解读篇:溯源新冠病毒

1月22日,休市的华南海鲜市场

病毒是什么?它从哪里来?第一个问题已经查明,第二个还在找
文 | 财新记者 冯禹丁 马丹萌 徐路易 赵今朝 实习记者 黄晏浩 陈芷楠 发自北京、武汉
 
“从严格意义上说,病毒不能算是活着。病毒非生非死,存在于生命与非生命的边界之上。若是处于细胞外,病毒只是存在而已,什么也不会发生。一旦病毒进入细胞,就变成了‘特洛伊木马’。病毒在繁殖时看起来是活着的,但从另外一个角度说,它们又显然是死的——只是机器而已。它的首要目标就是自我复制。”这是关于埃博拉病毒的非虚构名著《血疫》对病毒的描述。
此刻,新型冠状病毒(2019-nCoV)正在武汉、湖北及全中国肆虐。它呈球形封闭结构,包膜外有“皇冠”状的突起——这些名叫表面糖蛋白或刺突(spike)蛋白的突起,正是病毒进入细胞的敲门砖。它们最先接触宿主细胞,可识别和结合受体,引起病毒和宿主细胞膜的融合。

2019年12月的某一天,这种冠状病毒经由目前未知的路径,进入了一些武汉市民的呼吸道中,最终抵达他们的肺部。它的刺突蛋白与人体呼吸道、肺组织细胞的ACE2(新的血管紧张素转换酶)靶点顺利结合,侵入人体。

此后,病毒开始了疯狂的自我复制。人们随之患病,发热、乏力、咳嗽、呼吸困难⋯⋯部分病人被医院诊断为急性呼吸窘迫综合征、RNA溶血症、心脏损伤等。胸部影像学检查显示,多数病人双肺弥漫性毛玻璃样渗出影,有的像棉絮一样“全白了”——这是典型的病毒性肺炎病征。

一两周之后,大部分中青年像得了一场重感冒一样能够自愈,但有严重基础病、体质弱的中老年人则成为高危人群。一些患者死于病毒引起的呼吸功能衰竭,大部分死者死于并发症。有的危重病人体内可见“细胞因子风暴”发生,即人体免疫系统霎时间火力全开,对病毒发起自杀式攻击,可引起病人严重感染性休克甚至心脏骤停。

更可怕的是,新冠病毒具有极强的传染性。随病患打喷嚏、咳嗽、说话产生的飞沫以及飞沫形成的气溶胶,通过近距离呼吸或接触传播,病毒能轻而易举地进入其他人的口腔、鼻腔、眼睛黏膜等,传染性明显高于17年前肆虐中国的SARS。SARS疫情自2002年末至2003年8月16日,累计报告临床诊断病例5327例。而新冠肺炎从2019年12月30日首次发布疫情相关公告至1月31日,已经累计报告确诊病例11791例,且还有疑似病例17988例。

好在,迄今数据显示,新冠肺炎的病死率明显低于SARS。据世界卫生组织,SARS在全球共感染病例8096例,死亡774例,病死率达9.6%。而至1月31日24时,湖北省累计报告新冠肺炎确诊病例7153例,其中武汉市3215例;死亡249例,其中武汉市192例。即目前新冠肺炎在湖北省和武汉市的病死率分别约为3.48%和5.97%。

从埃博拉到SARS到病死率高达34.4%的中东呼吸综合征(MERS),再到新冠肺炎,尽管人类似乎是地球的主宰,有发达的现代医学加持,却常常对病毒这种最古老的生命体感到束手无策。单链RNA病毒分子被认为是最古老和原始的生命编码机制,科学家认为它们的存在可以追溯到45亿年前地球的原始海洋中。人类发明了可以杀死特定细菌的抗生素,但对病毒无效。因为细菌是具有细胞结构的微生物,抗生素能破坏其细胞壁或细胞膜从而抑制其繁殖生长,而病毒没有完整的细胞结构,抗生素找不到攻击点。

一种新兴传染病病毒出现后,即使人类能够研发出对付它的安全性达标的特异性药物或疫苗,也至少需要数年的时间。很多时候则没有解药。艾滋病为害人类40年,至今没有特效药。非洲猪瘟病毒横行100年,至今也无疫苗。17年前SARS突袭中国,几个月后因自限性神秘消失,从始至终没有特效药。《哈里森感染病学》介绍,应对较为凶险的冠状病毒引起的SARS和MERS,目前都没有确切有针对性的抗病毒治疗措施。

《血疫》作者理查德·普雷斯顿认为,每一种新兴病毒在人类群体中的传播,都仿佛是“正在衰亡的生物圈的回声”。拉沙热病毒、裂谷热病毒、奥罗波凯病毒、罗西奥病毒、马脑脊髓炎病毒、尼帕病毒、登革热病毒、HIV病毒、埃博拉病毒⋯⋯这些侵袭人类的新兴病原体原本生活在野生环境,人类活动破坏了它们赖以生存的生态。

“从一定意义上说,地球正在启动对人类的免疫反应。”普雷斯顿写道。

锁定冠状病毒

当一种新兴病毒引起疫情流行暴发时,为确诊和救治病患、切断传染途径,首先需要搞清楚两个问题——“这个病毒是什么”以及“病毒从哪里来”,即病原鉴定和病原溯源。此次新冠肺炎疫情,中国科学界迅速回答了第一个问题。但目前对第二个问题还没有明确答案。

第一时间确诊病原体,对于病患的快速确诊、治疗、药物疫苗研发及有效防控疫情都至关重要。事后复盘,中国科学界此次对武汉新型冠状病毒的研究,不可谓不快速高效。疫情发生后不久,卫生健康部门先排除了流感、禽流感、腺病毒、SARS和MERS等呼吸道病原,称其为“不明原因的病毒性肺炎”。据上海市公共卫生临床中心介绍,2019年12月26日,该中心科研项目常规收集到武汉市中心医院和武汉市疾控中心的不明原因发热患者标本一份。2020年1月5日上午,该中心就从标本中检测出类SARS冠状病毒,通过高通量测序获得了该病毒的全基因组序列,根据测序数据绘制的进化树也证实武汉新型冠状病毒是历史上从未有过的。获得该科研结果后,该中心立即向上海市、上海市卫健委和国家卫健委等主管部门做了报告。

1月7日21时,武汉病毒性肺炎病原检测结果初步评估专家组在实验室检出一种新型冠状病毒,获得该病毒的全基因组序列,经核酸检测方法共检出新型冠状病毒阳性结果15例,从1例阳性病人样本中分离出该病毒,电镜下呈现典型的冠状病毒形态。专家组由此初步判定,武汉不明肺炎的病原体为“新型冠状病毒”。

此时,距离武汉市卫健委2019年12月31日首次公开通报出现多例不明原因的肺炎病例,仅一周时间。距离官方宣布的首例病例发病日期2019年12月8日,不到一个月。可兹对比的是,当年SARS疫情于2002年底开始发端,此后花了几个月都没能确认病原体是冠状病毒。发现首例病例两个多月后的2003年2月中下旬,官方媒体还在采信时任中国疾病预防控制中心首席专家洪涛的结论——SARS的病原体是衣原体。直到4月16日,世界卫生组织官宣SARS病原体是冠状病毒,这才有了定论。

初步判定为“新型冠状病毒”的结论,本来应该令人更加警醒。2003年的SARS病毒,和导致2012年沙特暴发MERS疫情的MERS病毒,在当时都属于新兴的冠状病毒。据世界卫生组织统计,SARS共感染病例8096例,死亡774例,病死率达9.6%;MERS共感染2468例病例,死亡851例,病死率高达34.4%。

致命性冠状病毒的可怕在于,它的传染性强,且尚无特异性抗病毒药物或疫苗被证实对人类有效。美国约翰·霍普金斯大学健康安全中心高级学者阿梅什·阿达利亚(Amesh Adalja)告诉财新记者,对于人类感染的冠状病毒,目前都没有真正的特效药或疫苗。

冠状病毒(Coronaviruses,CoVs)是一类RNA病毒,属于巢病毒目冠状病毒科的正冠状病亚科,其下分为α、β、γ和δ四个属。其病毒颗粒的表面有许多规则排列的刺突,整个病毒像一顶皇冠,因而得名“冠状病毒”。它是目前已知RNA病毒中基因组最大的病毒,通常呈现为球形封闭结构的颗粒,具有囊膜,基因组为线性单股正链,大小在直径60纳米至200纳米之间。由于单链RNA的结构特点,冠状病毒比双链RNA病毒或DNA病毒更容易发生变异。

冠状病毒最重要的结构就是那顶标志性的皇冠,即表面糖蛋白或叫刺突蛋白。这个位于病毒最外层的蛋白最先接触宿主细胞,承担着识别和结合受体的作用,并引起病毒和宿主细胞膜的融合——也就是一个生物感染上这一病毒的过程。不同的冠状病毒拥有不同的刺突蛋白,因此结合的受体也不同。除人类外,冠状病毒还可感染蝙蝠、猪、牛、猫、犬、貂、骆驼、老鼠、刺猬等多种哺乳动物以及多种鸟类。

此前,已知感染人的冠状病毒有六种。其中四种致病性较低,一般仅引起类似普通感冒的轻微呼吸道症状。但另外两种——大名鼎鼎的SARS病毒和MERS病毒则可引起严重的呼吸系统疾病。而引起此次疫情的新冠病毒不同于这六种病毒,国家卫健委认定它为一种属于冠状病毒亚科β属的新型冠状病毒。

1月10日,上海市公共卫生临床中心、华中科技大学武汉中心医院、武汉市疾控中心、中国疾控中心传染病预防控制所联合澳大利亚悉尼大学,成功破译武汉发现的新冠病毒基因组,并将该病毒基因组序列信息共享到Virologic.org网站和GenBank上。《科学》杂志次日发表文章称赞道,“这对于全球公共卫生来说十分重要,所有在此过程中付出努力的人员都应当得到承认、感谢和荣誉”,“数据共享对于国计民生十分重要”。世界卫生组织驻中国代表高力亦表示,“短时间内初步鉴定出一种新型病毒是一项瞩目成就,表明中国应对新疫情的能力有所提高。”

新出现的致病病毒的毒力和传染性都是未知的,而官方通报的新冠肺炎数据一度让人乐观。据武汉市卫健委当时通报,截至1月10日24时,初步诊断有新冠病毒感染的肺炎病例41例,其中重症7例、死亡1例。更关键的是,“未发现明确的人传人证据”,且病例发病时间全部在2019年12月8日至2020年1月2日之间,自1月3日之后未发现新发病例。也因此,当时无论是国家卫健委的通报,还是国家卫健委专家组成员的公开言论,都称疫情“可防可控”。

后来的事实证明,这一被世界卫生组织命名为“2019-nCoV”的新型冠状病毒,远远不是这么“温和”。

SARS的“近亲”

随着疫情的发展,科学界的研究数据和结论陆续出炉,新冠病毒被发现与可怕的SARS病毒居然是“近亲”关系。

1月19日,国家卫健委发布通报称,新冠病毒传染来源尚未找到,疫情传播途径尚未完全掌握。通报中首次未提及此前的“不排除有限人传人”“持续人传人风险较低”的说法。至当天,官方数据显示,疫情已造成武汉市3人死亡、9人危重症、198人确诊。

1月20日,国家卫健委高级别专家组组长、中国工程院院士、呼吸病学专家钟南山在接受央视采访时表示,“现在可以说,(新冠肺炎)肯定有人传人现象。”他介绍,目前有14名医务人员因护理新冠病毒的病人而受到感染。

1月22日,国家基因组科学数据中心正式发布2019新冠病毒资源库。经数据分析,新冠病毒与2003年暴发的SARS病毒基因组序列相似度为80.3%,与2017年2月从中华菊头蝠采集到的bat-SL-CoVZC45基因组序列相似性最高,相似度为87.99%。

随后,诸多专业人士对基因序列的分析结果显示,此次新冠病毒确实属于2003年在中国大量传播的SARS病毒的“近亲”。“你可以理解是它(SARS病毒)的兄弟姊妹。”上海市呼吸病研究所副所长兼肺部感染研究室主任胡必杰说。

复旦大学病原微生物研究所所长、病毒学家姜世勃告诉财新记者,武汉新冠病毒跟蝙蝠的冠状病毒21和45全基因非常相近,但其受体结合部位又和感染人的SARS冠状病毒非常相近,所以可能经过了一个中间宿主就转变成了感染人的病毒。

上述科学界对“病毒从哪里来”的研究,多是基于数据分析得出结论。1月23日,科学界一份基于实验结果的重要研究出炉,取得新进展。当日,中国科学院武汉病毒研究所研究员石正丽团队在bioRxiv预印版平台上发表文章“一种新型冠状病毒的发现及其可能的蝙蝠起源”。该研究表明,新冠病毒与SARS-CoV的基因序列一致性达79.5%,与云南菊头蝠中存在的RaTG13冠状病毒一致性高达96%。这表明其自然宿主很有可能是蝙蝠。

文章称,自SARS暴发以来,在其自然宿主蝙蝠体内发现了大量与SARS相关的冠状病毒(SARSr-CoV)。先前的研究表明,其中一些SARSr-CoV病毒有可能感染人类。新冠病毒在武汉引起了急性呼吸综合征的流行,该疫情始于2019年12月12日(原文如此),在疫情早期,石正丽团队从5名患者身上获得该病毒的全长基因组序列,它们基本上一致。对7种非结构蛋白的成对蛋白序列分析表明,新冠病毒属于SARSr-CoV。重要的是,该团队证实,这种新的冠状病毒进入细胞的受体与SARS-CoV一样,均为ACE2。

石正丽团队曾为SARS病毒的动物宿主溯源提供多个重要证据,曾于2017年确定SARS病毒是经过几个蝙蝠SARS样冠状病毒重组而来,并首次在中国蝙蝠体内检测到尼帕病毒和埃博拉病毒抗体,是国际上蝙蝠病毒研究领域最有影响力的实验室之一。上述重要研究发表后,立即引发专家关注。

一位要求匿名的中科院研究员向财新记者介绍,96%的基因序列一致性证明新冠病毒“应该是起源于蝙蝠这类”,但还不能证明其是直接由蝙蝠传给人的。因为病毒有3万个核苷酸,“4%就是1200个点,还有一定的差距,直接传播的都要99%以上的一致性,”该人士打比方说,人类和黑猩猩的基因组序列一致性接近98%,“就说它俩的差距比人和黑猩猩的都大”。

该人士认为,石正丽团队上述研究最重要的贡献是,通过实验证明了新冠病毒进入人体细胞的受体ACE2与SARS病毒一样,“这样我们17年前所做(防控SARS)的那些工作,都可以立刻为当下所用。”

美国康奈尔大学医学院计算生物学一名在读博士,在读完石正丽团队的文章后解读说,除了一致性,新冠病毒与云南菊头蝠中存在的RaTG13的S基因序列长度都比其他冠状病毒要长,两者均对“新病毒的天然宿主很可能是蝙蝠”的结论形成了有力支撑。

值得一提的是,在SARS暴发15年后的2017年,中国科学家才在单一菊头蝠种群中找到SARS的全部基因组组分,证明SARS冠状病毒来自蝙蝠。当时,石正丽团队经过全国各地的取样,在云南省的一处洞穴内找到类似于人类版的冠状病毒毒株,通过对生活在洞中的蝙蝠长达5年的监测,对15株毒株进行基因组序列分析,发现它们共同包含构成人类版病毒的所有基因组组分。同时他们发现,这些毒株频繁重组,很可能在此过程中诞生了一株SARS病毒。然而,远在云南的蝙蝠病毒是如何传播到广东省的果子狸和人类身上,且没有在云南找到任何疑似病例的,迄今仍是未解之谜。

蝙蝠是哺乳动物中的“异类”,拥有独一无二的和鸟类一样的飞行能力。在漫长的进化中,蝙蝠拥有了极快的新陈代谢速度和DNA修复能力,由此获得了强大的免疫系统,能携带许多病毒而自身安然无恙。作为群居动物,病毒往往在蝙蝠的个体和种群间广泛传播。此外,在飞行时蝙蝠的体温高达40摄氏度,这也意味着它们携带的病毒能在人体高热的情况下生存。近50年来,尼帕、亨德拉、埃博拉、马尔堡、SARS、MERS⋯⋯这些致命病毒的自然宿主都是蝙蝠。

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