新冠最早鑒定者張永振:病毒或曾隱秘傳播,不一定起源於武漢
2020年03月29日20:09

原標題:新冠最早鑒定者張永振:病毒或曾隱秘傳播,不一定起源於武漢

早在2019年12月之前,新冠病毒可能已經在在人群“隱秘傳播”(cryptic spread)階段發生了一些關鍵突變。也就是說,這種新型病毒在人群中出現的時間可能比設想的更早,甚至不一定最早出現在武漢。

上述推測結論來自兩位病毒學專家:澳州雪梨大學瑪麗·巴希爾傳染病和生物安全研究所的愛德華·霍爾姆斯(Edward C. Holmes)教授,以及中國疾控中心(CDC)傳染病預防控製所研究員、複旦大學附屬上海市公共衛生臨床中心兼職教授張永振。當地時間3月26日,這兩位“老搭檔”聯合在頂級學術期刊《細胞》(CELL)上發表了一篇評論“A Genomic Perspective on the Origin and Emergence of SARS-CoV-2”。

霍爾姆斯為這篇文章的通訊作者。官網簡曆顯示,他擅長研究傳染病的進化和出現,特別是RNA病毒跨越物種界限在人類和其他動物中出現的機製。他同時也是中國疾控中心的客座教授,以及複旦大學的名譽客座教授。值得一提的是,張永振和霍爾姆斯長期保持著學術合作,其合作團隊在《自然》等學術期刊上發表多項成果。他們兩人在多年前還到訪過這場疫情的假設起源地之一——武漢華南海鮮市場。

在此次疫情尚不為外界警覺時,即2019年12月26日,張永振、霍爾姆斯等人獲得了武漢中心醫院一名患者的病毒樣本。1月5日淩晨,研究團隊從樣本中檢測出一種新型SARS樣冠狀病毒,通過高通量測序獲得了該病毒的全基因組序列(GenBank:MN908947),並立即報告了相關部門。1月11日,研究團隊在病毒學網站(virological.org)發佈了所獲得的新型冠狀病毒全基因組序列,系全球最早公佈該病毒序列的團隊。

張永振、霍爾姆斯此次在《細胞》的這篇評論文章中,將他們對這場新疫情致病病原體的鑒定,這種新冠狀病毒和其他冠狀病毒的比較,以及這種人畜共患病何時在人群中悄然出現等問題,均進行了描述和分析。

他們代表了參與新冠病毒初始基因組測序工作的最早一批科學家,試圖釐清其起源脈絡。

一種新的病毒出現:為何傳播更快?

此次疫情臨床病例開始出現後,張永振等人即試圖確定致病病原體的基因組序列。他們的研究對象來自2019年12月26日入住武漢中心醫院的一名患者,當時已經發病6天。該患者出現發熱、胸悶、咳嗽、疼痛和虛弱,伴有肺部異常提示肺炎,這些症狀隨後在COVID-19中很常見。

作者們在2020年1月5日獲得一個完整的病毒基因組。初步分析表明,該病毒與SARS樣病毒(冠狀病毒科)密切相關。他們立即將這一結果報告給了相關部門,並在同一天向NCBI/GenBank提交了基因組序列(Wuhan-Hu-1毒株)。隨後,在愛丁堡大學Andrew Rambaut博士的幫助下,作者們於2020年1月11日在開放獲取病毒學網站(http:// virological.org/)上公佈了該病毒的基因組序列。隨後,中國疾控中心在公眾訪問GISAID數據庫(https://www.gisaid.org/)發佈了新冠病毒基因組序列,以及相關的流行病學數據。

截至作者們撰寫這篇文章,已經有近200個新冠病毒基因組公開可用,“代表了該病毒在中國及其它地區的基因組多樣性,並提供了一個可自由獲取的全球資源。”這些新冠病毒基因組序列數據的發佈對診斷測試、疫苗和抗病毒藥物的開發來說都至關重要。

作者們提到,儘管回顧性分析已經確認在中國湖北武漢有患者早在2019年12月1日就出現了症狀,但第一例新型肺炎(COVID-19)報告是在2019年12月下旬。

新冠病毒感染者的病例數量正在迅速增長並在全球範圍內蔓延。然而,實際病例數很可能比報告的數字要大很多,因為非常輕微或無症狀的感染者常常未被統計進去。作者們提到,這實際上顯然意味著與COVID-19相關的病死率(CFR)將低於目前引用的數據。

如果不通過大規模的血清學調查,這些不確定性可能都無法解決,但當前數據很明顯,COVID-19的病死率顯著高於季節性流感,不過也低於兩個密切相關的冠狀病毒:2002年-2003年的SARS-CoV,以及自2015年以來一直存在(主要集中在阿拉伯半島)的MERS-CoV。

然而,也有證據表明,新冠病毒比SARS-CoV和MERS-CoV更具傳染性,個體在無症狀或處於有症狀前的潛伏期即可傳播病毒。

最早的基因組序列數據清楚地表明,新冠病毒是β冠狀病毒屬成員,屬於其中一個亞屬Sarbecovirus屬。初步分析顯示,新冠病毒與SARS-CoV在核苷酸水平上的相似度為79%。不過,新冠病毒和SARS-CoV在刺突蛋白(S蛋白,與宿主細胞受體相互作用的關鍵表面糖蛋白)上僅表現出72%的核苷酸序列相似性。

作者們提到,2013年在中國雲南採集的中華菊頭蝠樣本RaTG13和新冠病毒在核苷酸序列水平上相似性為96%。儘管存在這種序列相似性,但新冠病毒和RaTG13在許多關鍵的基因組特徵上存在差異,其中最重要的一點是,新冠病毒包含了S蛋白S1和S2亞基交界處的一個多堿基(furin)酶切位點插入(PRRA殘基)。

這種插入可能增加病毒的傳染性,但在其他相關的β冠狀病毒並不存在。類似的多堿基插入在其他人類冠狀病毒中存在,包括HCoV-HKU1,以及在禽流感病毒的高致病性毒株中也存在。

此外,新冠病毒和RaTG13的受體結合域(RBD)也只有85%的相似性,並且在6個關鍵氨基酸殘基中只有一個是相同的。序列和結構的比較表明,新冠病毒的RBD非常適合與人類ACE2受體結合,SARS-CoV也利用了該受體。

值得注意的是,由霍爾姆斯參與的另一項最近發表在預印本網站bioRxiv上的研究顯示,中國科學院西雙版納熱帶植物園去年在雲南的馬來菊頭蝠中採集到的糞便樣本中新發現了一種蝙蝠冠狀病毒(RmYN02)。RmYN02中也觀察到S1/S2裂解位點PAA氨基酸的獨立插入。

作者們認為,這些插入事件反映了正在進行的冠狀病毒的自然進化。雖然RmYN02在S蛋白上與新冠病毒有相當大的差異(序列相似性大約72%),但在最長編碼基因去1ab上親緣關係最接近(核苷酸序列相似性大約97%)。

張永振等人表示,雖然SARS-CoV和MERS-CoV都與新冠病毒密切相關,並且都有蝙蝠宿主,但是這些病毒之間的生物學差異是驚人的。“如上所述,新冠病毒的傳染性明顯更強,導致它與SARS-CoV和MERS-CoV的流行病學動態非常不同。”

在SARS-CoV和MERS-CoV兩種病毒中,病例數相對緩慢上升,MERS-CoV至今還沒有能夠完全適應在人類中傳播:大多數病例都是由於病毒來源於阿拉伯半島上的駱駝,並只有零星的人際傳播。“相比之下,新冠病毒在當地和全球範圍內的顯著傳播卻讓人大吃一驚。確定支持這種傳播性的病毒學特徵顯然是一個優先事項。”

武漢華南海鮮市場的起源不確定性:幾年前探訪過市場

此前的觀察顯示,第一批報告的COVID-19病例和武漢的華南海鮮野生動物市場有關聯。值得一提的是,張永振、霍爾姆斯等人曾在2014年親身探訪過該市場,霍爾姆斯提供的一張照片顯示,當時該市場即出售野生動物。

該照片由Edward C. Holmes提供,拍攝於2014年10月,當時兩位作者一起參觀了市場。

他們在文章中提到,在此次疫情暴發的時候那裡仍然可以買到多種哺乳動物。然而,由於並非所有的早期案例都與市場有關,新冠病毒出現的故事可能比最初推測的更為複雜。

中國疾控中心此前獲得了來自該市場“環境樣本”(比如物體表面)的基因組序列。系統發育分析表明,它們與從武漢最早的病人身上採集的病毒密切相關。

張永振等人表示,雖然這再次表明,華南海鮮市場在病毒出現中發揮了重要作用,但很難明確這些環境樣本中的病毒來自該市場的動物還是當時已在無意中傳播的人。“不幸的是,隨著市場的關閉,目前明顯缺乏直接的動物樣本,這可能意味著很難、甚至不可能準確地識別出任何動物宿主。”

他們將COVID-19的出現和迅速傳播稱為“一場‘完美’的流行病學風暴”。這種具有相對高毒力的呼吸道病原體,具有跨越物種界限的不尋常本領。“事實上,流行病學建模表明,新冠病毒在武漢封城之前就已經在中國廣泛傳播。”

蝙蝠無疑是多種冠狀病毒的重要宿主物種。儘管如此,蝙蝠在新冠病毒人畜共患病起源中的確切作用仍未確定。特別是,與新冠病毒關係最密切的蝙蝠病毒是從距離武漢1500多公里的雲南省的動物身上取樣獲得。而來自湖北省的蝙蝠冠狀病毒相對較少,其中已經測序的一些病毒與新冠病毒在系統發育樹中位置相對較遠。

作者們寫道:由此得出的簡單推論是,我們對蝙蝠病毒采樣的時候對某些地理位置有強烈的偏見。這需要在今後的研究中加以糾正。

此外,儘管96%-97%的序列相似性聽起來像上述一些蝙蝠病毒和新冠病毒密切相關,但事實上這可能代表了20多年的序列進化。因此,幾乎可以肯定的是,更多的采樣將確定更多的與新冠病毒關係更近的蝙蝠病毒。

他們強調,在未來新冠病毒溯源過程中的一個關鍵的問題是,來源於蝙蝠或任何其他動物物種的病毒,是否包含在新冠病毒中發現的關鍵的RBD突變和相同的弗林酶切位點插入。

除了蝙蝠之外,科學家也要重視中間宿主的作用。儘管蝙蝠可能是這種病毒的宿主,但它們與人類之間普遍的生態隔離使得其他哺乳動物作為“中間宿主”或“放大宿主”成為可能。在中間宿主中,新冠病毒能夠獲得部分或全部有效的人類傳播所需的突變。在SARS和MERS事件中,果子狸和駱駝分別扮演這樣的角色。

他們認為,為了確定中間宿主可能是什麼,有必要對來自華南海鮮市場或生活在接近人群的動物進行更廣泛的采樣。

香港大學公共衛生學院新發傳染病國家重點實驗室管軼教授、廣西醫科大學胡豔玲教授的團隊最近的研究成果顯示,他們在走私到中國南部(廣東和廣西)的馬來亞穿山甲中發現了與新冠病毒密切相關的病毒。“它們攜帶著一種和新冠病毒相關的病毒,這強烈表明,更多樣的β冠狀病毒存在於大自然的多種哺乳動物中,但尚未取樣發現。”張永振等人表示。

新冠病毒或有過一段在人群中的“隱秘傳播”階段

值得注意的是,作者們在文章中提及,基於他們過於研究冠狀病毒的經驗,除了在動物宿主中發生演化外,早在2019年12月之前,病毒可能已經在在人群“隱秘傳播”(cryptic spread)階段發生了一些關鍵突變。

具體來說,這種新型病毒在人群中出現的時間可能比設想的更早,甚至不一定是最早出現在武漢,但由於無症狀感染現象而未被檢測到。病毒在人傳人過程中逐步演化出了關鍵突變,可能包括上述的RBD和福林酶切位點插入,從而變得完全適應於人類。“直到發生了更多的肺炎病例,我們才能夠通過常規監測系統發現COVID-19。”

他們認為,對呼吸道感染的回顧性血清學或宏□因組學研究將有助於確定這種情況是否正確,儘管這樣的早期病例可能永遠不會被發現。

另一個備受關注的問題是,新冠病毒是否是重組病毒,這種重組是否可能促進了其出現。例如,有證據表明新冠病毒、RaTG13和廣東穿山甲之間存在重組,而RmYN02的基因組也同樣受到重組的廣泛影響。

然而,他們認為,試圖確定重組事件的確切模式和基因組起源是困難的,特別是因為許多重組區域可能很小,而且隨著對更多與新冠病毒相關的病毒取樣,它們很可能還會發生改變。“為瞭解決這些問題,有必要再次對動物種群中的病毒多樣性進行更廣泛的采樣。”

張永振等人還討論新冠病毒目前的基因演化。新冠病毒是一種RNA病毒,相對容易發生突變,很明顯病毒基因組未來會出現更多的突變,這也會幫助追蹤新冠病毒的傳播。“然而,隨著疫情的增長,我們的序列樣本量相對於病例總數可能會非常小,以至於很難追蹤明確的人際傳播鏈。”

另外,儘管冠狀病毒的突變率可能比其他RNA病毒要低,但它們的長期核苷酸替換率與其他RNA病毒相同。這表明,較低的突變率在一定程度上由病毒在宿主體內的高複製率彌補了。

雖然沒有證據表明這種變異的能力將導致任何表型的激進變化,例如傳播性和毒力。但是,他們認為監視病毒傳播過程中任何表型的變化顯然是重要的。

作者們還推測,COVID-19病例數和病死率的任何下降更可能是由於人群免疫力的提高,而不是病毒的突變。

作者們最後總結道,目前,已有四種地方性的冠狀病毒株在人群中流行,即229E、HKU1、NL63、OC43。“新冠病毒似乎不可避免地將成為人類中第五種地方性冠狀病毒,並且目前正在一個完全易感人群中傳播。”所謂的地方性疾病,指的是局限於某些特定地區內相對穩定,並長期性經常發生的疾病。

冠狀病毒顯然具有跨越物種界限和適應新宿主的能力,儘管與其他一些RNA病毒相比,冠狀病毒為什麼會有這種能力尚不清楚。“這讓我們能更直接地預測,未來會出現更多的冠狀病毒。”

他們提醒,至關重要的是,對動物冠狀病毒的監測應不僅限於蝙蝠,因為中間宿主的作用可能非常重要,它為病毒在人類中出現提供了更直接的途徑。

另外,考慮到野生動物中病毒巨大的多樣性及其正在發生的進化,降低未來暴發風險的最簡單和最經濟有效的方法或許是,儘可能地限製接觸動物病原體。

“雖然我們與動物世界的親密關係意味著我們無法建立牢不可破的壁壘,但對非法野生動物貿易採取更強有力的行動,並將所有哺乳動物(或許還有禽類)野生動物從市場中清除出去,將提供一個重要的緩衝。”張永振等人表示。

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