貓狗會成為新的傳染源?
2020年04月25日10:56

  來源:格致論道講壇

  “複製一個病毒並不難,把病毒造弱一點也不算難,我們用的很多疫苗就是把病毒搞得弱一點,成為一個弱毒苗,可以實現。但是,如果把病毒改造成一個更強的病毒就不容易了,它要重新開始通關。”

  鄭愛華

  中國科學院動物研究所 研究員

  病毒既不有趣,也不好玩,特別是我們現在正處於新冠疫情當中,病毒帶來了太多的生死,所以,這是一個很沉重的話題。

  在疫情期間,可能大家都掌握了很多關於病毒學的知識,但是這些知識恐怕是支離破碎的。

  我的報告是關於病毒的通關之旅,想通過短短的半個小時,把病毒學的一些知識稍微講一下。

  Part.1

  病毒的基本特徵

  什麼是病毒?病毒的概念很簡單,第一是有感染性。

  病毒是由什麼組成的呢?病毒的結構非常簡單。第一個組成部分是核酸,有DNA、RNA,都是它的基因組,是它的遺傳位置;還有一部分是蛋白;有些病毒外面還有一些囊膜,比如大家非常熟悉的新冠病毒,就是有囊膜的。但是,作為疫苗載體的腺病毒是沒有囊膜的,只有核酸和蛋白兩個部分。

  所以,病毒是非常簡單的核酸、蛋白或者再加上磷脂的一個復合物。而且,它只能是寄生的,也就是說,它不像細菌可以在環境中,比如在水中或在土壤里複製,它只能在生物體中寄生。

  病毒長什麼模樣呢?我們可以看看這張圖,這是另外一個冠狀病毒——SARS病毒。這個病毒基本上是圓形的,外面的點點相當於新冠的“冠”,右邊這個螺旋形就是它的核酸,外面一圈是磷脂,再外面突起的就是“冠”,叫S蛋白。

  病毒有什麼特點呢?我們人吃個饅頭就可以運動,可以到處跑,很多生物也是這樣的。但是,病毒有這麼幾個特點:

  第一,不能代謝,本身也不能運動,更不能複製自己。所以,病毒在環境中是沒法生存的,在土壤里、水裡是沒法長期存在的,只能在生物體中寄生。

  其次,病毒還有一個很重要的特點,就是變異很快。流感、愛滋病毒為什麼難以攻克,就是因為變異太快了。

  Part.2

  病毒的通關之旅

  病毒只能寄生,它的目標就是找到一個活的、能感染的、能複製的細胞讓自己一直存在下去,這就開始了病毒的通關之旅。

  第一關是細胞關。下圖是一個細胞的示意圖,這是一個SARS病毒。左上角有一個圓形和它的“冠”,這是S蛋白。

  病毒進入細胞的第一步是跟細胞里的受體結合。SARS病毒的受體是ACE2,它首先要跟ACE2特異地結合,受體識別是非常特異的,如果識別不夠牢靠,它是進不去的。

  下一步是融合,接著是複製,病毒複製它的基因組和蛋白。再往下一步是組裝,包裝新的病毒顆粒,最後再釋放出去。這就是病毒進入細胞的過程。

  最近經常聽到各種各樣的治療新冠病毒的特效藥,這些藥通常都是一些小分子藥物,是特異的抑製。不管是哪一步,只要抑製了,就可以抑製感染細胞。

  病毒和受體的相互作用是非常特異的,像鑰匙和鎖的關係,是完全匹配的。

  病毒和受體的結合在很大程度上決定了這個病毒感染哪個器官,感染哪個物種。比如說,肝炎病毒感染肝臟,是因為受體在那裡。新冠病毒感染肺部,也是受體在那裡。

  新冠病毒不感染鳥,也不感染老鼠,因為它不能用它們的受體。這就是為什麼病毒和受體之間的相互作用是非常重要的。

  至於大家望眼欲穿的疫苗,它的主要作用機製,就是打到體內誘導產生中和抗體。這個抗體能抑製病毒跟受體結合,讓病毒進不到細胞裡面去,從而讓我們對病毒產生抵抗力。

  感染細胞只是萬里長征的第一步,下一步是要感染一個個體。

  想感染一個個體也很睏難。我們是進化的產物,是很完美的,我們的皮膚、消化道里的黏液、呼吸道的黏液都是非常好的物理屏障。

  我們體內有天然免疫,還有獲得性免疫,這就是為什麼大多數人每年的病假都用不完的原因——因為我們是非常完美的,大部分病毒沒法感染我們。

  病毒怎麼能感染我們呢?首先我們體內實際上還是有一些渠道可以被感染的,基本上有五個渠道。

  從上往下數,結膜——新冠病毒也可以通過眼的結膜來感染我們,然後是呼吸道、消化道、皮膚、生殖道。

  另外一個感染途徑是吸血的昆蟲。有些病毒通過吸血的昆蟲傳播,最典型的是登革熱。現在夏天快到了,蚊子也多了,很多人都擔心新冠病毒會不會通過蚊子傳播?其實不用擔心,新冠病毒以及其他的冠狀病毒是不能通過蚊子傳播的。

  怎麼真正感染一個個體呢?

  第一,要有足夠的病毒穿越我們這些屏障。首先,感染位置是易感的;其次,是能夠接觸到的。比如說,肝炎病毒倒在我們的腳上恐怕也無所謂,因為它是感染肝臟的,倒在腳上也沒用。

  另外,病毒必須非常有效地抑製我們身體的免疫系統。我們的免疫系統太強大了,如果它不能抑製,很快就會被清除掉。

  這就是感染一個個體的過程。

  病毒只感染一個個體也是不長久的,因為個體會死亡,所以病毒必須在一個群體里持續地感染才能夠維持下去。這就有點像原子彈里的鏈式反應,必須不停地感染,只要一停下來,它早晚都會消失。

  一個病毒感染一個群體受這些因素影響:第一,感染途徑;第二,脫落途徑。

  病毒的脫落也有一些途徑,比如新冠肺炎是通過飛沫脫落,一些消化道病毒是通過糞便脫落,還有一些病毒是通過黏液、體液脫落,還有的是通過血液脫落。

  脫落出的病毒在體外環境是不能夠長期存活的,因為體外溫度和濕度都不穩定,而且還有紫外線,這些都是殺菌消毒的。

  所以,只有病毒能夠適應這個感染途徑和脫落途徑,而且在體外能存活一段時間,等到感染下一個個體,這個病毒才能在群體里不停地傳下去,形成永不停歇的鏈式反應。

  感染一個群體實際上是不夠的。大多數傳染病實際上是地方流行病,如果說不能傳到一個大的地理範圍就難成氣候。所以病毒還要打通下一關,叫地理關。

  在古代,地理關不那麼容易打破,因為交通不方便。下面這張圖左邊是商路,大家可以看到,沙漠駝鈴再快也快不到哪裡去。

  此外,戰爭也是傳播傳染病的一個途徑。戰爭和瘟疫實際上是孿生兄弟,有時候戰爭導致瘟疫,有時候瘟疫導致戰爭。比如,1918年的流感大流行,就是一戰結束之後士兵帶進來的。另外,我們國家古代有很詳細的記錄,中國的天花就是戰爭中戰俘帶進來的。

  總而言之,在古代,疾病傳播比較慢。

  但是現在不一樣了,全世界的航線讓諾大的地球變成“地球村”了。新冠病毒的傳播已經達到了什麼程度?跨大洋,當日達。

  但並不是每個病毒都傳播得那麼快。

  寨卡病毒的傳播就沒有那麼快。它是上世紀40年代在非洲烏干達發現的,六七十年代就到了東南亞,在那裡盤踞了幾十年。21世紀初通過太平洋的一些小島,一步步像跳跳板一樣傳播,前幾年到了巴西,又從巴西傳向了全世界,成為全球的病毒。因為它是蚊子傳播的,所以它的傳播有一個蚊子的適應過程,受到一些生物因素的影響。

  伊波拉病毒也是一個例子。雖然它在非洲不斷擴散,但是至今也還沒有走出非洲。

  過了地理關,還有一個非常重要的關叫季節關。因為在不同的季節,溫度、濕度、生物的週期、人類的行為都是不一樣的。

  春夏之交的時候,該擔心腸道傳染病;再暖和一點,可能會有登革熱感染;到秋冬季節,新冠又來了。所以季節對於病毒的傳播還是非常重要的。

  我們知道SARS就沒有跨過季節關,在夏天來臨之前就消失了。至於新冠病毒能不能跨越季節關,能不能跨過夏天進入秋天呢?我們現在還不知道,時間能夠證明一切。

  Part.3

  R0、群體免疫與病毒突變率

  下面我通過一個例子來讓大家瞭解更多傳染病的概念。

  這個例子是1846年丹麥法羅群島的麻疹流行。在此之前,法羅群島是沒有麻疹的,有一個工人坐著船把病毒帶進了群島,當時整個島八千多人無一倖免,死亡一百多人。但是,感染之後,幾十年內,群島也再也沒有出現麻疹病毒。

  這個故事說明的第一個問題,就是人感染病毒之後會產生免疫記憶,會產生免疫保護。這是研究疫苗的一個理論基礎。

  還一個概念是R0,傳染病的傳播速度,它指一個感染者在傳染期內,在易感人群中引起的新的感染者的期望人數。比如說,麻疹的傳染是非常快的,一個人能傳染19-20個人。

  另外一個概念是群體免疫力,指的是一個群體裡面,多大比例的個體獲得免疫力,使得其他沒有免疫力的人也受到保護從而不被感染。這個數值不難計算,臨界值是H=1-1/R0。比如說麻疹是1-1/20,大概是95%,就是說95%的人獲得群體免疫力後,病毒就沒法再傳播了。

  獲得群體免疫的途徑有兩個,一個是實際的病毒感染,另一個是接種疫苗。但是通過實際的感染獲得群體免疫代價太高了。麻疹8000多人感染,死了100多個,這是什麼概念?相當於我們的小區不管幾層樓,基本上每個單元都得放一兩口棺材,這個代價是非常大的。

  另外,病毒在群體中傳播是有一個臨界值的。比如,大家發現麻疹的流行臨界值大概是50萬,據說在小於50萬的人群裡,這個病毒是沒法傳下去的。這實際上也告訴我們,為什麼我們控製病毒的傳播需要做隔離,就是為了把大的群體分隔成一小塊一小塊,讓病毒傳不起來。

  講病毒的通關,實際上都是講新出現的病毒,我們叫新發,或者再出現的傳染病。禽流感、寨卡、摩爾斯、SARS、新冠這些病毒都是動物來源的。70%的新發和再發傳染病是來自於動物的,要麼是野生動物,要麼是家養的家畜,或者是寵物。

  病毒之所以能夠從一個物種傳到另外一個物種,主要是因為病毒高的突變率和高的進化率讓它可以適應新的速度。

  這個過程實際上是一個非常長期的過程。病毒在原先的物種和新的物種之間不斷接觸,可能剛開始感染新的物種效率很低,回去繼續進化,然後再回來感染新物種,可能感染程度會更高一些。這實際上是一個不斷試探的過程,這個過程持續的時間是非常長的。

  簡要總結一下,病毒的通關之旅主要包括下面幾步。首先要感染一個細胞,然後能夠感染一個個體,並且能夠在群體裡面持續傳播,最後,打通最難的兩關——地理關、季節關之後,才會成為全球流行的病毒。

  但是,實際上大多數病毒的跨種傳播都是失敗的。可能感染幾個細胞之後,就被免疫系統清除掉了;可能感染的只有幾個人,沒法在人和人之間傳播,這幾個人去世了,也就消失了;或者像SARS一樣感染一段時間,不能跨過季節關也就消失了。

  所以,每當我們遇到一個新的病毒,很難判斷它到底能夠通幾關。是只能感染幾個個體,還是能感染很多人,或者說甚至只能感染一個季節,然後就過去了呢?

  這是非常影響我們決策的。如果反應過度,正常的生活就沒法進行了。但是如果反應慢了,我們都看到了。這種情況下決策是非常困難的。

  Part.4

  通關體系消解對病毒的恐慌

  病毒的通關成功就是人類的災難,人類的災難就是大家的恐慌。

  我們經常會在報紙、新聞上看到一些關於傳染病、關於病毒的新聞。瞭解了簡單的通關體系之後,就可以把它套進去看一看到底是怎麼回事。

  我最近在網上找了四個報導,我們來看看是怎麼回事。

  第一則報導與最近非常流行的一個叫“甩鍋”的詞有關。下圖這位英國的生物學家叫維克拉瑪辛赫,他甩鍋甩得最徹底,甩給外星人了,說病毒可能是來自於隕石,來自星星的病毒。

  這個有可能嗎?我們根據前面的知識來分析一下。

  第一,隕石到地球的溫度很高,病毒很不穩定,很容易就失活了。

  此外,空間有很多射線,射線也會把病毒殺死。哪怕僥倖有幾個活的病毒落到地上,也很難存活,因為隕石通常落在荒郊野外、人煙稀少的地方。

  病毒的目標是找到活的細胞,如果病毒落在荒郊野外,它很難找到一個個體或細胞來感染,在環境中不能存活太長,不就消失了嗎?

  所以,病毒來自隕石的可能性微乎其微。

  最近還有一個報導,說美國俄亥俄大學在青藏高原採集了很多冰芯,在冰川的冰芯裡面他們發現有很多新的病毒。

  這篇文章說他們發現有33屬的基因病毒,有28個屬是以前從來沒有過的。這個讓大家很恐慌,說我們有新的災難。是不是這麼回事呢?

  第一,冰川里的病毒量很少。

  第二,這個冰芯歷史很久了,是大概750年到一萬多年以前的。病毒在環境中不能存活太久,所以這個冰芯裡面可能只有病毒的核酸片段,沒有活的病毒顆粒。

  哪怕有活的病毒顆粒,冰川遠離人煙,也是找不到活的細胞、活的個體來感染的。哪怕找到一個個體,我們知道病毒要感染一個細胞首先得跟受體結合,不一定正好碰到的這個活的動物的受體就可以用。所以概率是很小的。

  所以,冰川熔化釋放的這些病毒也不會有什麼大問題。

  近來大家也很關注一個問題:能不能人造一個成功的病毒?

  複製一個已經存在的病毒是很容易的,這對我們病毒學家來講是一個已經研究幾十年的老技術,不難。

  新冠病毒發現不久,一個荷蘭的研究組就把它複製了;不久前有個美國的實驗室也把新冠病毒複製出來了。

  複製一個病毒並不難,把病毒造弱一點也不算難,我們的很多疫苗就是把病毒搞得弱一點,成為一個弱毒苗,可以實現。但是,如果把病毒改造成一個更強的病毒就不容易了,它要重新開始通關。

  首先,看一下細胞關。我們可以給病毒進行很多不同的改造,然後在細胞上篩選一下,看哪個複製得更好。這不難,技術上是可行的。但是,一個病毒只在細胞上複製得更強,致病率更強,並不能說明它感染一個個體就好。

  個體關的實驗要在活人身上來做,拿動物來做都不行,因為猴子、老鼠等動物跟人是不一樣的。這都是以前731部隊才能幹的事情,現在沒法做。

  哪怕病毒真正感染人的能力已經很強了,還有一個群體關要過。要有很大的人群才能檢測,這實際上沒法操作。更不用說季節關了,季節關簡直是超出想像。所以造一個成功的病毒,可能性是微乎其微的。

  最近大家又開始關心寵物。之前有一個報導,說香港發現有一隻狗咽拭子檢測到新冠核酸呈弱陽性,這說明新冠病毒在狗那兒可以突破細胞關。後來又有新的報導,說比利時有隻貓被新冠病毒感染了,這隻貓也很痛苦。

  怎麼來解讀這個報導呢?

  首先,我們看到,如果寵物感染病毒,說明病毒至少過了細胞關。

  要想檢測病毒能不能通過個體關要怎麼做呢?

  哈爾濱獸醫研究所在實驗室里找到很多動物,給它們接種上病毒,看一下病毒能不能感染那些動物。

  首先,他們發現狗是沒法被病毒感染的,豬、雞、鴨也不會被感染。但是貓不一樣,他們發現如果給貓接種上病毒,貓是可以被感染的,而且它可以通過飛沫傳染給其他的貓。

  但是,他們也發現,如果把染病的貓和沒染病的貓放在一起,傳播效率不是很高,三對只有一對能傳播,說明貓間的傳播能力不是很強。但是還得通過流行病學來調查貓群裡面的具體傳播情況。

  沒過幾天,又一篇新的報導出來了,是關於華中農業大學和中科院武漢病毒所一起合作開展的一項工作。

  他們調查了武漢的貓群,發現有14.7%的貓的血清是新冠陽性的,也就是被病毒感染過。但是感染的貓裡面,血清滴度最高的是病人家的貓。也就是說,病人跟這隻貓可能接觸比較多,這隻貓被感染的病毒數量也比較高。所以,它的抗體的滴度也會更高一些。在流浪貓中,雖然也發現了一些陽性的動物,但是抗體比較低。

  總之,更像是人傳給了貓,貓是人類災難的一個受害者。至於病毒能不能在貓和貓之間傳播,貓能不能傳給人,還需要更多的流行病學的調查,但就現在來看,貓應該是個受害者。

  通過上面的解析,大家是不是覺得以後如果再看到一些報導,把通關曆程給它套進去,就沒有那麼恐慌了。

  實際上,新發傳染病出現的概率還是很低的,要好多年才有一次。給大家推薦一部美國在90年代拍的叫《恐怖地帶》的電影,影片就是關於一個新出現的傳染病。

  在裡面我們可以看到,病毒的傳播、致病,以及治療,還可以看到各種不同等級的生物安全實驗室的運作方式。演員有達斯廷·霍夫曼和摩根·弗里曼。這部電影拍得還是很不錯的,雖然裡面有一點點誇張的成分,但是整體來講還是比較忠於事實的。

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