起底新型冠状病毒家族

2020年1月12日,国家卫健委与世界卫生组织分享发现的新型冠状病毒基因序列信息,世界卫生组织正式将造成武汉肺炎疫情的新型冠状病毒命名为“2019新型冠状病毒”。如今,为疫情防控齐心协力攻坚克难的战斗在全国上下继续着。2019-nCoV,是一种既不同于2003年引发严重急性呼吸综合征的冠状病毒(SARS-CoV),又不同于引发2012-2015年中东呼吸综合征的冠状病毒(MERS-CoV)。为了更加有效地防控,对于冠状病毒,我们应该了解更多相关科学知识。

冠状病毒是什么

冠状病毒是一大类病毒的总称,在电子显微镜下可以观察到它们的表面有类似日冕状突起,看起来像王冠一样,因此被命名为冠状病毒。冠状病毒直径约80-120纳米,是自然界广泛存在的一大类病毒。迄今,科学家发现了约15种不同的冠状病毒,其中有7种可以让人类感染,但不一定都是肺炎,也可以是感冒、上呼吸道感染和其他病症。

冠状病毒可分为α、β、γ、δ4个属。哺乳动物冠状病毒主要为α、β属冠状病毒,可感染包括猪、犬、猫、鼠、牛、马等多种动物。禽冠状病毒主要来源于γ、δ属冠状病毒,可引起多种禽鸟类如鸡、火鸡、麻雀、鸭、鹅、鸽子等发病。

在迄今发现的冠状病毒中,有七种可以让人患病。除了SARS-CoV、MERS-CoV、2019-nCoV三种冠状病毒外,其他的四种人冠状病毒(HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63和HCoV-HKU1型)通常会引起人患轻度或中度上呼吸道疾病,如感冒。症状主要包括流鼻涕、头痛、咳嗽、咽喉痛、发热等,有时会引起肺炎或支气管炎等下呼吸道疾病,在心肺疾病患者、免疫力低下人群、婴儿和老年人中较为常见。

如果从总体来看,冠状病毒都可能起源于动物,在漫长的演化中,分别形成感染动物和感染人的病原体。但是,目前人类对每种冠状病毒的起源并非完全清楚,只是对其中一些病毒有比较多的认识。

冠状病毒的源头最早可追溯到公元前8000年左右。早期的认知是,非冷血飞行动物,如蝙蝠和鸟类是冠状病毒最佳宿主(源头宿主),即病毒与它们形成寄生和共生的关系,蝙蝠携带α、β冠状病毒;鸟类则携带γ、δ冠状病毒。

现在已知的是,家畜冠状病毒和人类冠状病毒HCoV-OC43于1899年开始分别独立演化。在18世纪,家畜冠状病毒由马冠状病毒中分离出来。人类冠状病毒HCoV-OC43也有可能是于1890年从家畜冠状病毒中分离出来。同时,家畜冠状病毒和狗呼吸系统冠状病毒来自于1951年的一个共同祖先。但是,也有研究显示,1937年,博德特和哈德森已从小鸡体内第一次分离到了冠状病毒。这应该是动物的冠状病毒。

与疾病斗争中发现冠状病毒

由于人们常患感冒,而对感冒的诊断也发现与多种鼻病毒有关。鼻病毒是20世纪50年代被发现的。尽管人们首先发现鼻病毒与感冒有关,但是只有大约50%的感冒由鼻病毒引起。这引起了研究人员的兴趣和关注,人们想要弄清,除了鼻病毒外,是什么病原微生物引起了人们的感冒和呼吸道感染。

1965年,泰瑞尔等人利用带有纤毛的人胚气管培养方法,从普通感冒病人鼻洗液中分离出一株病毒,命名为B814病毒。后来,哈姆雷等人用人胚肾细胞分离到类似病毒,代表株命名为HCoV-229E病毒。

1967年,麦金托什等人同样以人胚气管培养方法从感冒病人鼻腔中分离到另一批病毒,其代表株是HCoV-OC43。不过,也有研究认为,HCoV-OC43与动物的最近共同祖先可以追溯到20世纪50年代。至于HCoV-OC43是来自马、猪,还是蝙蝠、鸟类,抑或是鸡,现在并不清楚。

1968年,阿尔梅达等人对上述病毒进行形态学研究,在电子显微镜下观察,发现这些病毒的包膜上有形状类似日冕的棘突,因此提出命名这类病毒为冠状病毒。1975年,国际病毒命名委员会正式命名冠状病毒科。

HCoV-229E和HCoV-OC43都是在20世纪60年代发现的,它们有比较相同的性质,致病力和感染力相对温和,一般是引起轻微的呼吸道感染和疾病。

至于其他两种人冠状病毒HCoV-NL63和HCoV-HKU1,则是在2003年中国爆发SARS并确认了是SARS-CoV之后才发现的,而且也不知道它们源自何种动物,或许本身就是人身上的冠状病毒。

2004年,荷兰阿姆斯特丹大学研究人员范德霍克等研究人员在一名患有呼吸道疾病的7个月大女婴的呼吸道中提取和发现了一种新的冠状病毒,命名为HCoV-NL63。之后,多个国家在急性呼吸道感染的儿童体内都发现了这种病毒。

2005年香港大学研究人员发现了另一种人冠状病毒,命名为HCoV-HKU1。这个病毒也是引起上呼吸道感染,但是它的致病具有季节性,高峰发病期是在晚秋、冬季,而且感染率明显低于其他呼吸道冠状病毒,感染症状也相对轻微,但对于有基础疾病和免疫抑制的患者,会加重症状并引起严重的呼吸道疾病。

2012年9月24日,世界卫生组织报告称,在中东地区从一个患有急性呼吸道疾病的病人身上发现了一种新的SARS样冠状病毒,命名为MERS-CoV,病人的临床表现为急性呼吸道感染和肾功能衰竭,致死率极高。

2020年1月,新的冠状病毒2019-nCoV被发现和确认。

不同种类冠状病毒的致病能力分析

20世纪60年代发现的HCoV-229E和HCoV-OC43只是让人患感冒或有轻微的上呼吸道感染,21世纪初发现的HCoV-NL63和HCoV-HKU1同样是让人,尤其是儿童患轻微的上呼吸道感染。而且,这两种人冠状病毒发现后,在中国内地也发现了很多儿童易感这种病毒,导致急性呼吸道感染。

北京儿童医院的研究人员对2008年5月至2010年3月在该院住院治疗急性呼吸道感染的382例儿童患者样本中检测到部分病例有HCoV-NL63和HCoV-HKU1。其中32份(8.4%)含有HCoV-NL63和57份(14.9%)含有HCoV-HKU1。

但是,它们也并非单独致病,而是与呼吸道合胞病毒和副流感病毒共同致人染病。在感染HCoV-HKU1的患者中,主要的临床症状是咳嗽、发烧和咳痰。在感染HCoV-NL63的患者中,主要症状是咳嗽、发烧和鼻漏。这说明,HCoV-NL63和HCoV-HKU1的致病性较轻,而且可能要与其他病毒共同作用才能导致急性呼吸道感染。

相比于四种只引发轻中度呼吸道疾病的人冠状病毒,SARS-CoV、MERS-CoV和2019-nCoV引发的疾病更为严重,同时它们的基因组有一定的相似性,这三种病毒入侵人体的方式也是一样的。虽然2019-nCoV的S-蛋白中与人体ACE2蛋白(血管紧张素转化酶2,是病毒结合和入侵人体细胞的受体)结合的5个关键氨基酸有4个发生了变化,但变化后的氨基酸却在整体性上完美地维持了SARS-CoV的S-蛋白与ACE2蛋白相互作用的原结构构象。因此,尽管2019-nCoV的新结构与ACE2蛋白相互作用能力由于丢失了少数氢键有所下降,但仍然达到很强的结合能力。MERS-CoV也是依靠S-蛋白与ACE2蛋白相互作用进入人体的。

SARS病毒在2003年引发严重急性呼吸综合征(SARS)。据世界卫生组织2003年8月16日的统计,全球累计SARS病例共8422例,涉及32个国家和地区,因SARS死亡人数919人,病死率近11%。

MERS病毒在2012年至2015年引发中东呼吸综合征,全球累计确诊的感染病例共1139例,其中431例死亡(病死率37.8%)。这些病例来自24个国家和地区,病例最多国家为沙特阿拉伯。

由于没有证据显示MERS病毒具备持续的人际传播能力,以及单从发病数和死亡数看,MERS没有SARS对人类的威胁和危害大,尽管SARS死亡率没有MERS高,但人传人的致病力比MERS高。