人類冠狀病毒到底有哪些？它們來源于哪些動物？在人類引起什么疾??？此次新冠病毒肺炎有哪些特點？其診斷、治療和疫苗研制有哪些值得期待的進展與突破？全球大流行的走向和終局又是什么？
從2019年12月31日宣布找到新冠病毒到今天，三個多月以來人類真實地見證了這個病毒。從發(fā)現(xiàn)到全球大流行，疫情的發(fā)展情況能這樣被記錄下來也是有史以來第一次。
在這個過程中，中國科學家做出來很多的貢獻：比如我們12月30日宣布找到病毒，1月12日測定核酸序列，然后很快和全世界分享了數(shù)據(jù)。當然也有不足之處，1月20日以前我們對于病毒的流行情況沒有很好地把握，這是將來值得總結(jié)的。
七種人類冠狀病毒的儲存宿主與中間宿主
新冠病毒是第七個人類冠狀病毒，這些病毒都是從動物來的。在天然的儲存宿主內(nèi)，有大量不同種類的病毒，一般情況下并不致病或者只引起很輕的癥狀。中間宿主往往是指從儲存宿主到人之間或者到新宿主之間的宿主，中間宿主不一定是病毒的儲存宿主，但是經(jīng)過一段時間的適應中間宿主也可能變成儲存宿主。
這個概念好像比較復雜，舉個例子說，艾滋病毒的儲存宿主就是黑猩猩或者白頂白眉猴，流感病毒的儲存宿主主要是水禽。HIV是有史以來世界上研究得最清楚的一個病毒，我們很多研究其它病毒的學者都可以從HIV的研究中學習到一些方法或者一些思路。
上圖是冠狀病毒的結(jié)構(gòu)，以SARS冠狀病毒為例，SARS-CoV-2和它非常類似。結(jié)構(gòu)中黃色對應的是纖突蛋白，綠色是核衣殼蛋白，灰色是膜蛋白，這些蛋白是譜系特異性的，主要是負責和宿主相互作用的輔助蛋白。這個冠狀病毒是單股正鏈的RNA病毒，大概有3萬個核苷酸。它的復制酶會被宿主蛋白酶水解，成為多種非結(jié)構(gòu)蛋白。
上圖總結(jié)了人類冠狀病毒的動物來源。人類的冠狀病毒一共有7種，最早的有兩種，一種是229E，一種是OC43。2003年出現(xiàn)SARS，2012年以后出現(xiàn)MERS（中東呼吸綜合征病毒）。過去冠狀病毒不太受重視，長期以來研究都比較少。主要原因是大家認為冠狀病毒只會引起普通感冒，比流感還要弱，229E是這樣，OC43也是這樣。但是SARS的出現(xiàn)完全顛覆了這個觀念，SARS的致死率達到將近10%。后來MER比SARS的致病性更強，病死率達35%到40%，這些都改變了人類對冠狀病毒的認識。
2003年SARS爆發(fā)后，科學家發(fā)現(xiàn)了兩種新的人類冠狀病毒，一種叫HKU1，一種叫NL63。這兩種病毒和前面兩種病毒一樣，只引起普通感冒。所以這四種病毒（HKU1、NL63、229E、OC43）不需要其它動物宿主，常年出現(xiàn)在人類群體中，我們叫它社區(qū)獲得性人類冠狀病毒。
第七種病毒就是這次發(fā)現(xiàn)的新冠病毒SARS-CoV-2。我認為新冠病毒是介于這兩類病毒之間的新病毒，它兼有兩者的特點，所以它將來到底向哪個方向走還有待研究和觀察。
這些人類冠狀病毒，經(jīng)過多年的研究，特別是香港大學袁國勇教授、新加坡國立大學及杜克大學王林發(fā)教授、中科院武漢病毒所石正麗教授他們的研究，很清楚地說明這些冠狀病毒來自于蝙蝠。其中這五種很肯定都是來自于蝙蝠，所以蝙蝠就是這些病毒的儲存宿主。其中有一些我們也知道了它們的中間宿主，最清楚的就是MERS的中間宿主單峰駱駝。229E的中間宿主可能是羊駝，也可能是駱駝，或者直接從蝙蝠傳染人。管軼教授找到SARS-CoV的中間宿主是果子貍。SARS-CoV-2的中間宿主有可能是穿山甲，但并無定論。0C43和HKU1，一般認為它們來自鼠類，0C43的一個重要的中間宿主是牛。
再回過來說一下MERS-CoV的中間宿主單峰駱駝，MERS-CoV最早來源于蝙蝠，但是病毒在駱駝里已經(jīng)適應了，所以駱駝從一個中間宿主也變成了儲存宿主。該病毒感染駱駝后致病性比較低，不會把駱駝殺死。
有一個重要的信息要提醒大家注意，這四種現(xiàn)在只引起普通感冒的人類冠狀病毒，它們以前是怎么樣的呢？有歷史記載的線索表明，OC43在1890年前后從牛傳播到人，牛的OC43病毒和人的很像。1890年前后當時也有一次呼吸道病毒的全球大流行，病征有點像SARS-CoV-2，是比較嚴重的。所以有一種觀點認為，只引起普通感冒的這四種病毒，當它們第一次從動物傳到人的時候，也引起過一次比現(xiàn)在癥狀要嚴重的全球大流行，這也是回顧人類冠狀病毒的歷史給我們的一些啟發(fā)。
關(guān)于人類冠狀病毒來自蝙蝠的證據(jù)是由華人科學家首次發(fā)現(xiàn)的，2003年SARS發(fā)生以后很多科學家仍然堅持追蹤做深入的研究，不是停留在表面功夫，這些是非常值得我們欽佩的。這兩組主要的科學家，第一組是香港大學袁國勇教授、胡釗逸教授和劉嘉珮教授，另一組是當時在澳大利亞的王林發(fā)教授，石正麗教授那時也在他實驗室，石正麗教授后來也一直堅持研究蝙蝠病毒，是中國內(nèi)地在此領(lǐng)域內(nèi)最優(yōu)秀的科學家之一，他們兩個團隊的奠基性貢獻，說明蝙蝠是多種人類冠狀病毒的一個進化上的儲存宿主。當然除了冠狀病毒，蝙蝠也是很多其它人類病毒的儲存宿主。蝙蝠是唯一會飛的哺乳動物，抗病毒能力特別強，感染后產(chǎn)生的干擾素特別多。
單峰駱駝是MERS冠狀病毒的中間宿主，在中東地區(qū)的單峰駱駝里常年都找到MERS病毒，它由中間宿主變成了儲存宿主。而SARS-CoV只在特定的野生動物市場找到，果子貍受感染后也有癥狀。在農(nóng)場飼養(yǎng)的或者天然的果子貍體內(nèi)也找不到SARS病毒。因此推斷果子貍可能是SARS病毒的一過性中間宿主，其重要作用是通過把病毒傳給人而擴大人類的感染規(guī)模。
MERS-CoV則是每次由駱駝反復傳給人，在人里面有限傳播，并沒有在人里面立足。SARS也是一樣，我們采取了果斷的措施把果子貍控制以后就沒有再發(fā)生果子貍傳給人的情況了。MERS不是這樣，中東地區(qū)的人民和駱駝的關(guān)系太密切了，他們不能把所有的駱駝都殺掉，因此從2012年一直到現(xiàn)在它還是不斷散發(fā)性地傳染給人。這就是MERS和SARS的情況。這兩種病毒在人里面是不會持續(xù)傳播的，傳幾代以后就不復存在了。
SARS-CoV-2是什么情況呢？石正麗教授在發(fā)現(xiàn)這個病毒不久以后，在中華菊頭蝠里找到了一個和SARS-CoV-2有96%同源性的病毒。這種情況和SARS-CoV是非常相像的，袁國勇教授和王林發(fā)教授也在蝙蝠中找到和SARS-CoV有95%同源性的病毒。對于中間宿主來說，在果子貍里面找到與人的SARS病毒99.9%相似的病毒，但是在穿山甲里面，特別是從馬來西亞或者東南亞走私到中國來的穿山甲，其攜帶的β冠狀病毒和SARS-CoV-2只有90%左右的同源性，比蝙蝠病毒還低。但是也不是說完全沒有貢獻，它的受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域和人的SARS-CoV-2比較相似。所以蝙蝠和穿山甲中發(fā)現(xiàn)的兩種病毒和人里面發(fā)現(xiàn)的SARS-CoV-2到底是何種關(guān)系，還需要更多的研究才能夠解答。
我們研究病毒的人，很多都想到HIV里面找一些答案或者找靈感和思路。經(jīng)過很多病毒學家多年的追蹤，他們發(fā)現(xiàn)目前在人里面有兩種HIV：HIV-1和HIV-2。其中HIV-1來自于黑猩猩，HIV-2來自于白頂白眉猴。但是再深入的追蹤后發(fā)現(xiàn)其中還有很復雜的關(guān)系。我們比較它們基因組的差異、進化關(guān)系、地理位置是否重合等，最后找出了原因，人們食用動物或者拿它們當寵物造成了病毒從動物到人的傳播。
我們將宿主和病毒全基因組進行比較，發(fā)現(xiàn)新冠肺炎病毒和蝙蝠RaTG13是最接近的，跟馬來西亞的穿山甲相似度要遠一些。但是如果我們只比較它們的受體結(jié)合域情況，會發(fā)現(xiàn)跟菊頭蝠相比，新冠病毒跟穿山甲更相似一些。蝙蝠全基因組和新冠更像，但是受體結(jié)合域只有75%的同源性，而穿山甲全基因組只有90%同源性，但是受體結(jié)合域達到97%，這個工作也是管軼教授和林贊育博士作出的重要貢獻。
新冠病毒動物溯源
如何解決SARS-CoV-2的動物溯源問題？如果真正要解決這個問題，就要在動物體內(nèi)找到與新冠病毒全基因組同源性達99%以上的病毒。如果說它最早來自于蝙蝠，那么在蝙蝠里面找到一個和新冠達到99%以上同源性的病毒就能夠提供一個證據(jù)。如果說它直接來自于穿山甲，那就要在穿山甲里面找到一個全基因組和它非常相像的病毒。因為現(xiàn)在找到的是馬來西亞的穿山甲，也可能別的區(qū)域的穿山甲里面可以找到更加接近的，現(xiàn)在還不清楚。
上圖是七種人類冠狀病毒之間的比較，包括HKU1、SARS、MERS，當初我們繼續(xù)做溯源工作已經(jīng)在蝙蝠中找到了HKU9、HKU4，曾經(jīng)預測這些蝙蝠病毒可能將會在人類群體中找到。果然，幾年后在中東就發(fā)現(xiàn)和HKU9最相似的MERS冠狀病毒，這也是胡釗逸教授和劉嘉珮教授長期堅持做蝙蝠病毒研究的成果，為后來MERS冠狀病毒的研究、診斷和溯源提供了很重要的線索。所以我們做動物溯源的工作還是有一定的意義。
冠狀病毒是如何進行復制的？
冠狀病毒的復制過程大部分是從小鼠肝炎病毒了解到的。ACE2受體是SARS-CoV和SARS-CoV-2病毒進入宿主細胞的受體，進入細胞后，病毒脫殼，正鏈RNA變成負鏈RNA，負鏈RNA再變回基因組正鏈RNA，這叫復制。然后由負鏈RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生一些亞基因組mRNA，翻譯成蛋白，然后組裝成病毒顆粒，最后釋放，這是病毒復制的完整過程?，F(xiàn)在有應用的一些抗病毒的藥物，其實都是抑制它不同的作用點。
上面表格中比較了七種不同冠狀病毒的特點，潛伏期多數(shù)在一周內(nèi)，MERS和SARS稍微長一點，SARS-CoV-2大部分還是比較短的，介于這兩者之間。人類冠狀病毒有季節(jié)性，但是SARS-CoV-2是否具備季節(jié)性還是未知的。但總體來講它的致死率是比較低的，前段時間全世界的統(tǒng)計致死率只有3.5%，現(xiàn)在可能更高了一些。
人類的冠狀病毒229E、OC43、NL63和HKU1，它們在人類里面有非常好的適應性，不需要動物中間宿主就已經(jīng)在人里面?zhèn)鞑チ?。它們會引起普通感冒，可以在社區(qū)里面獲得，常年在人里面存在。它會造成感染，而且傳染性非常強。但是SARS和MERS需要一個動物的中間宿主，它們還沒有完全適應，致病性比較強，致死率比較高，但是人傳人不能夠持續(xù)，用隔離的方法能夠很有效地控制。SARS-CoV-2是介于兩者之間的，它與SARS-CoV很相似，但是傳染性更強而致病性更低，不過致病性仍舊要比其它的人類冠狀病毒高。
講到新冠病毒，特別要指出的是袁國勇教授和陳福和博士，他們從1月10日開始就進行了深入細致的家系研究，這需要非常有好的洞察力、領(lǐng)導才能以及求真務實的精神。大家可能沒有注意到這項工作的重要意義，他們在1月17日就完成了這個工作，他們發(fā)現(xiàn)了什么呢？第一，以確鑿證據(jù)提出來病毒可以人傳人，而且在家庭范圍內(nèi)，它的傳播率達到83%。在深圳的7個人里面，6個人被感染了，再回溯他們的家庭，包括在武漢的成員在內(nèi)共有83%受感染，確切表明病毒的傳染性比較強。同時他們也注意到患者有腹瀉癥狀，而且還找到了一個無癥狀的10歲男孩，但是核酸檢測陽性。我們現(xiàn)在有8萬多確診病例，但是他們最早在1月初的時候就把病毒的流行特點和重要特性全部都搞清楚了。最早收治的病例是1月10日，里面有一個無癥狀的感染者。
他們的工作非常值得大家比贊，對逆轉(zhuǎn)疫情防控的被動局面作出了關(guān)鍵性貢獻，為國家制定正確的防控策略提供了科學依據(jù)。由此可見，無論是基礎(chǔ)的還是臨床的工作，其實對于疫情防控都可以起到重大作用的。這個工作也體現(xiàn)了香港大學的價值和香港大學深圳醫(yī)院的重要地位和作用。
加強對無癥狀攜帶者的監(jiān)測和研究，從1月17日發(fā)現(xiàn)至今我不斷呼吁，還有其他很多科學家也在呼吁，現(xiàn)在我們終于重視了。我們要注意他們的病毒載量是高是低？兩者比例如何？病毒的釋放情況如何？這些都是非常值得弄清楚的。除了無癥狀的外，還有一些在潛伏期就有傳染性的，還有一些病人癥狀非常輕的，這些人的病毒傳播情況也需要引起重視。
這些無癥狀者到底是什么情況？我認為有兩種情況，一種是像儲存宿主一樣，是不致病的。像流感病毒在水鳥里是無病的，艾滋病在黑猩猩和白頂白眉猴里也是不致病的。而人類冠狀病毒也有比較多的無癥狀攜帶者，一種情況可能是他們抗病毒反應比較強，病毒的復制受到一定抑制，這種情況下他們的病毒載量是比較低的。另一種情況是比較糟糕的，HIV在猴子和黑猩猩里面，病毒的復制和免疫反應脫鉤了，雖然被感染了，但是免疫反應很弱，這種情況下他們的病毒載量就比較高，也比較危險。這兩種情況所占的比例非常值得弄清楚。
冠狀病毒如何進行特異性診斷
特異性診斷還是靠逆轉(zhuǎn)錄PCR，即聚合酶鏈反應來檢測病毒的核酸。如果用抗體檢測，可以使用膠體金的辦法檢測抗體的IgG和IgM，也可以使用ELISA檢測抗原抗體。現(xiàn)在最重要的還是依賴核酸檢測，抗原抗體的檢測剛剛開始，抗原試劑質(zhì)量還要獲得國家批準。其中有一個問題是復陽，有些人發(fā)現(xiàn)核酸檢測兩次陰性以后過一段時間再檢測呈陽性，這是為什么呢？我認為這種情況最大的可能還是沒有測準，就是說檢測為陰性的時候這個病毒還沒有被清除。而且在新冠治療方面我們注意到，病例里面使用類固醇激素相當普遍，而某一些中藥也有類似類固醇的特性。國際上已經(jīng)知道對其它冠狀病毒來說類固醇激素的使用會延長病程，病程的延長對疾病的預后是否有影響還值得進一步研究。之前SARS-CoV發(fā)現(xiàn)在腸胃道一直有病毒的釋放，持續(xù)時間短則一個月，最長可達兩三個月。因為腸道黏膜免疫的關(guān)系，即使血液里已經(jīng)有中和抗體也不能保護腸道。
上圖是核酸抗原抗體的變化，以HIV為例，它的RNA是紅色的峰，抗原是綠色的峰，抗體是藍色的峰。
上圖是RT-PCR檢測方法，主要是通過熒光定量PCR作出檢測，是我們現(xiàn)在做特異性診斷的看家法寶。
上圖是使用膠體金的辦法做抗體檢測。
當然還可以用更簡便的方法就是ELISA，既可以測抗體，也可以測抗原，如果要測抗體就要生產(chǎn)高質(zhì)量的抗原，如果要測抗原就要有高質(zhì)量的抗體。
新冠病毒該如何治療
其中一種辦法是老藥新用，使用干擾素、利巴韋林、RNA聚合酶的抑制劑、瑞德西韋以及恢復期的血清。美國FDA最新緊急批準了兩個藥品用于新冠治療，一個是恢復期血清，另一個是磷酸氯喹。我們從第一版到第七版的診療里面都還允許使用類固醇，我想重點講一下我對這個問題的分析和看法。
先來看一下這些藥的作用機理，利巴韋林是抑制mRNA帽的合成，從而阻斷病毒RNA的轉(zhuǎn)錄，所以它是廣譜抗病毒。干擾素有顯著抗病毒的活性和免疫調(diào)節(jié)的活性。磷酸氯喹對自噬過程有些影響。
人體是靠自身免疫來戰(zhàn)勝病毒的，但是免疫反應同時引發(fā)了癥狀，包括細胞因子風暴以及肺的炎癥。我們大部分藥是抗病毒藥，把病毒消除了，這些癥狀都會減緩。大家知道類固醇激素抗炎癥反應立竿見影，但是抑制住免疫，就無法控制住病毒了，反而會大量增長。因此我從2004年開始就一直非常反對用類固醇治療SARS或者新冠。
我們從文獻中發(fā)現(xiàn)瑞德西韋對一般的社區(qū)獲得性冠狀病毒都有效，對于SARS-CoV和MERS-CoV也有效，也找到了它的作用位點主要是聚合酶以及具有校正功能的外切核酸酶。
再講激素，激素對冠狀病毒的作用，很久之前就有很好的研究。1964年發(fā)表于PNAS的工作，發(fā)現(xiàn)老鼠或者細胞不能被小鼠肝炎病毒感染的，如果給予激素馬上就能被感染。1969年發(fā)表于Gut的論文，從細胞水平到動物水平都進行了非常細致的研究。
我想提醒大家注意的是，他們看到高劑量類固醇促進病毒復制并增強病理反應的效果最強，但即使每天僅使用低劑量的0.05mg氫化可的松或者0.1mg的潑尼松龍仍然可以看到對病毒復制的刺激效應。類固醇的使用能刺激病毒復制增加50到1000倍。對于SARS-CoV，當年香港總結(jié)的經(jīng)驗也是認為類固醇使用會造成更多的死亡，而且病情也更嚴重。對于MERS的研究也清楚表明類固醇會延長病毒的清除。
我們從HIV里面可以學到很多，從HIV的復制周期來看，抑制病毒融合有抗融合的藥，抑制受體結(jié)合有抗受體結(jié)合的藥，然后有逆轉(zhuǎn)錄酶和蛋白酶的抑制劑。蛋白酶抑制劑能用于HIV也可以用于新冠。姜世勃教授就是這方面的先驅(qū)者，通過了解病毒表面的蛋白和細胞受體之間相互作用，然后抑制病毒和細胞的融合。
姜教授研發(fā)的藥物主要抑制病毒表面的纖突蛋白中的兩個螺旋區(qū)HR1和HR2之間的相互作用，抑制了它們的相互作用就可以達到抗病毒的效果。同樣的原理可以應用到新冠，這些都是很值得我們研究的方向。
我們從HIV可以借鑒這些治療藥物，包括抑制病毒進入細胞的藥物、蛋白酶抑制劑、復制酶抑制劑、解旋酶抑制劑、細胞標靶藥物以及抗炎的藥物，這些都是值得研究和試用的。抗炎藥物中有白介素6受體的抗體，能夠抑制白介素6作用，目前用于抗擊新冠的細胞因子風暴已經(jīng)有比較好的效果。而細胞的標靶藥物中，TMPRSS2蛋白酶可以把SARS-CoV或者SARS-CoV-2的纖突蛋白切割成S1和S2，抑制此酶也確實有抑制病毒復制的作用。
下面簡單講講疫苗。疫苗包括多種類型，有滅活疫苗，有死疫苗，有一些是用載體送遞的，還有一些亞單位疫苗，蛋白質(zhì)疫苗，DNA疫苗和mRNA疫苗。
脊髓灰質(zhì)炎病毒的預防最初是用滅活疫苗或者減毒活疫苗。疫苗的研制過程數(shù)以年計，過去很多病毒學家終生就做了一兩個疫苗，他們留下來的就是我們的財富。
DNA疫苗，可以用不同方式送遞，可能是裸露的DNA，也可能把它包被進納米顆粒。DNA疫苗可以直接作用于抗原呈遞細胞，或者間接做肌肉注射/皮下注射后再把抗原呈遞給抗原呈遞細胞，去激活B細胞和T細胞，分別激活抗體免疫和細胞免疫。所以DNA疫苗的優(yōu)點是可以同時激活細胞免疫和體液免疫。
DNA疫苗的優(yōu)點是相對蛋白質(zhì)疫苗研制比較容易，但缺點是免疫原性特別差。因為DNA會整合，為了解決這個問題又研發(fā)了mRNA疫苗，從cDNA產(chǎn)生mRNA，或者這個mRNA可以用體外轉(zhuǎn)錄甚至合成的方法做出來，然后通過mRNA直接在細胞質(zhì)里表達出蛋白，蛋白的抗原傳遞給呈遞細胞去激活免疫。當然我們增加mRNA送遞的辦法，可以用這種脂質(zhì)體的納米顆粒包成像病毒一樣增加其穩(wěn)定性和抗擊RNA酶的能力。
mRNA疫苗是美國第一個批準做人體安全性試驗的疫苗。我們國家批準的是一個腺病毒疫苗，我們利用腺病毒載體去呈遞新冠的纖突蛋白，但需要注意腺病毒是否會引發(fā)免疫反應。這些方法都可以用于研發(fā)新冠疫苗，最簡單的當然是滅活疫苗。把病毒收集起來用福爾馬林或者紫外照射殺死來制備滅活疫苗，但是安全性有隱患。
過去SARS疫苗有一些已經(jīng)進行了人臨床試驗，有一定效果。但是安全性和有效性還是值得研究。比較有挑戰(zhàn)性的是制備一個減毒活疫苗，減毒活疫苗的優(yōu)點是可以刺激全面的免疫反應?；蛘咧苽鋪唵挝灰呙?，只表達一些病毒的亞單位?；蛘呤抢貌《据d體制備的疫苗，例如此次利用腺病毒表達纖突蛋白的疫苗。
目前的情況下每一種疫苗都值得嘗試，哪一種能成功我們就用哪一種。新型的疫苗中涉及到重組DNA、二代測序或者結(jié)構(gòu)生物學都可以使疫苗做得更好。即使疫苗不是很理想，但是有好的免疫效果還是可以使用。
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