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冠状病毒的分子生物学特性 2020-02-11
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2月8日,国务院联防联控机制发布会上将新型冠状病毒感染的肺炎统一称谓为“新型冠状病毒肺炎”,简称“新冠肺炎”, 英文名为“Novel coronavirus pneumonia”,简称为“NCP”。究竟何为冠状病毒?是哪些因素决定了冠状病毒在何时、以何种方式传染给人类?传染性有多强呢?

// 何为冠状病毒?

 “冠状病毒”这一概念可能并不被人们所熟知,但实际上大多数人都曾经感染过冠状病毒。

迄今为止,已经发现了7种可感染人类的冠状病毒,约五分之一的普通感冒都是由其中4种较为温和的冠状病毒引发的,还有一些冠状病毒在特定的动物中传播。至少在20年前,所有能感染人类的冠状病毒性质都比较温和,因此科学界对这类病毒的研究也较为停滞。

冠状病毒是一类具有包膜的单链RNA病毒,它们的基因组由一条单链RNA组成,每个病毒颗粒被包裹在一层蛋白质“包膜”中。所有病毒基本上都在做着同样的事情——入侵细胞,控制细胞中的某些成分用于实现自身的复制,随后感染其它细胞。

冠状病毒颗粒包含4种结构蛋白,分别是核衣壳蛋白、包膜蛋白、膜蛋白和刺突蛋白。核衣壳蛋白是包裏病毒遗传物质的核心结构,它被包裹在由包膜蛋白和膜蛋白组成的球体中。而刺突蛋白形成了病毒表面的突起结构。这些突起结构与宿主细胞上的受体结合,决定了病毒可以感染的细胞类型以及能够入侵的物种范围。

// 关于新型冠状病毒

本世纪相继出现的3种--SARS、MERS与新冠肺炎病毒则极为严重,导致了大规模疫情。

2003年,在我国引发严重急性呼吸系统综合症(SARS)的病原体被认为是一种全新的冠状病毒,这一消息震惊了相关领域的所有研究人员。人们相信,SARS的暴发是因为一种原本在动物间传播的冠状病毒通过果子狸传染给了人类。

2012年,另一种新冠状病毒从骆驼传播到了人类身上,导致中东呼吸综合征(MERS),再次证实了致命的冠状病毒可从动物传给人类。

几乎可以确认的是SARS病毒、MERS病毒和此次的新冠肺炎病毒最初都来源于蝙蝠。据一项最新的研究表明,新冠肺炎病毒RNA序列与一种存在于蝙蝠体内的冠状病毒相似度高达96%。

// 冠状病毒的传播

目前研究人员认为,新冠肺炎病毒更可能是通过某种中间宿主传染给了人。而此前感染人的冠状病毒似乎也都经历了这一过程。在这些中间宿主体内,冠状病毒经历多种基因变异后,基因多样性明显提高。

由于RNA复制缺少DNA复制中的纠错系统,因此RNA病毒基因的复制过程经常出错。在所有RNA病毒中,冠状病毒的基因组最长:由3万个碱基组成。病毒在复制时需要的碱基越多,出错的机率就会更大。因此,这些冠状病毒极易变异。由于基因组的频繁变异,冠状病毒可能会获得一些新的特性,如能感染宿主一些新的细胞类型,甚至获得感染新物种的能力。

// 不同类型冠状病毒结合受体不同

引起感冒的冠状病毒主要感染人类的上呼吸道,如鼻腔和咽喉。而可能致命的冠状病毒则能感染人体的下呼吸道,如肺部细胞,并在细胞中大量复制造成感染,从而引发肺炎。

研究人员发现,SARS病毒能与ACE2受体结合;MERS病毒与DPP4受体结合,这两种受体均存在于肺部细胞。这两种受体在组织器官中分布的差异,或许能解释这两种疾病的不同之处。例如,MERS比SARS致死率更高并且会导致更明显的胃肠道症状,但MERS病毒的传染性并不强。这也可能与其感染的受体特征有关,DPP4受体大量存在于支气管下部的细胞中,人类的气道非常擅长清除病原体,因此只有吸入大量MERS病毒,才有可能使病毒到达肺部感染人类。由于病原体在上呼吸道可以更容易地出入人体,因此在上呼吸道进行复制的病毒感染性更强。

对新冠肺炎病毒的分析表明,这种新型冠状病毒与SARS一样,通过ACE2受体进入细胞。这一观察结果也与事实相符:到目前为止,新冠肺炎病毒的致死率低于MERS。(目前新冠肺炎病毒死亡率约为2%,但随着疫情发展并且更多病例被检测到,这一数字可能会发生变化)。

// 冠状病毒可诱发炎症免疫反应

冠状病毒的另一个重要特征是:它们的“辅助”蛋白能帮助病毒逃避宿主的先天免疫反应,即人体的第一道免疫防线。当人体细胞检测到病毒入侵时,会释放干扰素从而启动免疫反应。这些干扰素会干扰病原体在宿主细胞的复制,还会触发抗病毒的级联免疫反应,包括终止宿主细胞的蛋白质合成、诱导细胞凋亡。但其中大多数免疫反应也对宿主造成有害影响。很多疾病的出现是由于病毒导致的炎症免疫反应以及产生的破坏性物质。

病毒的毒性取决于相较于保护作用,病毒诱导产生的免疫反应破坏性有多强。迄今为止,大多数死于新冠肺炎病毒的患者都存在并发症,如自身免疫性疾病或继发性感染。一旦人体的先天性免疫系统忙于对抗病毒,其它基础疾病的症状可能会更加严重。

// 结语

相比于17年,人类对于冠状病毒的研究已有极大的进展,但是目前这些知识对于有效控制疫情来讲还远远不够。越来越多的科研人员正投入到冠状病毒的研究之中。相信随着对冠状病毒的了解愈发深入,我们定能打赢这场“战疫”。

// 首都医科大学 天然

本文作者独家供稿

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