新型冠狀病毒及其與豬冠狀病毒的相關(guān)性和啟示

黃柏成，肖燕，田克恭*

（國家獸用藥品工程技術(shù)研究中心，河南 洛陽 471003）

冠狀病毒（Coronavirus，CoV）能引起人類和動物的呼吸道和腸道感染。2 1 世紀(jì)以來，急性致病性冠狀病毒引起的疫病，包括急性呼吸綜合征（severe acute respiratory syndrome，SARS）、中東呼吸綜合征（Middle East respiratory syndrome，MERS）和2019新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）引起的疫情（COVID-19）對人類健康構(gòu)成了巨大威脅。

1 冠狀病毒疫病的暴發(fā)及其動物起源與進化

2019年12月在中國武漢暴發(fā)的COVID-19疫情由新型冠狀病毒SARS-CoV-2引起[1]，以肺炎并發(fā)急性呼吸障礙綜合征為特征，截止2020年2月9日，已確診40 235例，死亡909例[2]。SARS-CoV-2全基因序列與SARS冠狀病毒（SARSCoV）相似率為79.5%，與蝙蝠冠狀病毒RaTG13株的基因組序列相似率為96.2%，且其細胞受體與SARSCoV相同，均為血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（ACE2），這說明病原可能來自于蝙蝠[3]，屬于SARS相關(guān)CoV（SARSr-CoV），而其中間宿主尚未可知。另外，在被感染患者的糞便中可檢測到病毒核酸，這表明SARS-CoV-2可能也存在于消化道。

回顧人冠狀病毒造成的嚴重疫病，2002年在中國廣東暴發(fā)的SARS[4]（最終病例數(shù)8 098，死亡數(shù)774）和2012年在中東暴發(fā)的MERS[5]（至今病例數(shù)2 494，死亡數(shù)858）在患者中引起嚴重的呼吸道感染和肺炎。SARS-CoV和MERS-CoV的自然宿主均為蝙蝠，分別由果子貍[6]和單峰駝[7]這兩種中間宿主傳播至人類。

SARS-CoV的病原核酸及其特異性血清抗體可在果子貍中檢測到，但未確認病毒源頭。直至2013年，在中國云南蝙蝠中分離的冠狀病毒與SARS-CoV基因組序列相似率達95%[8]，且可以使用ACE2作為細胞受體，被認為與SARS-CoV具有相同的直系祖代，這說明SARS的暴發(fā)有可能是野生動物交易中由被感染動物異地傳播所引起。

MERS-CoV的細胞受體是二肽基肽酶4（DPP4），病毒特異性抗體在駱駝中普遍存在，甚至在1983年采集的駱駝血清中也可檢測到[9]，病毒可能由中東地區(qū)駱駝游牧業(yè)及駱駝群的頻繁接觸實現(xiàn)傳播而引起疫病的暴發(fā)。

中國養(yǎng)豬業(yè)體量巨大，急性突發(fā)性的豬病毒性疫病不僅會對畜牧業(yè)經(jīng)濟造成嚴重影響，一旦其存在跨種傳播的風(fēng)險，對人類健康也會造成嚴重危害。2016年發(fā)現(xiàn)在仔豬中具有高致病性的豬急性腹瀉綜合征（SADS）由一種與人HKU2毒株相關(guān)的蝙蝠冠狀病毒SADS-CoV引起[10]，以嚴重腹瀉和嘔吐為特征，在廣東4個豬場中造成了24 693頭仔豬的死亡，5日齡仔豬死亡率在90%以上。研究發(fā)現(xiàn)SADS-CoV可能由蝙蝠體內(nèi)的冠狀病毒重組而來。但SADS-CoV與SARSr-CoV序列在S基因存在明顯差異，其細胞受體還未可知，且非為已鑒定的冠狀病毒受體[10]。

豬冠狀病毒PEDV、TGEV和SADS-CoV以侵害仔豬消化道為主要特征，臨床癥狀為嘔吐、食欲不振以及水樣腹瀉，病理以散在的腸細胞壞死脫落和腸絨毛損傷為特點[10-12]，病毒分類學(xué)上與水貂冠狀病毒和靈貓冠狀病毒同屬Alpha冠狀病毒屬，與屬于Beta冠狀病毒屬的SARSCoV、MERS-CoV及SARS-CoV-2在全基因組和決定病毒宿主嗜性與毒力的S蛋白上具有明顯的差異（僅為26%左右），親緣關(guān)系相對較遠，據(jù)此推測2019新型冠狀病毒不具備跨種傳播至豬的病原嗜性基礎(chǔ)。

鑒于大多數(shù)冠狀病毒具有相同的自然宿主，且人冠狀病毒感染并非局限于呼吸系統(tǒng)，病原也可在消化道被發(fā)現(xiàn)，這與豬冠狀病毒侵襲的靶器官具有一定重疊，病毒重組造成的可能的宿主嗜性變化不可忽視，因此在養(yǎng)殖生產(chǎn)中，做好生物安全防護，防止野生動物對養(yǎng)豬業(yè)的侵擾具有實際意義。

2 當(dāng)前新型冠狀病毒肺炎的診斷、治療和預(yù)防

冠狀病毒引起的急性感染對公共衛(wèi)生具有嚴重影響，早期準(zhǔn)確的病原診斷在疫病的應(yīng)對上具有重要意義，是疫病治療和預(yù)防的基礎(chǔ)。

2.1 診斷

以快速公布的病毒基因組序列為基礎(chǔ)建立的實時熒光定量PCR方法被應(yīng)用于SARS-CoV-2的檢測，但在應(yīng)用中存在假陽性等結(jié)果，方法穩(wěn)定性有待提高，已有利用全基因組測序和人工智能（artificial intelligence，AI）計算的方法進行病例基因分析（耗時約半小時），確認病原的同時亦可進行病毒變異分析。

2.2 治療

Remdesivir是吉利德（Gilead Sciences）公司開發(fā)的一種小分子核苷核糖類似物藥物，可抑制多種RNA病毒的RNA依賴的RNA合成酶（RdRp）活性。實驗證明Remdesivir對MERS-CoV和SARSCoV均有抗病毒活性[13]，現(xiàn)在已有一例美國新型冠狀病毒感染病例通過使用Remdesivir配合給藥治愈的報道[14]。抗HIV藥物洛匹那韋和利巴韋林（Lopinavir/Ritonavir）因其在SARS上具有治療效果[15]也被快速應(yīng)用于此次新型冠狀病毒感染的治療評價中[16]。

Regeneron Pharmaceuticals公司前期設(shè)計表達的MERS治療性單克隆抗體（針對S蛋白）具有明顯的體內(nèi)中和病毒作用，可減輕呼吸癥狀和肺部病毒載量[17]，基于此抗體開發(fā)平臺，對SARS-CoV-2的治療性抗體開發(fā)正在進行中。

2.3 預(yù)防（疫苗）

美國國家過敏和傳染病研究所（NIAID）和Inovio公司使用DNA作為疫苗研發(fā)平臺，機體在注射病毒DNA后編碼特異性病毒蛋白，激發(fā)機體免疫反應(yīng)。前期已基于此DNA疫苗研發(fā)平臺獲得了MERS疫苗（基于S蛋白）[18]，已進入臨床試驗階段。針對SARS-CoV-2，兩家機構(gòu)的疫苗設(shè)計仍為依賴S蛋白的序列相似性。

3 對豬病毒性突發(fā)疫病的應(yīng)對思考

鑒于冠狀病毒病的突發(fā)性和病原的高致病性，在豬病毒病突發(fā)時，除生物安全防范措施外，還需做到以下幾點：

1）快速響應(yīng)獲得原材料與確定病原，為診斷、治療和預(yù)防等工作的開展奠定基礎(chǔ)。

2）快速建立穩(wěn)定的診斷方法（核酸）應(yīng)對疫病暴發(fā)初期的緊急需求。

3）診斷與治療中，具原始活性的病毒蛋白及高親和力抗體的研發(fā)可為疫病暴發(fā)后分析機體自身免疫水平和配套疫苗免疫效果的監(jiān)測及治療提供材料和方法。

4）冠狀病毒疫苗研發(fā)具有不同的平臺（亞單位、DNA），其中S蛋白被研究證明是最適合開發(fā)的靶標(biāo)，可在動物疫苗設(shè)計中借鑒。

4 總結(jié)

人新型冠狀病毒與豬冠狀病毒基因組序列相似性低，S蛋白結(jié)構(gòu)具有較大差異，據(jù)此推測不能構(gòu)成跨種傳播。靠近蝙蝠棲息地的人類活動和野生動物交易可能造成病原與宿主交集幾率增大，可能會對病毒傳播造成潛在的影響；對蝙蝠攜帶冠狀病毒多樣性和分布區(qū)域的研究可有助于分析其對人類和養(yǎng)殖業(yè)的威脅，在公共衛(wèi)生中具有積極意義。針對突發(fā)疫病，快速響應(yīng)獲得原始材料數(shù)據(jù)有助于疫病診斷、治療和預(yù)防研究的開展。多種人冠狀病毒S蛋白被證明是最適合開發(fā)的疫苗及治療性抗體靶標(biāo)，可在動物疫苗等產(chǎn)品的設(shè)計中借鑒。

[1] Zhu N, Zhang D, Wang W, et al. A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019[J]. N Engl J Med, 2020 doi:10.1056/NEJMoa2001017.

[2] 中國疾病預(yù)防控制中心. 新型冠狀病毒感染的肺炎疫情分布[N/O L].http://2019ncov.chinacdc.cn/2019-nCoV/,2020.

[3] Zhou P, Yang X-L, Wang X-G, et al.Discovery of a novel coronavirus associated with the recent pneumonia outbreak in humans and its potential bat origin[J]. 2020 doi:10.1101/2020.01.22.914952.

[4] Zhong NS, Zheng BJ, Li YM, et al.Epidemiology and cause of severe acute respiratory syndrome (SARS) in Guangdong, People's Republic of China,in February, 2003[J]. Lancet, 2003 (362),1353-1358.

[5] Zaki AM, van Boheemen S, Bestebroer TM,et al. Isolation of a novel coronavirus from a man with pneumonia in Saudi Arabia[J].N Engl J Med, 2012 (367), 1814-1820.

[6] Guan Y, Zheng BJ, He YQ, et al. Isolation and characterization of viruses related to the SARS coronavirus from animals in southern China[J]. Science, 2003 (302),276-278.

[7] Alagaili AN, Briese T, Mishra N, et al. Middle East respiratory syndrome coronavirus infection in dromedary camels in Saudi Arabia[J]. mBio, 2014 (5), e00884-00814.

[8] Ge XY, Li JL, Yang XL, et al. Isolation and characterization of a bat SARS-like coronavirus that uses the ACE2 receptor[J].Nature, 2013 (503), 535-538.

[9] Muller MA, Corman VM, Jores J, et al.MERS coronavirus neutralizing antibodies in camels, Eastern Africa, 1983-1997[J].Emerg Infect Dis, 2014 (20), 2093-2095.

[10] Zhou P, Fan H, Lan T, et al. Fatal swine acute diarrhoea syndrome caused by an HKU2-related coronavirus of bat origin[J].Nature, 2018 (556), 255-258.

[11] Jung K, Wang Q, Scheuer KA, et al.Pathology of US porcine epidemic diarrhea virus strain PC21A in gnotobiotic pigs[J].Emerg Infect Dis, 2014 (20), 662-665.

[12] Madson DM, Magstadt DR, Arruda PH, et al. Pathogenesis of porcine epidemic diarrhea virus isolate (US/Iowa/18984/2013) in 3-week-old weaned pigs[J]. Vet Microbiol, 2014 (174), 60-68.

[13] Sheahan TP, Sims AC, Graham RL, et al. Broad-spectrum antiviral GS-5734 inhibits both epidemic and zoonotic coronaviruses[J]. Sci Transl Med, 2017 (9).

[14] Holshue ML, DeBolt C, Lindquist S, et al.First Case of 2019 Novel Coronavirus in the United States[J]. N Engl J Med, 2020 doi:10.1056/NEJMoa2001191.

[15] Chu CM, Cheng VC, Hung IF, et al. Role of lopinavir/ritonavir in the treatment of SARS: initial virological and clinical findings[J]. Thorax, 2004 (59), 252-256.

[16] Huang C, Wang Y, Li X, et al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China[J].Lancet, 2020 doi:10.1016/S0140-6736(20)30183-5.

[17] Pascal KE, Coleman CM, Mujica AO, et al. Pre- and postexposure efficacy of fully human antibodies against Spike protein in a novel humanized mouse model of MERSCoV infection[J]. Proc Natl Acad Sci U S A,2015 (112), 8738-8743.

[18] Muthumani K, Falzarano D, Reuschel EL, et al. A synthetic consensus anti-spike protein DNA vaccine induces protective immunity against Middle East respiratory syndrome coronavirus in nonhuman primates[J]. Sci Transl Med, 2015 (7),301ra132.