重磅：吃了蝙蝠的流浪狗，或是人類感染新冠病毒的源頭

自從去年末新冠肺炎疫情在全球蔓延爆發(fā)以來，已經(jīng)感染了近200萬人。新冠病毒到底是從哪里來的?這個病毒源頭的問題一直得到各方的關(guān)注。目前包括世衛(wèi)組織等多個國家的機(jī)構(gòu)在研究調(diào)查，以期能搞清楚病毒來源，了解其如何引發(fā)人類之間的大傳播。

根據(jù)基金測序，之前，科學(xué)家們一直圍繞著蝙蝠(一種攜帶多種冠狀病毒的動物)來尋找一種首次將該病毒引入人類的中間動物宿主。從蛇、到穿山甲，都一度被高度懷疑為最可能的中間宿主，但實際上這些動物身上分離出來的冠狀病毒，與導(dǎo)致此次疫情的新冠病毒差異實在太大，最多證明它們有著共同的祖先，并不能證明是其將病毒感染給人類。

最近，渥太華大學(xué)生物學(xué)教授夏旭華(Xuhua Xia)團(tuán)隊提出，流浪狗可能是當(dāng)前人類新冠疫情大流行的源頭。這一研究結(jié)果剛剛在線發(fā)表在《分子生物學(xué)與進(jìn)化(Molecular Biology and Evolution)》雜志。

“我們的研究結(jié)果為 SARS-CoV-2 的起源和傳播提供了新的假設(shè)，” 夏旭華說，“SARS-CoV-2 的祖先，及其近親——蝙蝠身上攜帶的冠狀病毒，先是感染了犬科動物的腸道，并在犬科動物身上發(fā)生了快速變異進(jìn)化，然后首次感染了人類。這一結(jié)果也意味著，在與 SARS-CoV-2 的斗爭中，對流浪狗體內(nèi)的新冠病毒進(jìn)行檢測，也是極其重要的。”

如何判定一種動物是病毒的中間宿主呢?這其中的一個重要依據(jù)是病毒感染這種宿主戰(zhàn)斗的痕跡，當(dāng)病毒入侵宿主時，它們的基因組往往帶有戰(zhàn)斗的傷疤，這是因為它們需要通過基因組的變化和適應(yīng)，來擊退和逃避宿主的免疫系統(tǒng)。

而人類和哺乳動物有一種關(guān)鍵的抗病毒前哨蛋白，稱為 ZAP，它可以通過阻止病毒在宿主體內(nèi)的增殖，以及降解其基因組來阻止病毒的傳播。其目標(biāo)之一就是病毒 RNA 基因組中的一對化學(xué)字母，叫做 CpG 二核苷酸。

可以說，CpG 二核苷酸就是人體免疫系統(tǒng)尋找和消滅病毒的路標(biāo)。在骨髓和淋巴結(jié)中大量生成的 ZAP，負(fù)責(zé)巡視人體肺部，當(dāng)病毒入侵時，免疫系統(tǒng)首先在這些地方發(fā)起攻擊。

但事實證明，病毒同樣是可以反擊的。

單鏈冠狀病毒，如 SARS-CoV，可以通過減少 CpG 路標(biāo)來避免 ZAP 的識別和攻擊，從而使 ZAP 機(jī)制失效。對 HIV 病毒 (另一種 RNA 病毒) 的研究表明，它就充分利用了這種進(jìn)化產(chǎn)生的技巧，減少 CpG 以應(yīng)對人類抗病毒防御機(jī)制。

反過來想，如果病毒基因組上還剩余有 CpG 二核苷酸，那么則意味著其可能對該病毒具有十分重要的功能，這也就可作為在疫苗開發(fā)中減弱毒性的修飾靶點。

夏旭華教授長期研究不同宿主病毒的分子特征，他表示，“我們可以把病毒中 CpG 含量的減少視為對公眾健康的威脅，而 CpG 含量的增加則會降低這種病毒性病原體的威脅。因為有著高 CpG 含量的病毒會被宿主免疫系統(tǒng)更好地靶向，導(dǎo)致毒性降低，這類似于天然疫苗?！?

有了這一層發(fā)現(xiàn)，夏旭華教授進(jìn)一步檢驗了迄今為止存儲在 GenBank 中的全部 1252 個完整的 β 冠狀病毒基因組，發(fā)現(xiàn) SARS-CoV-2 與一種蝙蝠冠狀病毒 (BatCoV RaTG13) 在所有近親冠狀病毒中 CpG 含量最低。

“最引人注目的是 BatCoV RaTG13 系譜中的病毒基因組 CpG 含量，發(fā)生了一個孤立但明顯的下降。據(jù)報道，該樣品基因組是 2013 年從云南省的一個蝙蝠中取樣，但直到 2019 年末 SARS-CoV-2 感染爆發(fā)后，武漢病毒所才對其進(jìn)行了測序。” 夏旭華教授說，“這種蝙蝠的冠狀病毒基因組是 SARS-CoV-2 最接近的親緣，序列相似度達(dá) 96%?！?

研究人員表示，很不幸的是，BatCoV RaTG13 沒有在 2013 年進(jìn)行測序，否則 CpG 含量的下降可能是一個警告。因為這有兩個非常重要的含義。首先，這種病毒可能是在具有高 ZAP 表達(dá)的組織中進(jìn)化而來的，因此 ZAP 高表達(dá)有利于 CpG 低的病毒基因組出現(xiàn);第二，更重要的是，該病毒的存在表明它已經(jīng)成功地避開了 ZPA 介導(dǎo)的抗病毒防御。換句話說，這種病毒已經(jīng)變得很隱秘和狡猾，對人類來說也已經(jīng)很危險了。

最合理的解釋：流浪狗吃了蝙蝠?

夏旭華教授用他的 CpG 檢測工具重新檢測了起源于駱駝的中東呼吸綜合征冠狀病毒(MERS)，發(fā)現(xiàn)感染駱駝消化系統(tǒng)的病毒基因組中 CpG 含量低于感染駱駝呼吸系統(tǒng)的病毒。

當(dāng)他在對狗的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)只有犬冠狀病毒 (CCoVs) 的基因組具有與 SARS-CoV-2 和 BatCoV RaTG13 相似的基因組 CpG 值;其次，犬和駱駝一樣，在它們的消化系統(tǒng)中也發(fā)現(xiàn)了冠狀病毒感染，而且其 CpG 含量低于它們呼吸系統(tǒng)中的基因組 CpG 含量 (犬呼吸道冠狀病毒與 SARS-CoV-2 同屬于 BetaCoV 譜系)。

此外，已知 SARS-CoV-2 進(jìn)入細(xì)胞的受體是 ACE2，ACE2 產(chǎn)生于人體消化系統(tǒng)，在小腸和十二指腸具有最高水平，在肺部的表達(dá)相對較低。這表明，哺乳動物的消化系統(tǒng)可能是冠狀病毒感染的一個關(guān)鍵目標(biāo)。

研究人員表示，“最近的研究報道進(jìn)一步證實了這一解釋，即大部分的新冠肺炎患者也有消化不適的癥狀。事實上，48.5% 的人以消化系統(tǒng)癥狀為主要癥狀?！?

眾所周知，犬科動物經(jīng)常舔它們的肛門和生殖器區(qū)域，不僅在交配期間，在平常情況下也是如此。這種行為將促進(jìn)病毒從消化系統(tǒng)傳播到呼吸系統(tǒng)，并促進(jìn)胃腸道病原體與呼吸道和肺病原體之間的交換。

“在這種情況下，很重要的一點是，其基因組序列記錄在 GenBank (MN996532) 中的蝙蝠冠狀病毒 (BatCoV RaTG13)，是從糞便拭子中分離出來的。這些觀察結(jié)果與 SARS-CoV-2 在哺乳動物腸道或與腸道相關(guān)的組織中進(jìn)化的假設(shè)是一致的?！?

研究人員的另一項發(fā)現(xiàn)，涉及從穿山甲中分離出的病毒?？茖W(xué)家們最近從穿山甲中分離并測序了 9 個類似 SARS-CoV-2 病毒的基因組，夏旭華教授發(fā)現(xiàn)，具有最高序列覆蓋率的 ICpG 值為 0.3929，其值接近在 SARS-CoV-2 基因組中觀察到的 CpG 值的極低端。因此，造成此次大流行的 SARS-CoV-2、蝙蝠中的冠狀病毒 BatCoV RaTG13 和穿山甲攜帶的冠狀病毒，可能有一個共同的低 CpG 祖先，或者趨同進(jìn)化出了低 CpG 值?！?

根據(jù)研究結(jié)果，夏旭華教授提出了一種假設(shè)，即：

冠狀病毒首先從蝙蝠傳播到吃蝙蝠肉的流浪狗;接下來，病毒在犬類腸道不斷變異進(jìn)化，導(dǎo)致病毒基因組 CpG 減少;最后，較低的病毒基因組 CpG，使病毒能夠逃避人類 ZAP 介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，最終感染人類，并迅速成為一種嚴(yán)重的全球大流行病病原體。

“SARS-CoV-2 的具體起源在當(dāng)前這場世界衛(wèi)生危機(jī)中至關(guān)重要，這項研究通過考慮宿主防御系統(tǒng)與病毒基因組的相互作用，包括宿主組織對病毒基因組進(jìn)化的選擇壓力，揭示出病毒進(jìn)化相關(guān)的重要證據(jù)?！? 夏旭華說。

夏旭華教授簡介

夏旭華，加拿大渥太華大學(xué)終身教授、生物信息學(xué)與數(shù)學(xué)計算機(jī)專家，加拿大渥太華大學(xué)理學(xué)院生物系生物信息學(xué)首席科學(xué)家、博士生導(dǎo)師，世界生物信息學(xué)領(lǐng)域中的重量級學(xué)者。

其《分子生物學(xué)與進(jìn)化中的數(shù)據(jù)分析》、《生物信息學(xué)與細(xì)胞：基因組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)中的現(xiàn)代計算方法》、《生物信息學(xué)與細(xì)胞》等一系列學(xué)術(shù)專著堪稱世界生物信息學(xué)領(lǐng)域的扛鼎之作，其中《生物信息學(xué)與細(xì)胞》更成為世界各國進(jìn)入系統(tǒng)生物學(xué)這一新興領(lǐng)域的學(xué)生學(xué)者之必備專著。

1990 年，夏旭華獲加拿大西安大略大學(xué)博士學(xué)位，主要致力于基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)及其在物種進(jìn)化分析中的應(yīng)用的研究。

1996 年開始，全球?qū)Ψ肿舆M(jìn)化與生物信息學(xué)的研究開始迅速升溫。這一年，香港大學(xué)理學(xué)院分子生物學(xué)系與法國巴斯特研究所合作，共同籌備生物信息研究室，夏旭華受聘擔(dān)任該研究室主任。

2002 年，夏旭華又應(yīng)邀到加拿大渥太華大學(xué)開辦生物信息學(xué)科，成為加拿大渥太華大學(xué)生物系的終身教授，專攻生物信息學(xué)及分子進(jìn)化方面的研究。夏旭華同時還受聘兼職于加拿大一個信息技術(shù)工程學(xué)院。另外，夏旭華也是加拿大環(huán)境基因?qū)W高級研究中心(CAREG)和渥太華系統(tǒng)生物研究院(OISB)的成員。

夏旭華的研究成果主要發(fā)表在 Molecular Biology and Evolution、Bioinformatics、PLoS ONE、Molecular Phylogenetics and Evolution、Genomics、Curr Microbiol 、Gene 等雜志?，F(xiàn)任加拿大渥太華大渥太華大學(xué)生物系環(huán)境基因組高級研究中心終生教授，渥太華大學(xué)系統(tǒng)生物學(xué)研究所成員，是 Bioinformatics、Nucleic Acids Research、Genome Research、Molecular Biology and Evolution 等眾多知名期刊的審稿人。