冠状病毒和蝙蝠:为什么会成为绝佳的致命搭档?

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2020-02-15 · 10:05
[ 亿欧导读 ] 蝙蝠是唯一能够持续飞行的哺乳动物,也是在最近的历史中一直处在一些最严重新兴病毒人畜共患病(从动物传播给人类的病毒)的焦点之中。
医疗,新型肺炎,病毒传播,蝙蝠 图片来自“亿欧网”

【编者按】是什么使蝙蝠成为这些病毒驻留和传播的宿主?而且,它们如何在不感染的情况下达到了这些龌龊的目标呢?

本文来源于新药前沿,作者新药前沿;经亿欧大健康编辑,供行业人士参考。


蝙蝠是唯一能够持续飞行的哺乳动物,也是在最近的历史中一直处在一些最严重新兴病毒人畜共患病(从动物传播给人类的病毒)的焦点之中。蝙蝠可传播狂犬病,尼帕病毒,埃博拉病毒,马尔堡病毒,SARS,MERS,以及近期始于中国武汉爆发的新型冠状病毒(2019-nCoV)。

延伸阅读:蝙蝠传播狂犬病

美国疾病控制与预防中心(Centers for Disease Control and Prevention,简称CDC)2019年6月12日发布的《生命体征报告》(Vital Signs report)显示,在美国感染狂犬病病毒的人群中,大约70%的人死于蝙蝠,这可能是因为人们可能不知道蝙蝠的危险性。与蝙蝠有关的死亡比例之高尤其令人震惊,因为在美国每年报告的5000只狂犬病动物中,蝙蝠仅占三分之一。‍

但是,是什么使蝙蝠成为这些病毒驻留和传播的宿主?而且,它们如何在不感染的情况下达到了这些龌龊的目标呢?

蝙蝠对病毒快速复制产生免疫

近日,加利福尼亚大学伯克利分校,阿尔伯特·爱因斯坦医学院,普林斯顿大学,德国查理特大学医学院,新加坡国立杜克大学医学院和荷兰皇家海洋研究所的研究团队已经拥有探索到蝙蝠作为病毒宿主能力的机制。

研究结果发表在eLife期刊上,标题为“蝙蝠细胞中加速的病毒动力学,以及对人畜共患病发生的影响(Accelerated viral dynamics in bat cell lines, with implications for zoonotic emergence)”。研究发现,蝙蝠对病毒的激烈免疫反应可以驱动病毒更快地复制,因此当它们传播到具有一般免疫系统的哺乳动物,例如人类,病毒开始肆无忌惮的肆虐。

研究显示某些蝙蝠具有永久免疫的免疫系统,可以增强对病毒的防御能力。病毒感染导致这些蝙蝠迅速发出反应,使病毒脱离了对细胞的侵袭。尽管这可以保护蝙蝠免于感染高病毒载量,但可以刺激这些病毒在进行防御的宿主内更快地繁殖。

这使得蝙蝠成为快速繁殖和高传播性病毒的独特库。尽管蝙蝠可以忍受此类病毒,但是当这些蝙蝠病毒传播到缺乏快速反应免疫系统的动物时,这些病毒会很快击垮它们的新宿主,导致高死亡率。

加州大学伯克利分校的博士后研究员,该研究的第一作者卡拉·布鲁克(Cara Brook)博士说:“有些蝙蝠能够产生这种强大的抗病毒反应,而且还能使其与抗炎反应相平衡。如果尝试同样的抗病毒策略,我们的免疫系统将产生广泛的炎症。但是蝙蝠似乎特别适合避免免疫病理学的威胁。”

延伸阅读:新型冠状病毒与炎症反应

1月22日华中科技大学附属同济医院专家组制定的《新型冠状病毒肺炎诊疗快速指南》明确指出:老人、孕产妇病情进展相对更快。此次新型冠状病毒肺炎在免疫功能低下和免疫功能正常人群均可发生,与接触病毒的量有一定关系。如果一次接触大量病毒,即使免疫功能正常,也可能患病 对于免疫功能较差的人群,例如老年人、孕产妇或存在肝肾功能障碍人群,病情进展相对更快,严重程度更高。但免疫功能正常人群,感染后可能出现严重炎症反应,导致急性呼吸窘迫综合征(ARDS)或脓毒症表现,不能掉以轻心。

研究人员对表达诱导型和组成型免疫表型的蝙蝠细胞系进行了病毒感染性测定,然后开发了其体外系统的理论模型,使其适合于经验数据。最佳拟合模型概括了代表性细胞系的预期免疫表型,支持蝙蝠细胞中强大的抗病毒防御能力,与宿主内病毒繁殖率更高估计值相关。

研究人员指出,破坏蝙蝠的栖息地似乎会给动物带来压力,并使它们的唾液,尿液和粪便中释放出更多的病毒,从而可能感染其他动物。

加州大学伯克利分校整合生物学教授迈克·布茨(Mike Boots)博士说:“最重要的是,在宿主病毒方面,蝙蝠可能具有特殊性。这些病毒很多来自蝙蝠并不是随机的。蝙蝠与我们之间的联系并不紧密,因此我们不希望它们会携带许多人类病毒。但是这项工作证明了蝙蝠免疫系统如何驱动克服病毒的毒性这一问题的。”

飞行会延长寿命,甚至可导致病毒耐受

当蝙蝠在飞行中时,它们会将新陈代谢速率提高到一个新水平,该水平是运动量相似啮齿动物所能达到的两倍。

通常,剧烈的体育活动和高代谢率导致更高的组织损伤,主要是由于自由基的反应性分子的积累。但是为了飞行,蝙蝠似乎已经产生出相应生理机制来有效清除这些破坏性分子。

作为有效清除任何原因引起炎症产生的破坏性分子的副产物,这可以解释蝙蝠独特的长寿命。与具有较慢心跳和较慢新陈代谢的较大动物相比,具有较快心率和新陈代谢的较小动物的寿命通常较短,这大概是因为较高的新陈代谢会导致更具破坏性的自由基。但是蝙蝠的独特之处在于其寿命比同等大小的其他哺乳动物更长:某些蝙蝠可以活40年,而同等大小的啮齿动物则可以活2年。

快速减轻炎症也可能带来另一个好处:减轻与抗病毒免疫反应有关的炎症。许多蝙蝠免疫系统的一个关键技巧是触发一种称为干扰素-α的信号分子的触发动作,该信号分子告诉其他细胞在病毒入侵之前“操纵战场”。

布鲁克对蝙蝠的快速免疫反应如何影响它们所携带的病毒的进化感到好奇,因此她对两只蝙蝠的培养细胞(作为对照也选用一只猴子的培养细胞)进行了实验。一种蝙蝠,即埃及果蝠(Rousettus aegyptiacus),是马尔堡病毒的天然宿主,在转录其干扰素-α基因以使体内充满干扰素之前,直接进行病毒攻击。该技术比澳大利亚黑蝇狐(Pteropus alecto)的速度稍慢,后者是亨德拉病毒的储存库,它可以与转录的α-干扰素RNA对抗病毒感染。非洲绿猴(Vero)细胞系完全不产生干扰素。

当受到模拟埃博拉病毒和马尔堡病毒的攻击时,这些细胞系的不同反应引人注目。尽管绿猴细胞系迅速被病毒所击败并杀死,但由于干扰素的早期预警,部分轮状蝙蝠细胞成功地使自己摆脱了病毒感染。

在澳大利亚黑狐狸细胞中,免疫反应更为成功,病毒感染的速度大大超过了轮盘状细胞系。此外,这些蝙蝠干扰素的反应似乎可以使感染持续更长时间。

布鲁克说:“想一想单层细胞上的病毒,就像一场大火穿过森林。有些社区(细胞)有应急毯,火被侵袭了而又没有伤害到他们,但是到了最后,系统中仍然有闷燃的炭块存在。幸存的细胞群落可以繁殖,为病毒提供新的靶标,并形成在蝙蝠的整个生命周期中持续存在的‘阴燃性’感染。”

布鲁克说:“这表明拥有真正强大的干扰素系统将有助于这些病毒在宿主体内持久存在。当您具有更高的免疫反应时,您将获得保护免受感染的这些细胞,因此该病毒实际上可以提高其复制速率,而不会对其宿主造成损害。但是,当它扩散到类似人的体内时,我们就没有相同类型的抗病毒机制,而且我们会经历多重病理学。”

研究人员指出,许多蝙蝠病毒是通过动物媒介传播给人类的。SARS通过亚洲果子狸被人类发现。MERS通过骆驼;埃博拉病毒通过大猩猩和黑猩猩;尼帕病毒通过猪,亨德拉病毒通过骑马;和马尔堡病毒通过非洲绿猴传播。尽管如此,这些病毒在最终进入人类后仍然具有极强的毒性和致命性。

布鲁克说:“了解感染的轨迹非常重要,以便能够预测其出现,转移和传播。”

通常,增强免疫反应会限制病原体引起的细胞发病率,这可以促进在宿主体内快速传播持续感染的建立。随着蝙蝠免疫系统进化而来的快速复制的病毒,在进入具有不同于蝙蝠独特免疫系统的免疫系统的次生宿主后,可能会引起更高的毒力。

延伸阅读:维护好我们的免疫力

正常防护,隔离(戴口罩、“不出门胶囊”等)、勤洗手、消毒;保持良好的睡眠,特殊时期,保持好每天的良好睡眠比什么都重要;健康的心态微笑面对,闲看庭前花开花落,忌紧张、焦虑、不安。‍

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