測兩次陰性以後過一段時間再檢測呈陽性，這是為什麼呢？我認為這種情況最大的可能還是沒有測準，就是說檢測為陰性的時候這個病毒還沒有被清除。而且在新冠治療方面我們注意到，病例裡面使用類固醇激素相當普遍，而某一些中藥也有類似類固醇的特性。國際上已經知道對其它冠狀病毒來說類固醇激素的使用會延長病程，病程的延長對疾病的預後是否有影響還值得進一步研究。之前SARS-CoV發現在腸胃道一直有病毒的釋放，持續時間短則一個月，最長可達兩三個月。因為腸道黏膜免疫的關係，即使血液裡已經有中和抗體也不能保護腸道。
上圖是核酸抗原抗體的變化，以HIV為例，它的RNA是紅色的峰，抗原是綠色的峰，抗體是藍色的峰。
上圖是RT-PCR檢測方法，主要是通過螢光定量PCR作出檢測，是我們現在做特異性診斷的看家法寶。
上圖是使用膠體金的辦法做抗體檢測。
當然還可以用更簡便的方法就是ELISA，既可以測抗體，也可以測抗原，如果要測抗體就要生產高質量的抗原，如果要測抗原就要有高質量的抗體。
新冠病毒該如何治療
其中一種辦法是老藥新用，使用幹擾素、利巴韋林、RNA聚合酶的抑制劑、瑞德西韋以及恢復期的血清。美國FDA最新緊急批准了兩個藥品用於新冠治療，一個是恢復期血清，另一個是磷酸氯喹。我們從第一版到第七版的診療裡面都還允許使用類固醇，我想重點講一下我對這個問題的分析和看法。
先來看一下這些藥的作用機理，利巴韋林是抑制mRNA帽的合成，從而阻斷病毒RNA的轉錄，所以它是廣譜抗病毒。幹擾素有顯著抗病毒的活性和免疫調節的活性。磷酸氯喹對自噬過程有些影響。
人體是靠自身免疫來戰勝病毒的，但是免疫反應同時引發了症狀，包括細胞因子風暴以及肺的炎症。我們大部分藥是抗病毒藥，把病毒消除了，這些症狀都會減緩。大家知道類固醇激素抗炎症反應立竿見影，但是抑制住免疫，就無法控制住病毒了，反而會大量增長。因此我從2004年開始就一直非常反對用類固醇治療SARS或者新冠。
我們從文獻中發現瑞德西韋對一般的社區獲得性冠狀病毒都有效，對於SARS-CoV和MERS-CoV也有效，也找到了它的作用位點主要是聚合酶以及具有校正功能的外切核酸酶。
再講激素，激素對冠狀病毒的作用，很久之前就有很好的研究。1964年發表於PNAS的工作，發現老鼠或者細胞不能被小鼠肝炎病毒感染的，如果給予激素馬上就能被感染。1969年發表於Gut的論文，從細胞水平到動物水平都進行了非常細緻的研究。
我想提醒大家注意的是，他們看到高劑量類固醇促進病毒複製並增強病理反應的效果最強，但即使每天僅使用低劑量的0.05mg氫化可的松或者0.1mg的潑尼松龍仍然可以看到對病毒複製的刺激效應。類固醇的使用能刺激病毒複製增加50到1000倍。對於SARS-CoV，當年香港總結的經驗也是認為類固醇使用會造成更多的死亡，而且病情也更嚴重。對於MERS的研究也清楚表明類固醇會延長病毒的清除。
我們從HIV裡面可以學到很多，從HIV的複製周期來看，抑制病毒融合有抗融合的藥，抑制受體結合有抗受體結合的藥，然後有逆轉錄酶和蛋白酶的抑制劑。蛋白酶抑制劑能用於HIV也可以用於新冠。姜世勃教授就是這方面的先驅者，通過了解病毒表面的蛋白和細胞受體之間相互作用，然後抑制病毒和細胞的融合。
姜教授研發的藥物主要抑制病毒表面的纖突蛋白中的兩個螺旋區HR1和HR2之間的相互作用，抑制了它們的相互作用就可以達到抗病毒的效果。同樣的原理可以應用到新冠，這些都是很值得我們研究的方向。
我們從HIV可以借鑑這些治療藥物，包括抑制病毒進入細胞的藥物、蛋白酶抑制劑、複製酶抑制劑、解旋酶抑制劑、細胞標靶藥物以及抗炎的藥物，這些都是值得研究和試用的。抗炎藥物中有白介素6受體的抗體，能夠抑制白介素6作用，目前用於抗擊新冠的細胞因子風暴已經有比較好的效果。而細胞的標靶藥物中，TMPRSS2蛋白酶可以把SARS-CoV或者SARS-CoV-2的纖突蛋白切割成S1和S2，抑制此酶也確實有抑制病毒複製的作用。
下面簡單講講疫苗。疫苗包括多種類型，有滅活疫苗，有死疫苗，有一些是用載體送遞的，還有一些亞單位疫苗，蛋白質疫苗，DNA疫苗和mRNA疫苗。
脊髓灰質炎病毒的預防最初是用滅活疫苗或者減毒活疫苗。疫苗的研製過程數以年計，過去很多病毒學家終生就做了一兩個疫苗，他們留下來的就是我們的財富。
DNA疫苗，可以用不同方式送遞，可能是裸露的DNA，也可能把它包被進納米顆粒。DNA疫苗可以直接作用於抗原呈遞細胞，或者間接做肌肉注射/皮下注射後再把抗原呈遞給抗原呈遞細胞，去激活B細胞和T細胞，分別激活抗體免疫和細胞免疫。所以DNA疫苗的優點是可以同時激活細胞免疫和體液免疫。
DNA疫苗的優點是相對蛋白質疫苗研製比較容易，但缺點是免疫原性特別差。因為DNA會整合，為了解決這個問題又研發了mRNA疫苗，從cDNA產生mRNA，或者這個mRNA可以用體外轉錄甚至合成的方法做出來，然後通過mRNA直接在細胞質裡表達出蛋白，蛋白的抗原傳遞給呈遞細胞去激活免疫。當然我們增加mRNA送遞的辦法，可以用這種脂質體的納米顆粒包成像病毒一樣增加其穩定性和抗擊RNA酶的能力。
mRNA疫苗是美國第一個批准做人體安全性試驗的疫苗。我們國家批准的是一個腺病毒疫苗，我們利用腺病毒載體去呈遞新冠的纖突蛋白，但需要注意腺病毒是否會引發免疫反應。這些方法都可以用於研發新冠疫苗，最簡單的當然是滅活疫苗。把病毒收集起來用福馬林或者紫外照射殺死來製備滅活疫苗，但是安全性有隱患。
過去SARS疫苗有一些已經進行了人臨床試驗，有一定效果。但是安全性和有效性還是值得研究。比較有挑戰性的是製備一個減毒活疫苗，減毒活疫苗的優點是可以刺激全面的免疫反應。或者製備亞單位疫苗，只表達一些病毒的亞單位。或者是利用病毒載體製備的疫苗，例如此次利用腺病毒表達纖突蛋白的疫苗。
目前的情況下每一種疫苗都值得嘗試，哪一種能成功我們就用哪一種。新型的疫苗中涉及到重組DNA、二代測序或者結構生物學都可以使疫苗做得更好。即使疫苗不是很理想，但是有好的免疫效果還是可以使用。
註：（本文根據金冬雁教授在《理解未來》科學講座：病毒與人類健康-專題科普第五期演講整理而成，有刪減。）
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