2019年年末，一場大規(guī)模的“瘟疫”從中國中部省份湖北武漢市爆發(fā)，這場由2019-nCoV引起的病毒性感染在短短一個多月內(nèi)席卷神州大地，在交通日益發(fā)達(dá)的條件下，世界其他國家也紛紛“淪陷”。由于病毒可以很容易地通過飛沫進(jìn)入呼吸道，使得其傳播極為迅速，截止2020年2月7日17:30，中國已經(jīng)有31252人確診，26395人疑似，死亡637人，治愈1628人；海外確診267人，死亡1人。冷冰冰的統(tǒng)計數(shù)字之下，是一條條鮮活的生命，破碎的家庭。該疾病會造成發(fā)熱，呼吸困難，肝腎功能受損，嚴(yán)重咳嗽甚至肺炎，情況嚴(yán)重將會造成休克甚至死亡，目前的死亡率為2%。但因為疫情還沒有結(jié)束，在沒有開發(fā)出有效療法或藥物之前，不排除死亡率會有上升的可能。

 

 

那么，造成這場災(zāi)難的元兇病毒究竟是何方妖孽。按照生物學(xué)對生命的定義，病毒介于生命和非生命之間，只有在宿主（細(xì)胞生命體）體內(nèi)才有生命活動，離開宿主則完全看不到“活物”的特征。病毒的起源眾說紛紜，因為沒有可以長久保持在地殼中的結(jié)構(gòu)，病毒至今并沒有可供研究起源的化石存在。主流的說法是病毒自生命之初便存在。病毒的大小不一，大的有長達(dá)1μm肆虐非洲的埃博拉病毒，也有只有20μm大小的犬類細(xì)小病毒（很多幼年寵物狗都死于該病毒，現(xiàn)在也是寵物狗必注射的疫苗之一），冠狀病毒的大小只能說是位居中游。病毒的遺傳物質(zhì)可以是RNA也可以是DNA，可以是雙鏈也可以是單鏈，可以是球形也可以是桿狀。感染人類的冠狀病毒外觀與SARS十分接近。

 

 

按照分類，冠狀病毒屬于脊椎動物的單正鏈RNA病毒下的套式病毒目（Nidovirales）冠狀病毒科（Coronaviridae）。脊椎動物四個字說明該病毒是以脊椎動物為宿主，單正鏈代表其遺傳物質(zhì)只有一條RNA鏈，且該RNA可以直接利用細(xì)胞內(nèi)部體系合成自身蛋白。套式病毒目下有四個科，冠狀病毒科是其中之一；冠狀病毒科中的冠狀病毒亞科中就有臭名昭著的引起SARS（Severe Acute Respiratory Syndrome，嚴(yán)重急性呼吸道綜合癥）和MERS（Middle East Respiratory Syndrome，中東呼吸綜合征）的元兇。這兩種病毒又同在這個冠狀病毒亞科內(nèi)的β屬。

 

武漢病毒爆發(fā)之后能夠感染人的冠狀病毒增加到了7種，這次的2019-nCoV病毒和SARS的親緣關(guān)系更近，算是給SARS-CoV找了個親兄弟。7種病毒中的4種基本已經(jīng)能與人類和平地相處，只是在免疫力降低時偶爾興風(fēng)作浪，產(chǎn)生一些常見的感冒癥狀。不過由于這些病毒已經(jīng)被人類的免疫系統(tǒng)記錄在案，因此很容易被免疫細(xì)胞和抗體及時體捕獲消滅，無法有更大的作為。而造成SARS和MERS這兩種疾病的病毒在疫情爆發(fā)之初，免疫系統(tǒng)與它們倆素未謀面，只能按程序走完免疫程序的所有流程，但在這種沒有準(zhǔn)備的情況下，部分人的免疫系統(tǒng)要么反應(yīng)太慢，要么反應(yīng)過激攻擊自身細(xì)胞，造成死亡。因此人類在2002年和2012年被打了個措手不及。在確診的病例中，SARS全球確診了8000多人，MERS確診了2000多人，死亡率分別為9.6%和35%。

 

這七種病毒的自然宿主有5種是蝙蝠，兩種為野生嚙齒類動物。對人類有重大威脅的三種烈性病毒（SARS-CoV，MERS-CoV和2019-nCoV）目前主流認(rèn)為都是來自蝙蝠體內(nèi)。SARS-CoV的中間宿主暫時鎖定在果子貍，而MERS-CoV則是駱駝。那么為什么病毒不能直接從蝙蝠傳染到人呢，這主要是因為一來蝙蝠大多生存在與人類活動相距甚遠(yuǎn)的區(qū)域，需要有其他與人類有密切接觸的動物代為傳遞；二來則是病毒也需要在別的物種中發(fā)生重組，才更有可能感染人類。目前2019-nCoV的中間宿主還沒有確定，所以才有了因為直接食用野生動物而致病的說法。（目前中間宿主初步懷疑是穿山甲）

 

 

既然是冠狀病毒，這個冠狀的意思就是長得像王冠或者皇冠，不過這種式樣的冠在中國傳統(tǒng)是沒有的。這里的冠狀指的是西方的王冠，就是將病毒拍扁了在電鏡下的樣子。其中最明顯的特征就是和王冠邊緣一樣的突起，這些玩意兒就是一種叫做棘突（Spike）的糖蛋白，功能就像鑰匙一樣與細(xì)胞膜上的鎖（膜受體）結(jié)合，打開進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部的大門，該結(jié)構(gòu)由病毒基因組上的S（取Spike的首字母）基因合成；棘突連接在脂質(zhì)膜上，這些脂質(zhì)膜可以與細(xì)胞膜融合，方便其進(jìn)入細(xì)胞，同時也起到一定的保護(hù)病毒的作用；再往下一層就是病毒的包膜（Envelope），與脂質(zhì)膜不同，這層結(jié)構(gòu)是蛋白組成的，也起到保護(hù)病毒的作用，為什么酒精能起到殺滅新冠狀病毒的作用呢，就是因為75%酒精能使這層包膜的蛋白質(zhì)發(fā)生變性，從而將病毒破壞。再往內(nèi)部就是RNA以及和RNA結(jié)合維持其穩(wěn)定的核蛋白了，這是病毒的核心。除了脂質(zhì)膜可以利用細(xì)胞現(xiàn)成的 以外，其他的結(jié)構(gòu)都需在細(xì)胞內(nèi)合成，指導(dǎo)這些蛋白合成的RNA都在冠狀病毒的這條RNA鏈上。圖中pp1a和pp2a編碼16個左右復(fù)制相關(guān)的酶，這兩個開放閱讀框的長度占到了約整個病毒RNA的2/3，其他的結(jié)構(gòu)性蛋白大約占1/3。

 

 

通過對早期患者的支氣管肺泡灌取液中病原物進(jìn)行測序，人們已經(jīng)清楚了該病毒RNA序列。通過比對分析發(fā)現(xiàn)該2019-nCoV的基因序列與中國菊頭蝠體內(nèi)的冠狀病毒BatSL-CoV和2002年席卷華夏的SARS-CoV高度一致。三者病毒的RNA長度都是接近30kb的核苷酸。

 

從編碼蛋白的RNA開放閱讀框(ORF)順序來看，復(fù)制酶編碼序列，、棘突編碼序列，、脂質(zhì)膜編碼序列，、E，、M以及后面三個閱讀框的排列順序是一致的，即都是按照PP1A-PP1B-S-3A-3B-E-M-6-7A-7B的順序排列；7B之后的ORF順序則是新冠狀病毒與BatSL-CoV更接近�？傊�，目前發(fā)現(xiàn)2019-nCoV與蝙蝠的一種冠狀病毒基因組的相似性達(dá)到了96.2%，而與SARS病毒的相似性為79.5%，即便如此，SARS病毒也是能感染人的病毒中和2019-nCoV親緣關(guān)系最近的了。

 

除了對基因組整體進(jìn)行比對，科學(xué)家們也將重要的開放閱讀框進(jìn)行了單個比對，發(fā)現(xiàn)新冠狀病毒的棘突蛋白與SARS存在較大差異。而最新的研究表明這次的新冠狀病毒很可能是通過其棘突蛋白與細(xì)胞表面受體ACE2結(jié)合而進(jìn)入支氣管上皮細(xì)胞和肺泡細(xì)胞的。根據(jù)對SARS病毒的研究，冠狀病毒的棘突主要由S1和S2兩個亞基構(gòu)成，其中S1壓機(jī)亞基負(fù)責(zé)與ACE2結(jié)合，而S2亞基則負(fù)責(zé)介導(dǎo)將病毒內(nèi)吞進(jìn)細(xì)胞。

 

病毒之所以難纏，關(guān)鍵就在于它們的進(jìn)化極快，尤其是以單鏈RNA為遺傳物質(zhì)的病毒，由于沒有DNA雙螺旋的穩(wěn)定性，其變異頻率極高，。變異雖然大多有害，但是對于病毒這種復(fù)制速度極快的物種而言，只要有一種變異能夠往適應(yīng)環(huán)境的方向發(fā)展，那么這個變異的病毒就會迅速擴(kuò)張壯大，令人防不勝防。

 

 

人類冠狀病毒感染細(xì)胞分為7個步驟：（1）首先需要能和細(xì)胞接上頭，這就要細(xì)胞表面的某個蛋白正好能和病毒表面的棘突結(jié)構(gòu)相匹配，一旦匹配上，細(xì)胞便會用“保潔員”溶酶體將其“請進(jìn)家門”；（2）接下來溶酶體便會按程序?qū)⑵渫獠康闹�膜和蛋白包膜溶解；�?）怎知這樣正中病毒下懷，病毒正好借此將RNA釋放進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，順便利用細(xì)胞內(nèi)部的翻譯系統(tǒng)直接將自己的部分RNA轉(zhuǎn)錄成自己后續(xù)所需的酶；（4）在進(jìn)行上一步的同時，病毒RNA也會不斷利用細(xì)胞復(fù)制自己；（5）復(fù)制出來的病毒RNA會利用在第三步合成的酶在細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上對自己的外部蛋白結(jié)構(gòu)進(jìn)行翻譯；（6）經(jīng)過上述一系列的操作，大量病毒的零件已經(jīng)就位，于是組裝成完整的病毒成品；（7）最后成品病毒所在的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與細(xì)胞膜的融合，把細(xì)胞內(nèi)的病毒釋放出去。釋放的病毒再對其他細(xì)胞如法炮制。

 

 

目前關(guān)于2019-nCoV的感染機(jī)理研究才剛剛起步，不過由于其與其他冠狀病毒結(jié)構(gòu)上的類似性，其入侵過程應(yīng)該與其他致病性人類冠狀病毒相似。人們可以設(shè)計藥物對這七個步驟進(jìn)行干預(yù)，不論在哪一步阻斷住病毒的進(jìn)程，疾病便會得到控制�，F(xiàn)行的抗病毒方法主要分為三類：血清/抗體療法，疫苗療法，化學(xué)藥物療法。

 

理論上說，目前有很多的痊愈患者，其自身在對抗病毒的過程中就產(chǎn)生了專殺2019-nCoV的抗體。那么是不是只要從他們血液中提取就行了呢？答案是否定的，血清成分復(fù)雜，危險性都很高，這是由于人產(chǎn)生的抗體是與自身的免疫系統(tǒng)相匹配的。如果強行用在其他人身上會引起排異反應(yīng)造成危險；二來人類不是生物反應(yīng)器，人類身體本身這種抗體存貨就不多，抗體在應(yīng)對過病毒后會減少，再加上提取過程中的損耗，完全不夠使用；而單抗制作周期長，費用高昂，大面積用于現(xiàn)有病患不現(xiàn)實。

 

疫苗自不用說，天花就被我們用疫苗給干掉了，但一些善變的單鏈RNA病毒卻沒那么好對付，疫苗擅長應(yīng)對相對“穩(wěn)重”的DNA病毒，天花病毒就是這種太過“穩(wěn)重”的DNA雙鏈結(jié)構(gòu)，難以快速發(fā)生變異而被人類消滅了。因為疫苗的原理就是注射抗原模擬病毒刺激體內(nèi)免疫反應(yīng)，一種疫苗只能模擬有同樣抗原決定簇的病毒，如果因為突變導(dǎo)致這個結(jié)構(gòu)不斷變化，那么通過以前接種的疫苗產(chǎn)生的抗體或者記憶細(xì)胞將毫無用處。而且新疫苗開發(fā)周期長，無法應(yīng)對目前的疫情。

 

所以，目前無論從時間還是現(xiàn)有的研究進(jìn)度看，最有希望的就是藥物療法了�，F(xiàn)在已經(jīng)有了兩種由吉利德公司開發(fā)的瑞德昔韋和氯喹，其中瑞德昔韋就是一種腺苷類似物，能夠在病毒RNA復(fù)制的過程中整合到新鏈中導(dǎo)致RNA復(fù)制終止，抑制病毒增殖，有點類似于傳統(tǒng)雙脫氧末端終止法測序中用的雙脫氧核苷酸，只不過瑞德昔韋針對的是RNA，而雙脫氧核苷酸針對的是DNA。而氯喹則是一種已經(jīng)廣泛用于抗瘧疾和自身免疫病的藥物，已有體外實驗表明氯喹主要在病毒進(jìn)入細(xì)胞的過程中起阻礙作用�，F(xiàn)在上述藥物已經(jīng)被特批進(jìn)行臨床實驗，被寄予厚望。此外，武漢病毒所石正麗教授實驗室還開發(fā)了一種廣譜抗病毒肽段EK1，能夠抑制包括SARS病毒和MERS病毒在內(nèi)的5種冠狀病毒進(jìn)入細(xì)胞，而且實驗是在人源化受體的小鼠中進(jìn)行的，所以EK1也是潛在的藥物。

 

針對藥物開發(fā)，最好是藥物能特異性識別病毒特有的結(jié)構(gòu)，而對健康宿主細(xì)胞中的正常蛋白不要產(chǎn)生影響。但是在不影響大局的情況下，也可以對“自己人”下手，用藥物削弱與病毒勾勾搭搭的自身蛋白，達(dá)到抑制病毒擴(kuò)增的目的。目前已知的冠狀病毒在入侵的7個步驟中都有相應(yīng)的細(xì)胞作為內(nèi)應(yīng)為其服務(wù)，上面的表格就總結(jié)了武漢新冠狀病毒爆發(fā)前所有能感染人的冠狀病毒入侵宿主是宿主內(nèi)的“內(nèi)奸”蛋白，其中紅框標(biāo)注的是和強致病病毒相關(guān)的宿主蛋白。

 

在這些宿主蛋白中，與新冠狀病毒相關(guān)的受體ACE2同時也是SARS病毒的受體，DPP4則介導(dǎo)MERS的侵入；Cathepsin L、Furin和TMPRSS11D負(fù)責(zé)切割S蛋白，幫助病毒進(jìn)入細(xì)胞膜；GSK3在復(fù)制過程中對核蛋白磷酸化并協(xié)助病毒復(fù)制，hnRNPA1也在病毒RNA的合成過程中發(fā)揮作用；NL-GE對翻譯好的病毒棘突蛋白和膜蛋白進(jìn)行糖基化修飾；ER分子伴侶負(fù)責(zé)棘突蛋白的正確折疊。上述過程中的宿主蛋白可能是新冠狀病毒藥物研究的靶點。不過，在新冠狀病毒的入侵機(jī)理弄清楚之前，其靶點只能參考親緣關(guān)系較近的SARS病毒，不能完全生搬硬套SARS病毒的通路，而且這些蛋白本來也是人類正常生命活動所需，因而對于其感染的基礎(chǔ)研究也是迫在眉睫。

 

 

自然界大多數(shù)病毒都是相當(dāng)專一的，一般只特異性地感染少數(shù)物種，同時很多病毒也不會導(dǎo)致宿主發(fā)生生命危險，但是如果不同物種間接有頻繁接觸，就有可能導(dǎo)致宿主之間的病毒遺傳物質(zhì)發(fā)生交換，產(chǎn)生對新宿主的適應(yīng)性或者更加劇烈的感染性，對新的宿主產(chǎn)生不可預(yù)料的影響。

 

從這次災(zāi)難中，我們不但應(yīng)當(dāng)吸取教訓(xùn)，在沒有安全保障的情況下遠(yuǎn)離野生動物，減少未知病毒入侵人體的可能。也應(yīng)該加大醫(yī)藥研究投入，尤其是基礎(chǔ)研究的投入，隨時為奮戰(zhàn)在一線的醫(yī)療人員提供有力的武器和充足的后勤技術(shù)保障。目前除了被動應(yīng)對已經(jīng)爆發(fā)的病毒疫情，我們也應(yīng)該著眼于將來對病毒的預(yù)防。

 

現(xiàn)在隨著深度學(xué)習(xí)和人工智能的快速發(fā)展，如果能夠利用這些技術(shù)手段，加上現(xiàn)有研究積累的大量病毒基因組數(shù)據(jù)以及突變數(shù)據(jù)，對病毒序列加以分析，對病毒變異有可能產(chǎn)生的宿主遷移進(jìn)行概率預(yù)測，并對其棘突蛋白等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的三維構(gòu)象進(jìn)行精準(zhǔn)構(gòu)建，提前進(jìn)行藥物設(shè)計，那么就會使我們面對病毒時更加主動，料敵于先，把病毒對人類造成的傷害降到最低，甚至將病毒疫情的爆發(fā)扼殺在搖籃之中。

 

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