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对抗新型冠状病毒 我们能从非典中汲取什么经验?(2)

对抗新型冠状病毒 我们能从非典中汲取什么经验?(2)
2020-01-21 13:12:41 观察者网

    二SARS病毒

    severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV)

    说起非典,会勾起不少人的回忆。大概2002年底到2003年初,一种传染性的肺炎悄无声息地在广东开始传播。很快,这种传染性肺炎就传播到了中国的多个省份。由于在本地无法治愈,一些病人从中国其他省份来到北京寻求治疗。在几个月时间内,这种疾病就传播至台湾、新加坡、越南、泰国、马来西亚、印尼、加拿大、澳大利亚、俄罗斯、巴西、法国、英国、西班牙、波兰、德国、瑞典、芬兰、南非等多个国家和地区[3]。世界卫生组织把这种肺炎称为急性呼吸窘迫综合症(severe acute respiratory syndrome (SARS) ),香港媒体把这种传染病音译为沙斯,坊间传言,中国大陆人士认为“沙斯”和“杀死”音同,因此最终定名为非典型性肺炎,简称非典。

    医生注意到,非典可以通过飞沫传播,病人咳嗽或打喷嚏,可以向空气中释放大量携带病原体的飞沫,并通过呼吸道传染给健康人群,因此非常容易出现聚集性感染,并给医护人员带来很高的感染风险。非典的暴发成为一个举世瞩目的大事件,美国时代周刊(亚洲)有一期的封面是一个中国国旗为背景的胸透图片。中国缺乏应对大规模呼吸道传染病的经验,加之病例在急剧增加,非典在中国有燎原之势,许多海外媒体认为中国的应对缓慢,信息发布不及时。一时间,诸如“中国向世界输出传染病”“世界应该隔离中国”的论调甚嚣尘上。更雪上加霜的是,中国的病毒性传染病研究比较薄弱,而人类对冠状病毒知之甚少,给鉴定病原体带来不少困难。

     图3 《时代周刊》亚洲封面。(引自时代网站)

    图3《时代周刊》亚洲封面。(引自时代网站)

    01

    发现病原体

    找到非典的病原体意义重大,诊断、治疗及预防都靠它指明道路。所谓对症下药,只有知道了病因才有可能找到有效的治疗方案。在非典的起源地,广东省的医生和科学家试图找到导致非典的元凶,他们排除了鼠疫、禽流感、炭疽等常见病原体,但是没有成功分离到细菌或病毒。医生们发现,对病人使用抗生素治疗没有效果,他们怀疑病原体是一种病毒,而不是细菌,抗生素可以杀死细菌,对病毒却是无效的。

    中国疾控中心从广东省取得病人的病理学样本后,想通过电镜来鉴别出可能的病原体。当时,中国电镜领域一位权威微生物学家所领导的团队发现病人组织的电镜图像中显示出清晰的支原体形态,据此推断这种肺炎可能是衣原体导致的[4,5]。2003年2月18日,中央电视台及新华社向公众发布消息,称中国科学家已经发现了导致非典的病原体是一种衣原体,不是难以对付的病毒。我们已经无从得知,为什么中央电视台和新华社会匆忙发布一条未经仔细检验的信息。根据《科学》杂志(Science)2003年7月的报道,时任中国科学院副院长的陈竺院士对《科学》杂志说“他们阻止别的专家对此发表意见”[6]。央视和新华社的结论出来之后,有些广东的科学家和医生对此结论持有怀疑态度,这其中最著名的代表就是工程院院士钟南山[4,5]。他坚持认为导致非典的是一种病毒,质疑央视和新华社发布的结论,如果是衣原体,抗生素治疗应该是有效的,而临床经验表明抗生素治疗无效[5]。其间还有香港中文大学发布新闻,认为非典的病原体是一种副黏病毒[5]。

    与此同时,全世界其他地区的科学家也加入了寻找病原体的大军。2003年3月25日,香港大学医学院的Malik Peiris 教授领衔的团队与香港其他医院与科研机构合作向世界卫生组织报告,并向媒体通报,他们在在香港病人的样品中分离并检测到了冠状病毒,并将研究报告发布表在了2003年4月份出版的著名医学期刊《柳叶刀》上,随后德国、美国、加拿大的科学家也发表了他们的研究结果,他们得出了与香港科学家类似的结论,导致非典的病原体可能是一种冠状病毒[1, 7]。

    为什么科学家这么谨慎?为什么鉴定一个疾病的病原体这么困难?这就要回到科赫法则了(Koch postulates,也称柯赫准则)——这一法则被誉为判断一种传染病病原体的“理想黄金法则”。举个例子,比如一个人今天吃了一根胡萝卜,第二天他感冒了,然后就推导出吃胡萝卜导致感冒,听起来是不是挺可笑的?同样的道理,传染病的病原体甄别也是一样的:一个人得了非典,会在他体内检测到多种病原体,又因为并发感染并不少见,所以即使从病人体内检测到了衣原体,也不能100%确定是衣原体感染导致了肺炎。19世纪的德国微生物学家科赫(Robert Koch)在研究细菌感染的过程中,提出了一套准则来判断一种细菌是否是导致一种疾病的病原体:

    科赫法则

    对抗新型冠状病毒 我们能从非典中汲取什么经验?

    如果进行了上述4个步骤,并得到确实的证明,就可以确认该生物即为该病害的病原体。

    如果将科赫法则套用到非典的病原体鉴别上,就需要满足:

    1)从非典患者中检测到了SARS病毒,而SARS病毒在健康患者中不存在;

    2)能够从患者体内分离出SARS病毒,而且可以在体外培养。

    3)把分离到的SARS病毒接种给健康的人,会导致非典;

    4)从发病的接种患者体内再次分离到SARS病毒。

    由此可见,科赫法则是非常理想化和苛刻的,很多实际情况并不能完全满足科赫法则。我们不能够拿活人去做实验接种SARS病毒,看健康人感染了病毒会不会得非典。科学家们发现有一种替代的方法:一般而言,病毒感染人,会激发人体产生中和这种病毒的抗体(抗体反应比较特异),如果用非典病人的血清稀释4倍以上,还可以中和分离出来的SARS病毒,基本上就能够认定是SARS病毒导致了非典。

    如果按照这个法则,我们可以看到,中国疾控中心发布的结果问题出在哪里:该结果满足了第一条,通过电镜,在数个非典病人的样品中发现了衣原体。但是,就像上面所举的例子,在病人体内检测到衣原体并不能100%意味着病人的症状是感染衣原体导致的。对比来看,Malik Peiris教授领导的团队从非典病人体内分离到了病毒,用电镜发现这是一种冠状病毒,然后用核酸检测的方式,发现50个非典病人中,有45个呈SARS病毒核酸阳性。这就为确认SARS病毒是非典病原体打下了坚实的实验基础[1, 7]。后来Ralph Baric教授实验室建立了SARS病毒的小鼠感染模型,把SARS病毒接种到健康小鼠身上,健康小鼠会出现跟人类似的非典症状,然后又可以从新感染的小鼠肺部分离到SARS病毒[8]。他们的做法基本上完全满足了科赫法则的条件。

    中国科学家在当时完全没有能力鉴定出SARS病毒是非典的病原体吗?答案是否定的。中国大陆有科学家早于香港科学家分离鉴定了SARS病毒。根据《科学》杂志报道,2003年2月14日,军事医学科学院的杨瑞馥和朱庆余研究员领导的团队从广东拿到了病人样品,22日从样品中分离到了病毒,26日通过电镜观察,他们发现这种病毒是一种冠状病毒。通过病人的血清中和实验,后续的工作发现,非典病人血清可以中和分离到的病毒。报道称,由于杨瑞馥团队只有少量的病人血清,所以他们不敢断言这种冠状病毒就是导致非典的病原体,杨瑞馥觉得没有足够的信心去挑战一个知名权威做出的鉴定结果[6]。在此期间,华大基因(中国科学院基因组研究所)试图参与发现病原体的研究,但是不能够得到病人样品[6]。

    从SARS病毒的发现过程来看,信息公开,协同合作至关重要。假如军事医学科学院可以有更多样品,他们有很大可能早先发现并确定病原体。或者,华大基因如果能够拿到样品,他们也可以为病原体鉴定做出贡献。遗憾的是,不知道出于什么原因,他们都无法拿到(足够多的)样品。还有一点非常重要,就是不要匆忙发布一个影响巨大的结果。显然,中国疾控中心的科学家们在鉴定非典病原体时没有很好的遵循科赫法则,以致给出了一个错误的结果。这个错误结论所引发的后果,就是全国各个医院都根据这个结果,按照衣原体感染的治疗方法来治疗非典病人[5]。

    鉴定出病原体之后,病毒的传播途径也搞清楚了:通过飞沫传播。随后,中国政府改进了信息采集和通报机制,努力做到疫情信息的准确公开透明。这让许多谣言失去了传播的温床,更增强了民众对控制疫情的信心。解放军在北京小汤山建立野战级别的医院,集中收治在北京的患者。经过广大医务人员的不懈努力,2003年7月,世界卫生组织将中国大陆从非典疫区中除名。在此次疫情控制中,有超过100名医护人员感染,其中35人殉职[9]。

    02

    后续研究进展

    非典疫情结束之后,在台湾、新加坡和中国大陆又出现4次实验室感染事故[10]。幸好控制及时,才没有造成大规模暴发。出现实验室感染之后,中国大陆停止了SARS病毒的研究工作。世界上还有为数不多的实验室继续从事活病毒的研究工作,主要集中在美国和欧洲。

    现今担任北京生命科学研究所研究员的李文辉,2003年在美国工作期间与其合作者发现了SARS病毒感染宿主所使用受体ACE2蛋白,后来的研究又发现一些类似于SARS的冠状病毒也使用同样的受体,这些发现为研究病毒的跨物种传播起到了重要的作用[11,12]。

    同年,北卡罗来纳大学教堂山分校的Ralph Baric教授实验室利用建立MHV反向遗传系统的经验,迅速建立了SARS病毒的反向遗传系统,为研究病毒的复制感染等提供了强大的分子病毒学平台[2]。

    荷兰科学家Osterhaus带领的团队发现,家猫和雪貂都可以感染和传播SARS病毒。2004年在中科院生物物理研究所和清华大学工作的饶子和院士带领的团队,解析出病毒最主要的结构蛋白Spike的部分晶体结构。也是在2004年,瑞士科学家Antoniao Lanzavecchia带领的团队,利用当时最新的B细胞永生化及抗体技术,从康复的非典病人的B细胞中克隆到了能够中和SARS病毒感染的人源抗体,这种抗体为应对将来的SARS病毒感染提供了可行的治疗方法。2007年,美国NIH 的Kanta Subbarao团队与Ralph Baric 团队合作建立了SARS病毒的小鼠感染模型,为研究病毒的致病机理提供了重要的感染模型[8, 13]。

    这些都是SARS病毒研究领域的里程碑式的成就。预防病毒性传染病最有效的方法是疫苗,虽然科学家们研发了各种疫苗,但是没有一种疫苗最终成为产品被批准上市。这其中最重要的原因还是经济因素,从制药公司的角度,他们不太可能愿意投入巨额资金去研发一种看起来市场前景不大的疫苗。在这次疫情之后,SARS病毒再也没有大规模传播,除个别实验室有后续偶发感染外,再不见其他报告,曾肆虐一时的可怕病毒,就这样消失在公众的视线当中。

    03

    追踪溯源

    但科学家们仍旧关心这个问题:SARS病毒是从哪里来的?是从哪一个物种传播给了人类?

    病原体的宿主,大体可分为三类:

    天然宿主:是指天然携带某种病原体的宿主,病原体可以在宿主体内维持复制,但是不会导致宿主发病,并且能够向其他物种传播这种病原体。

    中间宿主:是指天然不携带某种病原体,但是可以被天然宿主携带的病原体感染,并可以向其他物种传播病原体的宿主。

    终末宿主:可以被天然宿主或中间宿主携带的病原体感染,但是不会向其他物种传播这种病原体的宿主。

    在追踪SARS病毒来源的过程中,人们最先怀疑果子狸是病毒的最初来源,因为初始病例大多数有接触过果子狸的经历,科研人员从野生动物市场上的果子狸体内检测到了SARS病毒的核酸。进一步的研究发现,果子狸跟人一样,被SARS病毒感染后会患病。更大规模的筛查发现,果子狸养殖场的果子狸和野外生活的果子狸都没有感染过SARS病毒[14]。这些结果表明,果子狸很可能是一种中间宿主,它并非SARS病毒的源头。人们也并不能排除这么一种可能性:野生动物市场的果子狸是被人类传染的,而不是它们把病毒传染给人类的。

    时间推到1995年,科学家在澳大利亚发现了一种可以感染马和人的病毒:Hendra病毒。这是一种极其致命的病毒,被列为最高生物安全等级的四级病原体,跟大家更熟知的埃博拉病毒一个等级。1996年,澳大利亚通过物种血清筛查,发现一种蝙蝠的血清可以中和Hendra病毒。这项结果提示,蝙蝠可能感染过这种病毒。2000年,澳大利亚的科学家终于在蝙蝠体内分离到了这种病毒,最终蝙蝠被认定为Hendra病毒的天然宿主。不久之后,另一种极其致命的病毒——尼帕病毒——也被认为是由蝙蝠携带和传播的。科学家有理由怀疑,冠状病毒也有可能是由蝙蝠携带传播的[15]。

    2005年,中科院动物所张树义研究员与武汉病毒所研究员石正丽以及澳大利亚的王林发教授合作在《科学》杂志发表的论文称,在蝙蝠体内检测到一种类似于SARS病毒的冠状病毒的核酸,但是并没有分离到病毒[16]。随后的几年里,石正丽团队在这个领域不断突破,2013年,她带领的团队在《自然》杂志发表一项研究,在云南的一个蝙蝠栖息洞中,科学家在菊头蝠的粪便中分离到一株类似于SARS病毒的活病毒,这种新分离的病毒与已知的SARS病毒具有高度同源性,可以利用ACE2蛋白做为受体感染人的细胞[11]。这项研究清晰地揭示了SARS病毒的来源,石正丽教授的团队在这个地区的蝙蝠种群中检测到了组装SARS病毒所需要的所有基因[17]。他们推断,SARS病毒很大可能是由感染蝙蝠的各种“类SARS病毒”重组而来,在偶然的情况下,果子狸感染了这种病毒,病毒在果子狸体内进行了复制与进化,通过被人捕猎的方式最终把病毒传播给了人类[18]。

    三中东呼吸道病毒

    Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV)

    SARS病毒消失接近10年之后,大约在2012年,一种未知原因的肺炎在中东地区出现,同年9月,沙特阿拉伯和荷兰科学家合作,在沙特一个因急性肺炎死亡的病人样品中分离到一种冠状病毒,起初这种病毒被命名为HCoV-EMC (得名于发现这个病毒的荷兰 Erasmus Medical Center) ,后来WHO以它的流行起源地中东来正式命名这种病毒为“中东呼吸道病毒”(MERS病毒)[19]。通过序列分析,科学家发现,这种病毒在进化上与此前发现的蝙蝠相关的冠状病毒(HKU4、HKU5,由香港大学的科学家发现和鉴定)有高度同源性。他们发现这种病毒导致的疾病症状与2003年爆发的SARS 病毒非常相似[19]。

     图4 冠状病毒从动物到人的传播示意图。

    图4冠状病毒从动物到人的传播示意图。

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