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蝙蝠+冠状病毒,为何致命?

蝙蝠,唯一能持续、有动力飞行的哺乳动物,近年来一直是一些最严重的新兴病毒性人畜共患病的中心,是传播狂犬病、尼帕病毒、埃博拉病毒、马尔堡病毒、SARS、MERS的罪魁祸首,也被认为可能是导致COVID-19的新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的起源。2月3日发表的1篇Nature曾揭示,SARS-CoV-2在全基因组水平上与蝙蝠冠状病毒96%相同[1]。

那么,蝙蝠为何能成为这些病毒的宿主,供它们生存和传播?蝙蝠自身又是如何做到被这些病毒感染后正常存活的?

独一无二的免疫系统

2月3日,由美、德等国家的研究人员组成的科学家小组最新发表的一项研究[2]揭示,蝙蝠对病毒的强烈免疫反应可能会驱动病毒更快地复制。

一些蝙蝠被证明拥有永远准备着对病毒进行防御的免疫系统。在这些蝙蝠中,病毒感染会导致迅速的反应,将病毒隔离在细胞外。虽然这种机制可能会使蝙蝠免受高病毒载量的感染,但也促使病毒更快地复制。这使得蝙蝠成为了快速繁殖和高度传播的病毒的独特贮主(reservoir)。虽然蝙蝠能够耐受这类病毒,但当这些蝙蝠病毒进入缺乏快速反应的免疫系统的动物体内时,病毒就会迅速击垮它们的新宿主,导致高致死率。

加州大学伯克利分校参与该研究的综合生物学教授Mike Boots博士指出,蝙蝠在携带病毒方面可能很特别,很多病毒来自蝙蝠并不是随机的。而这项研究揭示了蝙蝠免疫系统响应病毒感染的独特之处。

许多蝙蝠免疫系统的一个关键技巧是一触即发地释放一种叫做干扰素-α的信号分子,它会告知其它细胞在病毒入侵前“做好战斗准备”。

利用来自两种蝙蝠的细胞以及对照猴细胞进行实验,领导该研究的Cara Brook博士和Boots博士发现,马尔堡病毒的天然宿主埃及果蝠(Rousettus aegyptiacus)在转录其干扰素-α基因以使体内充满干扰素前,需要一次直接的病毒攻击。而亨德拉病毒的贮主澳大利亚黑狐蝠(Pteropus alecto)则是提前准备好干扰素-α RNA来对抗病毒感染。非洲绿猴(Vero)细胞系完全不产生干扰素。

当受到模仿埃博拉病毒和马尔堡病毒的攻击时,绿猴细胞系很快被病毒击垮并杀死。一些果蝠细胞系成功避开病毒感染。而澳大利亚黑狐蝠细胞系中免疫反应更为成功,病毒感染明显慢于果蝠细胞系。不过,蝙蝠细胞系的干扰素反应似乎使感染持续了更长时间。

“在蝙蝠感染病毒后,存活下来的细胞进行复制,又为病毒提供了新的目标,并在蝙蝠的整个生命周期中形成潜伏性感染。”Brook博士解释道。

Brook博士和Boots博士还创建了一个简单的蝙蝠免疫系统模型,在电脑上重现了他们的实验。

Brook博士说:“我们的发现表明,拥有一个真正强大的干扰素系统将有助于这些病毒在蝙蝠体内存活。但当病毒扩散到人类中时,我们就没有这种抗病毒机制了,因此可能会经历很多病理过程。

唯一会飞的哺乳动物

研究人员还发现,蝙蝠会飞,可能也与其耐受病毒的能力更强有关。

蝙蝠飞行时的新陈代谢率是体型相似的啮齿动物奔跑时新陈代谢率的两倍。通常,剧烈的身体活动和高代谢率会导致较高的组织损伤,这是由于活性分子(主要是自由基)的积累。为了使飞行成为可能,蝙蝠似乎已经发展出一种生理机制来有效清除这些有害分子。

这种机制的另一个好处是,能够有效清除由任何原因的炎症产生的有害分子。而对炎症的快速抑制可能也有另一个好处:抑制与抗病毒免疫反应相关的炎症。

极高的毒性和致命性

尽管许多蝙蝠病毒通过动物媒介传染给人类的,如SARS通过果子狸,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,亨德拉病毒通过马,马尔堡病毒通过非洲绿猴,但这些病毒在最终进入人体时仍然具有极高的毒性和致命性。

研究人员指出,破坏蝙蝠的栖息地似乎会给它们带来压力,使它们在唾液、尿液和粪便中释放出更多的病毒,从而感染其它动物。

相关论文:

[1] Peng Zhou et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature(2020).

[2] Cara E Brook et al. Accelerated viral dynamics in bat cell lines, with implications for zoonotic emergence. eLife(2020).

参考资料:

1# Coronavirus and Bats: A Deadly Combination?(来源:GEN)

2# 《自然》首次发表新冠论文:武汉病毒所确认病毒进入细胞路径(来源:澎湃新闻)

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