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猪中的蝙蝠起源的冠状病毒可能传播到人?猪是冠状病毒混合器吗?

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  • 日期:2018-04-26
  • 来源:病毒学界

近日,中国科学院院士高福研究团队在Trends in Microbiology发表了题为Bat-Origin Coronaviruses Expand Their Host Range to Pigs的综述。针对蝙蝠来源冠状病毒通过“宿主跳跃”感染人类并造成严重疾病、尤其是近年来发现了蝙蝠来源冠状病毒感染猪、以及从患病仔猪分离新型猪肠道α冠状病毒(SeACoVs)的报道,研究团队分析,蝙蝠来源的冠状病毒可能“跳跃”物种屏障而感染猪,猪中的蝙蝠起源的冠状病毒可能具有感染人的风险尚需深入验证,猪有可能会成为冠状病毒混合器而导致新兴冠状病毒的出现但也尚需深入评估。

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一、冠状病毒在野生动物中的传播

冠状病毒通过棘突蛋白(S)受体结合区的基因重组和/或突变可以实现其从野生动物到人类的宿主范围“跳跃”并导致高死亡率的疾病,如严重急性呼吸道综合征(SARS)与中东呼吸系统综合症(MERS)。虽然SARS-CoV和MERS-CoV均来源于蝙蝠,但并不是直接感染人类,而是通过中间宿主实现其跨物种传播。虽然尚未明确但果子狸被认为是SARS-CoV感染人的中间宿主,而单峰骆驼已确认是MERS-CoV感染人的中间宿主。目前已知的蝙蝠来源的冠状病毒传播给人的中间宿主数量非常有限。与其他许多物种相比,猪与人类和其他动物(如猫、狗、马和水生鸟类)经常接触,理论上更有可能促进病毒的跨物种传播,例如,猪容易感染人和禽流感病毒(IAVs)如甲型H1N1和H3N2,然后重组感染人类,因此认为是流感病毒的混合器。然而,直到最近,当两个独立研究小组分别报告发现新的猪肠道α冠状病毒(SeACoVs)有别于已知的猪冠状病毒时,才发现猪也对蝙蝠来源的冠状病毒敏感:SeACoVs在进化上接近蝙蝠冠状病毒HKU2,提示蝙蝠来源的冠状病毒可能已经“跳跃”物种屏障而感染猪。

二、蝙蝠来源的冠状病毒感染猪的出现

2017年2月,中国广东省猪场报道了大量的仔猪腹泻疫情,造成10天龄的哺乳仔猪病死率超过35%,但是与目前已知的几种猪腹泻相关病毒却无阳性反应。两个独立的研究小组在患病仔猪中发现了新的SeACoV基因组,初步分析表明,该SeACoVs可能来源于蝙蝠冠状病毒。但是目前尚不清楚SeACoVs是否能在猪中隐性流行?也不清楚这些病毒是来源于跨物种传播?或是病毒重组?

为了探讨SeACoVs的分子起源和进化,高福院士研究团队对已知的α冠状病毒和蝙蝠来源冠状病毒在基因组水平进行了系统发育分析。对来自MERS-CoV、SARS-CoV和α冠状病毒的224、312和778个完整的基因组,使用最大似然法300次重复对基因组中的保守区域的进行进化树重建。系统发育分析表明,与以往的研究一致,SeACoVs与在中国南方菊头蝠分离的蝙蝠冠状病毒HKU2关系密切,SeACoV与人类冠状病毒229E/NL63具有共同的祖先,SeACoV在进化树上较其他已知的猪α冠状病毒较远表明其不同的起源(图1A)。

进一步对病毒吸附、宿主细胞进入和“宿主跳跃”的S基因的分析表明,S1亚基中的域0的结构与NL63相似,S1亚基的其余部分与小鼠肝炎冠状病毒(β-CoV)相似。SeACoV受体结合区直接接触其受体血管紧张素转换酶2(ACE2)的11个残基的发生了突变或删除(图1B),在229E/NL63相同区域中也发现了类似在SeACoV的11个位点中的7种突变(氨基酸的4个删除和3个替代),提示SeACoV和229E/NL63之间的受体结合机制相似。因此,作者推论SeACoV可能感染人类,应密切监测,SeACoV在Vero细胞中的感染将提供实验证据来支持这种可能性。

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Figure1. Phylogenetic Overview of Swine Enteric Alphacoronavirus(SeACoV)

三、猪中的蝙蝠起源的冠状病毒可能传播到人?

病毒宿主范围扩展的另一个条件是不同物种宿主之间的物理接触。该新型SeACoVs在广东省均有发现,而紧密相关的蝙蝠冠状病毒也于广东或香港分离(图1A)。在广东省,猪屠宰场的高密度和蝙蝠种类的广泛分布(图2A)促进了病毒跨物种传播的可能性。此外,蝙蝠在中国南部地理分布广泛,具有广泛的物种多样性、独特的行为(典型的飞行模式,饮食,栖息和流动性)以及与猪和人类的持续互动(图2A)等特点。

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猪中的蝙蝠起源的冠状病毒可能传播到人?猪是冠状病毒混合器吗?

Figure 2. Distribution of Pigs and Bats in China (Map without the Islands in the South China Sea) and Cross-SpeciesTransmission of Bat-Origin Coronaviruses

四、猪是冠状病毒混合器吗?

猪是公认的甲型流感病毒的中间宿主和混合容器,冠状病毒在动物体内也能进行重组。鉴于猪与人类和多种野生动物的接触频繁以及猪肉是非穆斯林城市最常见的肉类之一,评估猪是否为可导致农业影响和公共卫生风险的新兴冠状病毒的混合器是非常重要的。已有报道表明,猪易感染SARS-CoV和MERS-CoV,此外,猪和人的CD26受体序列比对显示94.5%相似性,提示很有可能发生跨物种传播。在中国南方地区的独特的气候、高密度的家养猪和野生猪、蝙蝠的广泛分布,以及携带大量重组新冠状病毒的蝙蝠,这些都有可能导致未来更多新的冠状病毒的出现。

五、结语

从患病仔猪分离SeACoV拓展了我们对蝙蝠来源冠状病毒宿主范围及其对公共健康威胁的认识。尽管在冠状病毒的跨物种传播特征方面取得了一定进展,但有几个领域仍需强调,包括:(i)猪体内是否还有其他未知冠状病毒流行?(ii)猪是否为冠状病毒的混合器?(iii)SeACoV是否感染人类及引致严重疾病?(iv)是否应发展 SeACoV疫苗,以控制这种病毒在猪体内的传播。应该对这些新的冠状病毒进行深入的流行病学调查和综合分析,以回答这些亟待解决的问题。

 

延伸阅读

冠状病毒为具有包膜的单股正链RNA病毒,在系统分类上属冠状病毒科冠状病毒属,可感染人、鼠、猪、猫、犬、禽类等脊椎动物,并引发胃肠道、呼吸道和神经系统疾病。猪冠状病毒可引起仔猪腹泻疫情。

目前共发现了五种猪冠状病毒,包括:猪流行性腹泻病毒(PEDV)、传染性胃肠炎病毒(TGEV)、猪血凝性脑脊髓炎病毒(PHEV)、丁型冠状病毒(PDCoV)和猪肠道α冠状病毒(SeACoV),其中,SeACoV是迄今所发现的第五种猪冠状病毒,可引发新生仔猪腹泻疫情并导致死亡。我国学者2017年先后在国际期刊上发文,对新的猪肠道α冠状病毒进行了系列研究,其中具有代表性的研究包括:中山大学曹永长教授团队发现一种新的冠状病毒引起仔猪腹泻(2017,EID)、黄耀伟课题组从新生仔猪腹泻样本中分离并发现一种新型猪肠道冠状病毒(第五种猪冠状病毒)(2017,Vet.Mic)以及最近报道的蝙蝠来源的HKU2相关冠状病毒引起致死性猪急性腹泻综合症(2018,Nature)。这一系列的关于猪感染新型冠状病毒并导致严重疾病的报道引起了各界的广泛关注。

推测高福院士团队撰文之际,仅有前两项研究见刊,2018年的nature文章见刊后更是引发全球学者的关注。不论是综述还是研究论文,我们都能看到中国学者的严谨、细致和大胆推论,细细品味几篇文章,想必一定收获多多。