嚙齒動物攜帶冠狀病毒及其跨種傳播研究進展

張雯芬,侯水平,陳守義

近幾十年來，全球新發(fā)傳染病不斷出現(xiàn)，其流行或暴發(fā)大多是由動物源性病原體引起。繼2003年 SARS(嚴重急性呼吸系統(tǒng)綜合征)、2012 年 MERS(中東呼吸系統(tǒng)綜合征)后，2019 年 COVID-19(2019冠狀病毒病)大流行，使冠狀病毒得到了公眾前所未有的關注。冠狀病毒廣泛存在于自然界中，宿主譜廣泛，其感染的宿主以哺乳動物和禽類為主，常引起動物和人的呼吸道、胃腸道、肝臟、神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

嚙齒目是最大的哺乳動物目，有 33 個科 2 277 個物種(約占所有哺乳動物物種的 43%)，中國是一個生物多樣性大國，擁有來自12個科約200種嚙齒動物[1]。鼠類等嚙齒動物是許多病毒的天然宿主和儲備庫，國內(nèi)外已經(jīng)在鼠類中鑒定出30多種引起人類疾病的病毒，例如漢坦病毒、拉沙熱病毒等[2]。嚙齒動物具有分布廣泛、種類數(shù)量繁多、繁殖能力強、適應性強等特點，其還與人類接觸密切，并充當人類、家畜、節(jié)肢動物媒介(蜱、螨、跳蚤)和其它野生動物之間的紐帶，這些因素均為病毒感染人類并引發(fā)傳染病創(chuàng)造了條件[3]。

嚙齒動物可攜帶多種冠狀病毒，最近也被證明在冠狀病毒的進化中發(fā)揮重要作用，根據(jù)目前的序列數(shù)據(jù)庫顯示，所有人類冠狀病毒都有動物起源：HCoV-OC43 和HCoV-HKU1可能源自嚙齒動物，家畜可能作為中間宿主發(fā)揮重要作用，使病毒能夠從自然宿主傳播給人類[4]。

1 冠狀病毒

1.1 冠狀病毒的分類 冠狀病毒(Coronavirus,CoVs)屬于套式病毒目(Nidovirales)、冠狀病毒科(Coronaviridae)、正冠狀病毒亞科(Orthocoronavirinae)[5]。根據(jù)蛋白質(zhì)序列的差異，將冠狀病毒分為Alphacoronaviruses(α-CoVs)、Betacoronaviruses(β-CoVs)、Gammacoronaviruses(γ-CoVs)和Deltacoronaviruses(δ-CoVs)4個屬，其中β-CoVs可進一步分為Embecovirus、Sarbecovirus、Merbecovirus、Nobecovirus和Hibecovirus5個亞屬，這些亞屬中的前4個以前分別被稱為譜系或亞組 A、B、C 和 D[6-7]。α-CoVs和β-CoVs主要在牛、豬、馬等哺乳動物中傳播，也可以引起人類疾病，γ-CoVs和δ-CoVs主要感染禽類和豬[8]。源自嚙齒動物的冠狀病毒主要為α-CoVs中的Luchacovirus亞屬和β-CoVs中的Embecovirus亞屬，但嚙齒動物也可能攜帶其它物種來源的冠狀病毒。分別見表1、表2。

表1 源自嚙齒動物的冠狀病毒分類Tab.1 Classification of rodent coronaviruses

表2 嚙齒動物攜帶其它物種來源的冠狀病毒Tab.2 Rodents carrying coronaviruses of other species origin

1.2 冠狀病毒的基因組、結構及編碼蛋白 冠狀病毒是一類具有包膜、基因組不分節(jié)段的單股正鏈RNA病毒，病毒粒子呈球形，直徑為120～160 nm，基因組全長約27～32 kb，是已知最長的RNA病毒基因組[15]。所有冠狀病毒在其基因組的結構和表達上都有相似之處，其中 16 種非結構蛋白(nsp1 到 nsp16)由 5′ 端的開放閱讀框(ORF)1a/b 編碼，隨后是3′端的其它ORF 編碼的結構蛋白，包括棘突蛋白(S)、包膜蛋白(E)、膜蛋白 (M) 和核衣殼蛋白 (N)[16]。β-CoVs 的A亞組成員中還存在一個額外的血凝素酯酶蛋白 (HE) ，它存在于 ORF1ab 的下游和 S 基因的上游[17]。在不同的冠狀病毒譜系中還存在數(shù)量不等的小ORF，對嚙齒動物α-CoVs的基因組分析中顯示,在M和N基因之間存在預測的ORF6(165 aa)基因，并且除在高山姬鼠中檢測到的冠狀病毒AcCoV-JC34外，所有病毒都具有預測的ORF2(274 aa)基因，位于ORF1b和S基因之間，這兩個基因不存在于任何其它有代表性的α-CoVs中[17-18]。對于結構蛋白，S蛋白介導病毒附著于特定的細胞受體、參與膜融合，是病毒中和抗體的主要誘導因子[19]；E蛋白在病毒膜上形成離子通道，參與病毒組裝[20]；M蛋白是一種跨膜蛋白，在病毒的組裝和出芽過程中起重要作用，抗M蛋白抗體在補體存在時可中和病毒感染性[21]；N蛋白是核衣殼中唯一存在的蛋白質(zhì)，它由兩個獨立的結構域組成，一個 N 端結構域 (NTD) 和一個 C 端結構域 (CTD)，都能夠在體外結合RNA，但每個結構域結合RNA的機制不同；HE蛋白作為血凝素，能與表面糖蛋白上的唾液酸結合，且具有乙酰酯酶活性，這些活動被認為可以促進S蛋白介導的病毒入侵和傳播過程[22]。

2 嚙齒動物攜帶的冠狀病毒

鼠冠狀病毒(Murine coronavirus)于1949年首次在一只患有自發(fā)性腦脊髓炎的小鼠體內(nèi)分離到，被命名為小鼠肝炎病毒(Mouse hepatitis virus,MHV)，是β冠狀病毒屬的成員[23]。目前普遍認為MHV的組織親嗜性在很大程度上取決于S蛋白，根據(jù)嗜組織特性的不同分為呼吸毒株和腸毒株兩大類，可引起不同程度的呼吸道、胃腸道、肝臟和神經(jīng)元癥狀[24-25]，是世界范圍內(nèi)最常見的感染實驗小鼠的病原體。隨后于1970年在大鼠中發(fā)現(xiàn)另一種病毒，命名為大鼠冠狀病毒(rat coronaviruses，RCoVs)。RCoVs可分為Parker大鼠冠狀病毒(Parker rat coronavirus,RCV-P)和唾淚腺炎病毒(Sialodacryoadenitis virus,SDAV)，同MHV一樣也屬于β-CoVs，在群體飼養(yǎng)和野生的大鼠中普遍存在，并能在新生大鼠中誘發(fā)致命的肺炎[10,26]。近年來，有許多研究者對嚙齒動物進行了冠狀病毒的篩查，從中發(fā)現(xiàn)了許多新型冠狀病毒。目前已經(jīng)從15個國家的30多個不同鼠種的嚙齒動物中檢測出冠狀病毒，各個國家不同嚙齒動物冠狀病毒的檢出情況見表3。

表3 各國不同種類嚙齒動物攜帶冠狀病毒檢出情況Tab.3 Detection of coronaviruses in different rodent species by country

表3(續(xù))物種國家采樣時間陽性/樣本數(shù)參考文獻五趾跳鼠中國2013-20162/28[1]中華姬鼠中國2013-20161/9[1]大林姬鼠中國2013-20166/37[1]小林姬鼠中國2013-20163/27[1]黑腹絨鼠中國2013-20163/39[1]子午沙鼠中國2013-201616/172[1]狹顱田鼠中國2013-20164/44[1]卡氏小鼠中國2013-20164/58[1]棕背中國2013-20168/119[1]紅背中國2013-20161/14[1]灰腹鼠中國2013-20161/33[1]大足鼠中國2013-20162/16[1]

2.1 國內(nèi)概況 2010-2012年Lau等人在中國廣州地區(qū)的褐家鼠中發(fā)現(xiàn)了一種新的A 系β-CoV，即 (ChRCoV) HKU24，并且在此次采樣中廣州的褐家鼠感染該病毒的血清陽性率較高，為35%[11]。也有研究者對中國廣州、桂林、梅州等地的嚙齒動物進行采樣，從廣州地區(qū)褐家鼠中發(fā)現(xiàn)一種新的冠狀病毒 (RCoV-GCCDC4)，同樣歸屬于β-CoVs的A譜系[27]。

2011-2013年Wang等人在中國浙江鹿城的褐家鼠中發(fā)現(xiàn)了一種新型冠狀病毒Lucheng Rn rat coronavirus(LRNV)，該病毒歸屬于α-CoVs，這也是首次發(fā)現(xiàn)嚙齒動物攜帶該屬的冠狀病毒。除此之外還發(fā)現(xiàn)了兩種β-CoVs的新變體，其中從龍泉的黑線姬鼠、褐家鼠、羅賽鼠中發(fā)現(xiàn)了新的歸屬于Betacoronavirus-1中的冠狀病毒Longquan Aa mouse coronavirus(LAMV)。以及在羅塞鼠、黃胸鼠、社鼠中發(fā)現(xiàn)了與MHV有最近親緣關系的冠狀病毒Longquan R1 rat coronavirus(LRLV)，歸屬于鼠科冠狀病毒，它們均屬于Betacoronavirus屬的 A 譜系[9]。

2011年從中國云南省劍川縣采集了(高山姬鼠、麗江絨鼠、瀾滄江姬鼠)3個物種的177份腸道樣本，在23份中檢測到α-CoVs(2/177)和 β-CoVs(21/177)，其中高山姬鼠有較高的檢出率(21/98)，并且在高山姬鼠中發(fā)現(xiàn)了LRNV的新變體(AcCoV-JC34)[28]。2014-2015年期間對云南麗江和瑞麗的嚙齒動物進行相關研究，結果顯示在7個鼠種中檢測到了冠狀病毒，其中高山姬鼠的陽性檢出率較高為12.43%，與之前的研究相一致。并且，此次檢出的冠狀病毒與之前鑒定出的LRNV、LRLV、(ChRCoV) HKU24 密切相關[29]。這些研究結果表明，多種 α-CoVs 和 β-CoVs在中國云南省的嚙齒動物中傳播，在高山姬鼠中尤為常見，高山姬鼠是冠狀病毒的重要宿主。

(ChRCoV)HKU24、RCoV-GCCDC4和LRNV，這些新發(fā)現(xiàn)的嚙齒動物冠狀病毒均首先從褐家鼠中檢出，褐家鼠為廣州地區(qū)的優(yōu)勢鼠種，且在該鼠種中冠狀病毒的檢出率較高，而在云南地區(qū)則以高山姬鼠為主，此外，在我國的黑線姬鼠、黃胸鼠、子午沙鼠中也有較高的檢出率。2013-2016年間我國的一項調(diào)查從15個省的20個不同鼠種的嚙齒動物中篩查出冠狀病毒，可見我國嚙齒動物中攜帶的冠狀病毒地區(qū)分布廣泛，宿主繁多[1]。

2.2 國外概況 在歐洲地區(qū)除MHV外，最近也在野外的鼠類中發(fā)現(xiàn)了新的冠狀病毒。Tsoleridis等人對813只英國和波蘭的嚙齒動物和鼩鼱的肝臟或腸道樣本進行了α-CoVs篩查，在褐家鼠、黑田鼠、河堤田鼠、鼩鼱中檢測到α-CoVs。這些病毒與最近在中國發(fā)現(xiàn)的LRNV聚集一起，在冠狀病毒系統(tǒng)發(fā)育中形成了一個獨特的嚙齒動物/鼩鼱分支[30]。2014-2016年間對在法國收集的330只野生嚙齒動物腸道樣本進行調(diào)查，顯示冠狀病毒陽性率為6.3%(21/330)，均被確定為β-CoVs，且與 2010年德國河堤田鼠和2007年荷蘭的田鼠中檢出的序列較為接近[31]。2022年Wasberg等人的一項研究，從瑞典的河堤田鼠中發(fā)現(xiàn)了一種新型β-CoV，并將該病毒命名為Grimso病毒[32]。河堤田鼠是歐洲地區(qū)最常見、分布較為廣泛的嚙齒動物之一，此前在德國、法國、波蘭、英國等歐洲國家的河堤田鼠中也均檢出攜帶有冠狀病毒。西班牙加那利群島、剛果、越南等地也相繼報告從嚙齒動物中篩查出冠狀病毒[33-35]。

從美國國立生物技術信息中心(National Center for Biotechnology Information,NCBI)下載上述從嚙齒動物中所檢出的冠狀病毒序列，以及冠狀病毒各個種屬的代表序列，利用MAFFT v7.475軟件進行比對，用MEGA_X 10.1.8軟件選最大似然法(maximum likelihood,ML)構建基于部分RDRP基因的系統(tǒng)發(fā)育樹，如圖1所示。所選擇的85條序列代表的病毒樣本被劃分到α-CoVs和β-CoVs兩個屬，除從剛果地區(qū)嚙齒動物中所檢出的冠狀病毒外，其余各國嚙齒動物中檢出的冠狀病毒均能較好的聚集在一起。這些嚙齒動物攜帶的冠狀病毒可分為4個較大的分支，2010年德國(KM888132)與2014-2016年法國(LC334355)的河堤田鼠中檢出的冠狀病毒形成了一個較小的獨立分支。

圖1 基于部分RDRP核苷酸序列的系統(tǒng)進化樹Fig.1 Phylogenetic tree based on partial RDRP nucleotide sequences

3 嚙齒動物攜帶冠狀病毒的跨種傳播

3.1 從嚙齒動物到人 既往已有研究表明兩種人類冠狀病毒HCoV-OC43 和HCoV-HKU1更有可能來自嚙齒動物相關的病毒，牛作為HCoV-OC43的中間宿主將病毒傳染給人。2021年Grange等人利用SpillOver軟件，系統(tǒng)評估了新型野生動物源性病毒的人獸共患溢出和傳播潛力，發(fā)現(xiàn)幾種與嚙齒動物相關的冠狀病毒被列為前50名，其中包括前面所提到的Murine coronavirus、LAMV[36]。宿主細胞蛋白酶也會影響冠狀病毒物種的易感性和“溢出”事件，利用兩種公開的furin預測算法(ProP和PiTou)并基于GenBank中報告的刺突序列，發(fā)現(xiàn)S1/S2 furin裂解位點在嚙齒動物相關序列中很常見，并表明這可能對人獸共患病轉(zhuǎn)移具有影響[37]。此外，人類的行為(野生動物貿(mào)易等)也正在促進冠狀病毒從動物到人類的溢出，有研究者發(fā)現(xiàn)沿老鼠交易供應鏈，冠狀病毒陽性的動物比例越來越高[12]。

3.2 從人到嚙齒動物 實驗研究顯示，幾種嚙齒動物的宿主細胞受體對SARS-CoV-2刺突蛋白表現(xiàn)出很高的結合親和力，SARS-CoV-2可以感染鹿鼠和倉鼠，并且受感染的鹿鼠和倉鼠還可以通過直接接觸將病毒傳播給共同飼養(yǎng)的同類[38]。隨著SARS-CoV-2 的全球傳播，病毒基因組中突變逐漸積累并導致變異的出現(xiàn)，與最初的 SARS-CoV-2 分離株相比，Beta變異株B.1.351(501Y.V2)將宿主范圍擴展到新物種(小鼠、大鼠)，并且感染的大鼠可以通過直接接觸感染其它大鼠[39]。SARS-CoV-2向大鼠、鹿鼠等嚙齒動物的跨物種傳播可能會大大增加消除COVID-19大流行的負擔。但以上均是基于實驗室研究的結論，能在多大程度上轉(zhuǎn)化為野生鼠群，還需進一步的研究。

3.3 從人到嚙齒動物到人 Yen等人的1項案例研究提供了SARS-CoV-2變異株(AY.127)通過敘利亞倉鼠之間的倉鼠-倉鼠傳播、倉鼠-人的人獸共患病傳播以及進一步在人類之間傳播的證據(jù)[13]。傳播速度更快、隱匿性和傳染性更強的Omicron毒株引起了研究者更為廣泛的關注，2021年有研究者使用SARS-CoV-2 Omicron變體的突變分子譜來追蹤其近端起源，并提出了一種軌跡，即Omicron的祖先在大流行期間的某個時候經(jīng)歷了從人類到小鼠的反向人獸共患事件，并在小鼠宿主中積累了1年以上的突變，然后再傳回給人類[40]。如果Omicron毒株是在鼠宿主進化后傳回人類，鑒于鼠類分布廣、物種多、繁衍能力強、群居量大以及與人類接觸密切，這將會進一步加劇疫情防控的難度，因此對鼠類進行冠狀病毒的監(jiān)測是十分必要的。

3.4 從嚙齒動物到其它動物物種 由嚙齒動物攜帶的冠狀病毒跨越物種傳播到其它動物的報告相對較少。Lau等人的研究數(shù)據(jù)提供了(ChRCoV) HKU24代表了Betacoronavirus1的小鼠起源，在19世紀末期，HCoVOC43出現(xiàn)之前就發(fā)生了從嚙齒動物到其它哺乳動物的種間傳播的證據(jù)[11]。

4 展 望

由于冠狀病毒的高流行率和廣泛分布、巨大的遺傳多樣性和基因組的頻繁重組，以及人與動物互動水平的不斷提高，頻繁的跨物種感染和偶爾的溢出事件，新型冠狀病毒可能會在人類中周期性出現(xiàn)，對全球公共衛(wèi)生構成威脅。嚙齒動物是地球上最多樣化的哺乳動物，它們的活動區(qū)域與人類的生活空間廣泛重疊，與人類接觸密切，并且是一系列α和β冠狀病毒的重要宿主。近年來越來越多嚙齒動物冠狀病毒被發(fā)現(xiàn)，如 (ChRCoV)HKU24、LRNV、LRLV等，這些結果表明嚙齒動物冠狀病毒的多樣性遠高于此前的預期,可能攜帶具有人獸共患或人獸共患潛力不明的冠狀病毒。此外，在SARS-CoV-2 全球傳播的過程中，各種變異病毒株的出現(xiàn)使得宿主范圍進一步擴大，存在一定的跨物種傳播的風險。因此，需要進行大規(guī)模監(jiān)測才能及時發(fā)現(xiàn)鼠類等嚙齒動物中所攜帶的未知冠狀病毒，以及其人獸共患和反向人獸共患的風險，防范由嚙齒動物攜帶冠狀病毒而導致的新發(fā)傳染性疾病，尤其是對于數(shù)量繁多、生活在人類及其伴侶動物附近與人類共享生活空間的褐家鼠、高山姬鼠等嚙齒動物。

利益沖突：無