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武汉新型冠状病毒的动物宿主最可能是什么?

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中科院武汉病毒研究所石正丽团队证明武汉新型冠状病毒的动物宿主最可能是蝙蝠。图为美国汤森大耳蝙蝠。图源:PD-USGov [Public domain]

- 编者按 -

春节前的最后一个工作日,传来好消息:中科院武汉病毒研究所石正丽团队证明武汉新型冠状病毒的动物宿主最可能是蝙蝠,并发现 2019-nCoV 入侵人体细胞时所结合的受体(ACE2),这一受体也是 SARS 病毒的结合受体。另外,曾因首次发布 SARS 病毒蛋白酶的三维结构及其抑制剂而轰动世界的德国科学家 Holf Hilgenfeld 教授,在紧张而忙碌的春运形势下,毅然决定带着所研发的抑制剂药物飞向中国,应在今天抵达。该抑制剂的治疗效果将会如何?我们拭目以待。

今年大年三十,知识分子编辑部给各位读者朋友拜年了,祝大家鼠年新春快乐,身体健康,阖家欢乐。

期待早日击退疫情,患者重获健康,社会重回安宁。

撰文 | 魏玉保 李 娟

责编 | 陈晓雪

中科院武汉病毒研究所石正丽团队,通过多种实验明确了新型冠状病毒 2019-nCoV 是导致武汉新型肺炎的病原体,并证明了该病毒的动物宿主最可能是蝙蝠。该研究进一步发现,2019-nCoV 入侵人体细胞时所结合的受体(ACE2),也是 SARS 病毒的结合受体。

该论文于 1 月 23 日以预印本的形式在 bioRxiv 发表,标题为 “一个和最近在人群中肺炎爆发相关的新型冠状病毒以及它可能的蝙蝠宿主的发现”(Discovery of a novel coronavirus associated with the recent pneumonia outbreak in humans and its potential bat origin)。[1]

“证实 ACE2 是病毒结合受体这一工作所提供的信息至关重要,一方面,之前 SARS 病毒研究获得的候选受体抑制剂可以直接测试是否可以抑制新冠状病毒,另一方面,基于这项工作所建立的体外病毒感染体系也可以用于药物实验的测试。” 在第一时间读到论文的德国癌症研究中心研究员刘海坤向《知识分子》表示。

令人期待的是,曾因首次发布 SARS 病毒蛋白酶的三维结构及其抑制剂而轰动世界的德国科学家 Hilgenfeld 教授,在当前紧张而忙碌的春运形势下,毅然决定带着所研发的抑制剂药物飞向中国,并将在大年三十抵达中国[5]。该抑制剂的治疗效果将会如何?我们拭目以待。

病毒 nCoV-2019 侵染人体细胞的证据:病毒核心颗粒 NP(红色)通过 ACE2 受体(绿色)进入人细胞系。图源 [1]

 《知识分子》专栏作者、免疫学家商周对石正丽团队的新发现做了进一步解释:

首先,作者对从病人身上分离新病毒进行测序,然后利用生物信息学的方法分析这个新病毒和各种哺乳动物冠状病毒的关系。结果发现武汉新型冠状病毒和一种蝙蝠的冠状病毒最为相似。

接下来,作者利用测到的病毒基因序列开发出了对病毒的检测方法,对他们能得到的有限的几个临床标本进行检测。通过检测前后两次从这些病人不同部位(肺泡灌洗液、口腔、肛门等)的样本检测,作者推测这个病毒应该是通过空气传播,但因为样本量少作者认为并不能排除其它传播途径的可能。

因为作者实验室有丰富的研究 SARS 病毒的经验,而且这个新的病毒和 SARS 比较像似,这让他们可以研究病人里抗病毒的抗体的情况。通过检测一个他们可以得到的病人不同时间点的血清,作者绘制出了病人在感染这个新型冠状病毒后的抗体反应曲线。

然后,作者接着研究这些病人里产生的抗体和新病毒的关系,他们发现病人身体里的抗体能够中和新型冠状病毒。也就是说,病人身体里产生了特异性的针对这个病毒的反应。

最后,作者研究了这个病毒是如何进入宿主细胞这一问题。因为从序列分析的预测来看,这个武汉新型病毒很可能和 SARS 病毒一样识别的是宿主细胞身上的 ACE2 分子,所以作者设计实验去验证这个假设。结果表明,武汉新型冠状病毒的确是通过识别 ACE2 分子进入宿主细胞的。

“虽然基本上每一个结果都是在预期之中,但作者踏踏实实地用实验证明了出来,这就是严谨的科学态度。”商周告诉《知识分子》。

世界 2019-nCoV 感染形势。图源:ecdc

美国圣路易斯华盛顿大学医学院内科副教授吴晓波也在第一时间对石正丽实验室的工作进行了解读:一个突破性的发现是,武汉冠状病毒利用 ACE2 细胞受体进入培养的肿瘤细胞系中,原代细胞标本现在做起来太难,而 SARS 病毒正是通过 ACE2 膜受体进入细胞的,这些体外实验可能让我们思考病毒进入肺上皮细胞的情形,这会对药物设计与治疗产生深刻影响。……进一步的好消息是,她们分析的五位病人的核酸顺序几乎相同,所以至少到现在的资料表明,武汉冠状病毒没有发生明显的突变。”

“没有她(石正丽)实验室以前的深厚积累,根本不可能在如此短时间内找到武汉病毒的受体。……如果国内拥有更多像石教授这样的实验室,中国战胜武汉冠状病毒是肯定的。” 吴晓波说。

对于石正丽团队的工作,刘海坤的评论热情洋溢而不失严谨:

身在海外,我们时时关注着国内的疫情进展,尤其是关于病毒的科学研究进展。中国的科学家很快就对外公布了病毒序列,对于病毒分子诊断是重要前提。后面几个刷屏的研究是对于序列简单比较的推测,基本没有提供重要信息。而刚刚上线的石正丽团队的论文提供了更为详细的分析。至关重要的是她们建立了用病人病毒建立的细胞感染体系,并初步发现病毒进入人体细胞需要受体和 SARS 病毒一样,都是 ACE2。这个工作提供的信息至关重要,一方面之前非典病毒研究获得的候选受体抑制剂可以直接测试是否可以抑制新冠状病毒,另一方面,基于这项工作的体外感染体系也可以用做药物实验的重要工具。

更让人激动的是,这项工作由身在武汉的病毒研究著名科学家团队完成,我可以想象,在武汉深处第一线工作的他们压力巨大,深处疫区,在非常短暂的时间完成重要工作,和病毒实时赛跑。我非常钦佩像石正丽团队这样的中国优秀科学家们在抗病毒中的杰出表现。我个人读到这篇文章非常激动,马上就和我的家人分享了这个来自武汉的发现。

至此,关于新冠状病毒研究的两项重要发现都来自中国,我相信今后几天病毒的传染模式也会被归纳总结出来,这会让预防变得更为精准有效。这一次,中国优秀科学家和中国医生共同战斗在第一线,我们应该给他们无上的敬意,无限的祝福。大家齐心协力,相信科学,我们一定能最大化的降低此次病毒的危害。

参考文献

[1] Peng Zhou et al. Discovery of a novel coronavirus associated with the recent pneumonia outbreak in humans and its potential bat origin. bioRxiv. 1 21, 2020

doi: doi.org/10.1101/2020.01

[2] Xintian Xu et al. Evolution of the novel coronavirus from the ongoing Wuhan outbreak and modeling of its spike protein for risk of human transmission SCIENCE CHINA Life Sciences. 1 21, 2020 doi: 10.1007/s11427-020-1637-5

[3] Wei Ji et al. Homologous recombination within the spike glycoprotein of the newly identified coronavirus may boost cross‐species transmission from snake to human. Journal of Medical Virology 1.22.2020. doi: 10.1002/jmv.25682

[4] Novel coronavirus in China 1.23. 2020 15:00 CET. ecdc.europa.eu/en/novel