近25年来:“超级病毒”为何多数源于蝙蝠?
新冠病毒疫情發(fā)生后,大家都在問(wèn),類似SARS、新冠病毒事件,是偶發(fā)的還是可預(yù)測(cè)的?到底武漢是12月初還是11月就出現(xiàn)新冠病毒?病毒是怎么來(lái)的?又如何傳播的?目前還不知道正確的答案,但是我想通過(guò)SARS讓大家了解一下,這個(gè)領(lǐng)域的工作很重要,但是必須要有耐心,科學(xué)家還是要花很多時(shí)間才能解決這個(gè)問(wèn)題。接下來(lái)科學(xué)家要做的工作有很多,我個(gè)人現(xiàn)在比較注重的是血清學(xué)。
上圖是25年的研究回顧。1990年,我到澳大利亞的一個(gè)動(dòng)物健康研究所,現(xiàn)在仍然是世界上最大的P4實(shí)驗(yàn)室。去實(shí)驗(yàn)室以前我是做生化和分子生物學(xué)的,不像金冬雁教授本來(lái)就是搞病毒的,我是半路出家,從生化和生物化學(xué)轉(zhuǎn)向病毒。但是比較幸運(yùn),我在病毒學(xué)界做了大概3年左右,在澳大利亞發(fā)現(xiàn)了亨德拉病毒,現(xiàn)在回過(guò)頭來(lái)看,這是近代病毒史上第一個(gè)從蝙蝠傳給馬、傳給人,它的中間寄宿是馬,我有幸為這個(gè)病毒命名。
我們發(fā)現(xiàn)了亨德拉病毒4到5年以后,在馬來(lái)西亞和新加坡暴發(fā)了尼帕病毒,這個(gè)病毒的規(guī)模要比亨德拉大,但是它們兩個(gè)病毒就像SARS和新冠一樣,它們是屬于同一種病毒。現(xiàn)在孟加拉國(guó)和印度,尼帕病毒幾乎每年都有發(fā)病。2002、2003年暴發(fā)SARS,當(dāng)時(shí)我還在澳大利亞,澳大利亞當(dāng)時(shí)沒(méi)有一個(gè)SARS病人,后來(lái)很榮幸我被世界衛(wèi)生組織邀請(qǐng)參加溯源調(diào)查組,在那里我結(jié)識(shí)了武漢病毒所石正麗老師。2005年,我們第一次在蝙蝠里面發(fā)現(xiàn)類SARS病毒。
2012年,我們又發(fā)現(xiàn)了MERS中東呼吸綜合癥,我們知道直接傳給人的動(dòng)物是駱駝,但是不是起源蝙蝠,大家還有爭(zhēng)議。埃博拉病毒是比較老的病毒,70年代我們就知道它,2014年的時(shí)候它有一次大規(guī)模暴發(fā),這次暴發(fā)比較直接的證據(jù)證明它是由蝙蝠傳到人的,到2019年就是新冠病毒,我們現(xiàn)在不知道它起源在哪里?中間宿主是什么?多數(shù)認(rèn)為很可能它也是起源于蝙蝠。
自從和石正麗老師一起合作,我們?cè)隍鹄锩姘l(fā)現(xiàn)了大量的類SARS病毒,我們一直就在預(yù)測(cè),SARS不會(huì)只有一次大規(guī)模新發(fā)傳染病的暴發(fā),過(guò)去10-15年我們一直在預(yù)測(cè)這個(gè)事情。之前我做報(bào)告的時(shí)候,大家都問(wèn)我SARS會(huì)不會(huì)回來(lái)?我的答案是,肯定會(huì)。當(dāng)2012年MERS出現(xiàn)的時(shí)候,我們這個(gè)領(lǐng)域工作的人感到有點(diǎn)失望,我們當(dāng)時(shí)的預(yù)測(cè)只對(duì)了一半:這次是一個(gè)蝙蝠的冠狀病毒,但是它在另一個(gè)分支不在類SARS分支上。后來(lái),2013年作報(bào)告的時(shí)候我就說(shuō),可能下一次出現(xiàn)的蝙蝠的冠狀病毒也許和SARS或者M(jìn)ERS有關(guān)。
作為科學(xué)家,假如你的預(yù)言是正確的應(yīng)該高興,但是這次新冠對(duì)我們來(lái)說(shuō),我們的預(yù)言是正確的,但是它的規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們這個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)家的預(yù)測(cè),所以有點(diǎn)悲喜交加。
2016年,我和武漢病毒研究所的周鵬研究員科研合作,我們的題目就是Combating the next SARS-or MERS-like emerging infectious disease outbreak by improving active surveillance,我們一致認(rèn)為類SARS、MERS的新發(fā)傳染病肯定還會(huì)發(fā)生,所以我們必須要做平時(shí)的流行病學(xué)的調(diào)查,尤其是在蝙蝠里面。
去年,我在Current Opinion in Virology雜志上發(fā)表一篇綜述文章,當(dāng)時(shí)編輯要我們一定要說(shuō)接下來(lái)認(rèn)為最危險(xiǎn)的是哪一類病毒?病毒學(xué)家現(xiàn)在還是比較統(tǒng)一的,認(rèn)為大規(guī)模暴發(fā)的還是流感病毒,流感對(duì)人類的危害肯定是最大的。我們有過(guò)H5N1、H7N9,2009年的時(shí)候還有H1N1,流感病毒每幾年肯定會(huì)有一次暴發(fā)。第二我認(rèn)為是蝙蝠的冠狀病毒。這是去年的7、8月份的文章,幾個(gè)月以后就出現(xiàn)了新冠病毒。
新冠病毒給人類帶來(lái)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)
這次新冠病毒給我們帶來(lái)很多挑戰(zhàn)。第一個(gè)我認(rèn)為最重要的一點(diǎn),是申報(bào)規(guī)則。到現(xiàn)在為止我們還是在遵循科赫假說(shuō),這是100多年前的事情,100多年前設(shè)的規(guī)定,新發(fā)傳染病出現(xiàn)的時(shí)候,第一要有病人群體,第二要從病人里面分到病原,第三要從體內(nèi)能夠長(zhǎng)這個(gè)病原,第四能夠放回去它也要能夠?qū)е峦瑯拥牟 3说谒囊酝猓?大部分還是按此“規(guī)矩”在辦。
這是100多年前定的規(guī)矩,現(xiàn)在包括新冠病毒,我們還是在遵循這個(gè)規(guī)則,盡管有了高通量測(cè)序,但是我們的通過(guò)系統(tǒng),等到你看到序列的時(shí)候,一般來(lái)說(shuō)每個(gè)國(guó)家的政府都不會(huì)馬上去申報(bào)就是它了,還是要等申報(bào)病原,還是要做病原學(xué)的調(diào)查。我認(rèn)為這不是一個(gè)國(guó)家的問(wèn)題,而是整個(gè)世界的。
所以從世界衛(wèi)生組織到每個(gè)國(guó)家的衛(wèi)生部,也許通過(guò)新冠病毒以后我們要考慮是不是仍然按照舊的方法來(lái)證明病原,然后才來(lái)舉報(bào)。還是可以通過(guò)高通量測(cè)序,舉報(bào)的不一定是確定的病原,可以是懷疑的病原,這可能是非常大的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
第二點(diǎn),在中國(guó)的媒體報(bào)道特別多,在海外媒體不太多,關(guān)于科學(xué)家發(fā)文章和疫情應(yīng)對(duì),這里面怎么平衡,我不作太多的評(píng)論,但這肯定是一個(gè)挑戰(zhàn)。
第三個(gè)挑戰(zhàn),盡管這個(gè)病是對(duì)人體有害,而且好多人死亡了,但這個(gè)病是人畜共患病,我們對(duì)待這種病的時(shí)候,以后還要共同參與,不僅僅是人醫(yī)、獸醫(yī),動(dòng)物學(xué)家、搞環(huán)境的、搞人類學(xué)的都要一起參與,這一次我們做的仍然不行。
還有一個(gè)命名,在文獻(xiàn)和媒體當(dāng)中也有很多報(bào)道。現(xiàn)在新發(fā)傳染病,其他傳染病也很頭痛。文章里面還沒(méi)有談到一個(gè)問(wèn)題,就是關(guān)于社交網(wǎng)絡(luò),社交網(wǎng)絡(luò)是雙刃劍,我們可以從中知道很多東西,但是現(xiàn)在假消息實(shí)在太多,不僅僅是一般的老百姓可以到社交網(wǎng)絡(luò)上發(fā)表言論,連科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度都是不夠,很多東西發(fā)出來(lái)非常不嚴(yán)謹(jǐn),然后造成恐慌。
還有一個(gè),這些是蝙蝠帶的病毒,但肯定不是蝙蝠的錯(cuò)。蝙蝠在地球要比人類早很多年,大概有6500萬(wàn)年,它肯定比我們老、比我們?cè)纾运鼈冊(cè)诘厍蛏虾筒《镜墓采P(guān)系已經(jīng)是非常平衡了,所以由于人類近期的活動(dòng)造成了不平衡的,所以我們看到更多的蝙蝠病毒外泄,傳到人身上。
最后一個(gè)教訓(xùn),每次新發(fā)傳染病出現(xiàn)的時(shí)候,我們總覺(jué)得備戰(zhàn)不夠,就像SARS一樣,SARS已經(jīng)是足夠大的新發(fā)傳染病,但是SARS以后,科研經(jīng)費(fèi)馬上沒(méi)有了,重視程度也沒(méi)有了,我們今天討論的最多的問(wèn)題就是關(guān)于新冠病毒到底能不能有一個(gè)馬上上市的疫苗,能不能對(duì)人有保護(hù)作用。
假如SARS暴發(fā)以后的非疫情時(shí)期,我們不停地全力以赴的做這個(gè)工作的話,也許這一次新冠來(lái)的時(shí)候我們的平臺(tái)已經(jīng)有了,我們的經(jīng)驗(yàn)也有了,所以無(wú)疫情時(shí)期一定要引起重視,所有的科研也好、政策也好、舉報(bào)系統(tǒng)也好、備戰(zhàn)也好,這些工作如果停下來(lái),再下一次戰(zhàn)爭(zhēng)來(lái)的時(shí)候,再次暴發(fā)新發(fā)傳染病的時(shí)候,我們會(huì)犯同樣的錯(cuò)。
關(guān)于病毒起源現(xiàn)在爭(zhēng)執(zhí)也很多,我個(gè)人感到非常沮喪的是關(guān)于病毒起源政治參與太厲害。石正麗老師的工作到現(xiàn)在為止是最有說(shuō)服力的,蝙蝠里有一個(gè)病毒96%和新冠病毒是同源的,蝙蝠起源的可能性很大,當(dāng)然我們還有很多工作要做。對(duì)于蝙蝠的病毒來(lái)說(shuō),盡管有可能直接從蝙蝠傳給人。但是因?yàn)轵鸷筒《局g的平衡很好,所以一般的蝙蝠病毒帶的病毒量不是很高,它傳給其他動(dòng)物和人的概率很低。
一般來(lái)說(shuō),小概率事件一定要通過(guò)中間宿主來(lái)放大,這個(gè)中間宿主在澳大利亞的亨德拉是馬,SARS是果子貍,新冠病毒我們還不知道,前一陣子有的人說(shuō)是穿山甲,我覺(jué)得蛇的可能性很小,穿山甲還是有可能,我個(gè)人認(rèn)為肯定是哺乳動(dòng)物。但是穿山甲這方面的工作我們肯定還要做。
從去年開(kāi)始,穿山甲和新冠病毒相關(guān)的有幾篇文章,今年文章就上到不同高度了。首先是港大管軼他們的Nature文章,最近華南農(nóng)大沈永義的文章。
主要的論點(diǎn)就是圖中這些紅點(diǎn)就是從穿山甲來(lái)的類新冠病毒,和COVID-19有關(guān)的病毒。但是和人的,和石正麗老師發(fā)現(xiàn)的蝙蝠病毒來(lái)說(shuō),它們相對(duì)來(lái)說(shuō)同源性要低一點(diǎn),整體基因組的同源性在90%左右。
很有意思的就是,它們關(guān)鍵的受體結(jié)合位點(diǎn)即受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域反而同源性很高。我是比較注重血清學(xué)的,我個(gè)人認(rèn)為這兩篇文章的弱點(diǎn)就在于它們都做了分子的鑒定、病毒的分離,但是血清學(xué),華南農(nóng)大的文章有一點(diǎn)就是沒(méi)有做中和實(shí)驗(yàn),港大就沒(méi)有血清學(xué),我認(rèn)為血清學(xué)在這個(gè)領(lǐng)域還要加強(qiáng)。
上圖網(wǎng)上傳的比較多,很有意思,大家現(xiàn)在都認(rèn)為穿山甲是頭號(hào)懷疑對(duì)象。看一下當(dāng)時(shí)市場(chǎng)的價(jià)目表里倒沒(méi)有穿山甲。當(dāng)年SARS暴發(fā)時(shí),果子貍起了很大作用,在這個(gè)市場(chǎng)上活的果子貍在賣(mài),果子貍?cè)庖灿匈u(mài)。接下來(lái)的工作里面,穿山甲肯定要做,但是還有很多其他野生動(dòng)物,包括果子貍肯定不能放棄,尤其是血清學(xué)調(diào)查,我覺(jué)得可以做大規(guī)模的調(diào)查。
談到起源的問(wèn)題。當(dāng)時(shí)SARS時(shí)關(guān)于動(dòng)物起源的研究,和新冠有點(diǎn)不一樣,當(dāng)時(shí)SARS暴發(fā)以后,港大管軼他們課題組馬上去了廣東,不同的活體動(dòng)物市場(chǎng),野生動(dòng)物市場(chǎng)去采了很多樣。SARS在2002年11月開(kāi)始暴發(fā),2003年3、4月份達(dá)到高潮,4、5月份時(shí)管軼就去了那里采樣。
5月份就發(fā)了上圖這篇影響很大的Science文章,他們發(fā)現(xiàn)果子貍最有可能是它的中間和放大的寄主,所以和新冠不一樣,首先發(fā)現(xiàn)的是直接傳給人的動(dòng)物的宿主。然后世界衛(wèi)生組織和中國(guó)各方面的防御和控制很好,7月份的時(shí)候世界衛(wèi)生組織宣布SARS得到控制。但那時(shí)候我們還不知道果子貍到底是一個(gè)中間宿主還是自然宿主。
后來(lái)我參加了世界衛(wèi)生組織,從此結(jié)識(shí)了武漢病毒所的石正麗、胡志紅她們,我們5個(gè)研究所3個(gè)國(guó)家(2個(gè)中國(guó)的,2個(gè)澳大利亞的,1個(gè)美國(guó)的)通過(guò)一年半到兩年的時(shí)間,我們有血清學(xué)和基因序列的證據(jù),就是說(shuō)蝙蝠里面可以找到類似于SARS的冠狀病毒。我要提醒大家,這個(gè)工作做了兩年,已經(jīng)算很快了。但是我們當(dāng)時(shí)石老師一起找到最同源的病毒是92%的同源性。所以現(xiàn)在媒體都覺(jué)得我們很慢,我覺(jué)得這個(gè)已經(jīng)很了不起,武漢病毒所幾個(gè)星期之內(nèi)他們就發(fā)了Nature文章,蝙蝠里面發(fā)現(xiàn)了一個(gè)病毒96%的同源性。所以這篇Science文章在2005年發(fā)了,很顯然有幾個(gè)不是很理想的,第一,同源性92%,第二,沒(méi)有分到活病毒,第三,用它的刺突蛋白做成假病毒的話,不能用人的ACE2作為受體,所以類SARS病毒和SARS還是有很大的區(qū)別。
石老師他們研究所從2003年以后,不停的去云南采樣,直到2013年,8年終于分到一個(gè)病毒,不僅僅是有活病毒,而且活病毒是可以通過(guò)ACE2進(jìn)入人的細(xì)胞。我想強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn),這個(gè)國(guó)際合作已經(jīng)是非常有效、非常成功,也是十年的工作。現(xiàn)在新冠病毒還不到半年,整個(gè)世界鬧的沸沸揚(yáng)揚(yáng),總覺(jué)得好像起源的問(wèn)題永遠(yuǎn)解決不了了。我近期接受采訪,我一直跟他們說(shuō),大家還是不夠有耐心。
上圖是關(guān)于動(dòng)物命名,我們?cè)诹~刀的文章也提到。好像現(xiàn)在新發(fā)傳染病,尤其是蝙蝠里面來(lái)的病毒,命名總是不能一次到位。
在澳大利亞的時(shí)候,這個(gè)病毒首先出現(xiàn)的我們叫它馬的麻疹病毒,麻疹病毒是一個(gè)病毒屬,它是類似于麻疹病毒,所以叫做馬的麻疹病毒。后來(lái)我做了全基因序列以后,我覺(jué)得它肯定不是麻疹病毒,所以我把它改成亨德拉病毒,在馬來(lái)西亞第一次發(fā)現(xiàn)它的時(shí)候,是馬來(lái)西亞和美國(guó)CDC合作,因?yàn)樗虷endra最為接近,所以就叫類亨德拉病毒。
一位馬來(lái)西亞華人教授,他對(duì)這個(gè)病毒不滿意,他覺(jué)得是澳大利亞,他覺(jué)得要有一個(gè)馬來(lái)西亞的名字就叫了尼帕病毒。我們知道SARS剛出來(lái)的時(shí)候叫非典,后來(lái)世界衛(wèi)生組織把它叫做SARS。MERS一開(kāi)始就叫人的冠狀病毒,后來(lái)荷蘭的EMC把它改成MER病毒。
這次新冠疫情更糟糕了,首先叫它COVID-19-nCoV,現(xiàn)在出了兩個(gè)名字,疾病叫COVID-19,病毒就叫SARS-CoV-2。所以有的時(shí)候開(kāi)玩笑說(shuō),也許是我的錯(cuò),我是第一個(gè)改名的人,馬的麻疹病毒改成亨德拉,從此以后好像這個(gè)傳統(tǒng)就沒(méi)有變過(guò),每次發(fā)現(xiàn)一個(gè)病毒我們都要重新命名,這也是很糟糕的。
What’s next?
現(xiàn)在我想講的是What’s next?COVID-19已經(jīng)不大可能結(jié)局是SARS了,SARS當(dāng)時(shí)盡管傳到了20幾個(gè)國(guó)家,8000多人,也死了700多人,但到最后還是通過(guò)隔離和診斷的方法,最終把這個(gè)疾病在全球控制住了。
COVID-19,這種可能性有沒(méi)有?不是不可能,但是可能性已經(jīng)很小了。這個(gè)情況下,血清學(xué)會(huì)起很大作用。
一般來(lái)說(shuō),血清學(xué)在新發(fā)的人畜共患傳染病中會(huì)起到很大的作用,包括診斷,包括流行病學(xué),一直到病理也好,整個(gè)疫苗產(chǎn)生制造也好,還有動(dòng)物。我們做亨德拉病毒的時(shí)候,包括我們做SARS,都用的血清學(xué)。
對(duì)新冠病毒來(lái)說(shuō),診斷這一塊,急性期診斷,我估計(jì)血清學(xué)不會(huì)起很大作用。現(xiàn)在它的抗體一般要7天到14天產(chǎn)生,抗體能夠比較靈敏的檢測(cè),這樣的話我覺(jué)得還是PCR診斷可能更加準(zhǔn)確。新冠病毒不像SARS,通過(guò)隔離的方式把它根除的可能性很小了。現(xiàn)在面臨很多問(wèn)題,大的挑戰(zhàn)有幾個(gè)。
第一個(gè)就是群體免疫;第二個(gè)是怎么樣確定新冠感染過(guò)的人是安全的,能夠回去工作的,獲得免疫通行證;還有一個(gè)討論比較多的就是,即使得了新冠病毒以后是否能夠有保護(hù)性免疫,有多強(qiáng);還有就是現(xiàn)在康復(fù)的血漿治療大家都在用,中國(guó)、新加坡也在用,但不是每個(gè)病人的血漿都是可以用的;
當(dāng)然最大的問(wèn)題是疫苗,首先能不能產(chǎn)生一個(gè)好疫苗?疫苗大規(guī)模應(yīng)用的時(shí)候,我們?cè)趺磁袛嗟矫總€(gè)、到群體這個(gè)疫苗是不是有效。剛才也講到,到現(xiàn)在為止它的自然宿主和中間宿主現(xiàn)在還不知道;
最后一個(gè)問(wèn)題,現(xiàn)在也開(kāi)始變嚴(yán)重了。現(xiàn)在新發(fā)傳染病,人畜共患病有一個(gè)現(xiàn)象叫回傳,從動(dòng)物傳到人叫傳出,從它跳出來(lái)了,我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)在人里面?zhèn)髁艘院螅瑐魅窘o了人,假如和動(dòng)物有緊密接觸的話,又反過(guò)去傳給動(dòng)物。這叫回傳,或者叫人畜共患病反向傳播。新冠里已經(jīng)發(fā)生了,有狗、貓、老虎都已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了。
這牽扯到用血清學(xué)來(lái)做的話,上面這五個(gè)我們現(xiàn)在急需解決的問(wèn)題,都是和中和抗體有關(guān),光測(cè)到抗體還不能證明它以后的效果,還要測(cè)中和抗體。現(xiàn)在要找自然宿主或者中間動(dòng)物宿主,或者從反向的人畜病毒傳播,從人傳到動(dòng)物的話,牽扯到的動(dòng)物種類已經(jīng)很大了。
我們?cè)诎拇罄麃喿龊嗟吕《静樽匀凰拗鞯臅r(shí)候,查了42個(gè)不同的野生動(dòng)物。設(shè)想一下假如說(shuō)血清學(xué)診斷,每一個(gè)都是要做血清學(xué)的話,這個(gè)工作量就很大了。現(xiàn)在血清學(xué)現(xiàn)在有兩個(gè)很大的挑戰(zhàn),第一個(gè)要是中和抗體檢測(cè),第二個(gè)是不依賴于物種的血清學(xué)研究,也就是不管什么動(dòng)物種,同一個(gè)血清學(xué)的方法都可以測(cè)抗體。
等一下我會(huì)介紹我們現(xiàn)在有一個(gè)發(fā)明,已經(jīng)申請(qǐng)專利,有個(gè)新的血清學(xué)方法。
在講這個(gè)方法之前,我現(xiàn)在重復(fù)一下多數(shù)人已經(jīng)熟悉的,新冠病毒由計(jì)算機(jī)成像的圖片(上圖左上角),這個(gè)圖大家看的很多,右邊這個(gè)圖大家看到的也很多,冠狀病毒的名字就是這么來(lái)的,把病毒做成一個(gè)切面有點(diǎn)像皇冠一樣的,冠的上面就是刺突蛋白。上圖下方就是它的基因組,在新冠病毒里面,基因組里面有一萬(wàn)多個(gè)氨基酸蛋白,然后病毒感染任何人或者動(dòng)物的話會(huì)產(chǎn)生成千上萬(wàn)不同的抗體。在這里面真正能夠起到所謂的中和抗體,具有保護(hù)作用的抗體是非常少的。
我們知道它的保護(hù)抗體是S蛋白有關(guān),上圖綠的編碼的是S蛋白,但是S蛋白本身也有1153個(gè)氨基酸,在這里面真正起作用的就是剛才說(shuō)的,首先產(chǎn)生的抗體有兩種,結(jié)合抗體還有中和抗體,中和抗體占的比例非常小,1%-3%。冠狀病毒里的中和抗體就集中在受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域,它直接和受體結(jié)合域有關(guān)。
我做新冠病毒也做了十幾年,當(dāng)時(shí)我一直想我們現(xiàn)在用的血清學(xué)的方法,我們測(cè)他的中和抗體,現(xiàn)在金標(biāo)準(zhǔn)是用活病毒做,就要P3實(shí)驗(yàn)室。工作量非常大,中和實(shí)驗(yàn)要3到5天,安全實(shí)驗(yàn)室,而且要非常有經(jīng)驗(yàn)的科學(xué)家來(lái)操作。我在想,我們能不能改良這個(gè)方法,就在體外做,不用活病毒做,就像做酶標(biāo)一樣的實(shí)驗(yàn)。這個(gè)靈感就來(lái)自于金標(biāo)準(zhǔn)。
中和實(shí)驗(yàn)是這樣來(lái)的,病毒來(lái)了,病毒和受體ACE2結(jié)合,通過(guò)不同的構(gòu)象變化也好內(nèi)吞作用也好,最后進(jìn)到細(xì)胞里面了,然后開(kāi)始感染,然后致病。我們?cè)谧鲅逯泻蛯?shí)驗(yàn)的時(shí)候,就把抗體先跟病毒孵育,然后把復(fù)合物放到細(xì)胞表面,假如用中和抗體的話,肯定可以阻斷和受體的結(jié)合。
中和抗體還可以阻斷其他的部位,但是多數(shù)就是第一步,不讓它跟受體結(jié)合。優(yōu)點(diǎn)剛才已經(jīng)說(shuō)了,是金標(biāo)準(zhǔn),沒(méi)有其他方法能夠跟它比,因?yàn)樗亲钭钭匀坏姆椒ǎ瑏?lái)檢測(cè)中和抗體。
但是有很多缺點(diǎn),我剛才已經(jīng)講了。還有一點(diǎn)是要求非常高的P3實(shí)驗(yàn)室,還要求非常有經(jīng)驗(yàn)的,一般不經(jīng)常在實(shí)驗(yàn)室工作的人,這兩個(gè)圖片(上圖下)給你看的話很難看出來(lái),左邊是陰性的沒(méi)有中和抗體,右邊是陽(yáng)性有中和抗體。這本身就是非常艱巨的工作。
開(kāi)發(fā)全新的中和抗體測(cè)定方法
3月10日,我和研究生一起討論,是不是可以試一下模擬的抗體的測(cè)試方法。模擬的方法主要是解決這兩大挑戰(zhàn)。第一是我們要在不用活病毒測(cè)中和抗體。第二我們模擬出來(lái)的方法,應(yīng)該和動(dòng)物種類無(wú)關(guān),任何動(dòng)物、任何人都可以用的。
用的方法也就是應(yīng)用了活病毒的做法,比如圖中的病毒就是冠狀病毒,冠狀病毒的S蛋白,它的受體是ACE2,和ACE2結(jié)合以后就進(jìn)去了(上圖左邊),中和抗體和S蛋白,尤其是受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合的話,就阻斷了它的入侵。
我們通過(guò)蛋白工程把蛋白表達(dá)出來(lái),藍(lán)的是S蛋白,我們只表達(dá)它的RBD很小的一部分,ACE2我們把它的跨膜部分拿掉了,就表達(dá)這部分,這是ACE2。ACE2直接包板在ELISA板上面,為了更方便,我們把酶標(biāo),把辣根氧化酶直接和它的RBD化學(xué)偶聯(lián),等RBD和ACE2一結(jié)合,放上底物,就產(chǎn)生藍(lán)色反應(yīng)。中和抗體跟這類完全一樣,先把中和抗體和RBD的HRP蛋白(現(xiàn)在是沒(méi)有活病毒也沒(méi)有細(xì)胞,全部在酶標(biāo)孔里面做)先孵育,然后再放在板上ACE2,假如是中和抗體就不能結(jié)合,不能結(jié)合的話顏色反應(yīng)就沒(méi)有了或者降低了。
我們當(dāng)時(shí)用了三個(gè)蛋白,第一個(gè)是N蛋白(曲線中綠色),它是新冠病毒的內(nèi)殼蛋白,是不結(jié)合受體的,所以不管濃度增加,它是沒(méi)有反應(yīng)的。S1蛋白(藍(lán)色)能夠結(jié)合,但不是很靈敏。用RBD以后,是最靈敏的,所以我們用RBD來(lái)做以后的工作,就是HRP-RBD,這是結(jié)合反應(yīng),量越大越上去,我們控制住兩個(gè)比例,RBD和受體之間的比例,我們來(lái)試能不能中和。圖右上我們用COVID-19的兩個(gè)病人血清1、2,兩個(gè)健康人的血清1、2,就很清楚了,在低濃度的時(shí)候,病人的血清可以很好的中和,這是抑制作用,到75%,逐漸稀釋的話中和效應(yīng)就降低,人的健康血清沒(méi)有任何中和。
很重要的一點(diǎn),新冠和SARS很接近,它們用同一個(gè)細(xì)胞受體ACE2。馬上重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn),用SARS的RBD,也是用HRP偶聯(lián)以后這兩個(gè)曲線差不多的(左下),SARS的RBD也是非常漂亮,我們用SARS血清,除了中國(guó)以外新加坡是亞洲病人比較多的一個(gè)國(guó)家,在東南亞,我們現(xiàn)在還有當(dāng)時(shí)SARS存活下來(lái)的人,采血發(fā)現(xiàn)還是有中和抗體。SARS也是這樣,它的中和效果有的到85%,健康人對(duì)照里面沒(méi)有中和(右下)。
為了表明這個(gè)可以用來(lái)做動(dòng)物的實(shí)驗(yàn),我們不做任何修改,左邊是COVID-19,用兔RBD做的免疫,然后結(jié)果表明1、2、3仍然有中和作用,陰性對(duì)照沒(méi)有中和。右邊是17年前在澳大利亞用雪貂做的實(shí)驗(yàn),這是感染SARS產(chǎn)生的血清1、2,用SARS中和實(shí)驗(yàn)來(lái)做,也是非常漂亮。
根據(jù)上圖結(jié)果可以看到,現(xiàn)在我們已經(jīng)知道COVID-19可以感染貓、狗、虎,水貂、蝙蝠、穿山甲和果子貍是易感動(dòng)物,我相信肯定會(huì)發(fā)現(xiàn)其它的一些動(dòng)物也是易感的,現(xiàn)在試劑盒已經(jīng)商品化了,不僅人可以用,好多動(dòng)物也可以用。
我們文章里面當(dāng)然要分析大量人的數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)見(jiàn)上圖)。在新加坡我們做了75個(gè)COVID-19,這73是PCR陽(yáng)性,沒(méi)有做過(guò)血清學(xué),然后75個(gè)是陰性對(duì)照。在中國(guó)南京有一個(gè)合作單位給我們分析了50個(gè)病人,50個(gè)陰性對(duì)照,大家可以看出,假如你把Cut-off值放到20%到30%的話,基本上沒(méi)有假陽(yáng)性,假陰性估計(jì)1%到5%。假陰性怎么來(lái)的?PCR陽(yáng)性很多病人當(dāng)中不能產(chǎn)生足夠的中和抗體。在所有的病毒里面,只要感染的人多到一定程度是會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象的,有些病人的B細(xì)胞不是很強(qiáng),T細(xì)胞足夠強(qiáng),所以沒(méi)有很高的中和抗體,在中和抗體實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)出來(lái)是陰性。所以可以說(shuō)這個(gè)方法檢測(cè)特異性是100%,但是靈敏度在95%-100%。
我們這個(gè)方法很多的優(yōu)點(diǎn),靈敏度超過(guò)活病毒,而且因?yàn)槭巧磻?yīng),非常安全,不用活病毒,一個(gè)小時(shí)就可以完成,還可以自動(dòng)化。現(xiàn)在很多儀器公司在做這個(gè)事情,把它做成自動(dòng)化。現(xiàn)在對(duì)新冠病毒來(lái)說(shuō),動(dòng)物的血清學(xué)調(diào)查中還有很多工作。
最后一點(diǎn),現(xiàn)在要測(cè)中和抗體的話必須用活病毒或者活細(xì)胞,即使用假病毒,要把Spike蛋白放在假病毒上要在P2實(shí)驗(yàn)室做,如果是新冠病毒的話要進(jìn)P3實(shí)驗(yàn)室。即使用了假病毒,仍然要用活病毒的活細(xì)胞,所以現(xiàn)在為止不僅僅是新冠病毒和SARS病毒,其它所有假病毒測(cè)中和抗體的體系是不能用來(lái)商品化的。為什么?因?yàn)樗馁|(zhì)量是無(wú)法保證的。我們比較自豪的是開(kāi)發(fā)了全新的中和抗體的測(cè)定方法,不用活病毒,不用活細(xì)胞,完全是生化反應(yīng)。
為什么這么多病毒都起源于蝙蝠
大家對(duì)蝙蝠很感興趣,Nature、Science都想讓我們寫(xiě)綜述。為什么都是蝙蝠來(lái)源,25年前從亨德拉以后,埃博拉、MERS,現(xiàn)在又是COVID-19。在哺乳動(dòng)物里面,相對(duì)壽命最長(zhǎng)的就是蝙蝠。什么叫相對(duì)壽命?哺乳動(dòng)物的壽命和身體大小有關(guān),身體越大壽命越長(zhǎng)。世界紀(jì)錄是7克,你做實(shí)驗(yàn)的小鼠就7克,小鼠一般活3年就老的不得了,7克的蝙蝠可以活43年。它不容易致癌。現(xiàn)在最熱門(mén)的是蝙蝠有非常好的病毒基因組,病毒在蝙蝠里面蝙蝠不會(huì)發(fā)病,幾乎是雙贏的。蝙蝠在飛行的時(shí)候代謝率是基礎(chǔ)代謝率的15-30倍,心跳可以加快到1000,體溫可以上升到38-42度。假如人達(dá)到任何一個(gè)指標(biāo),長(zhǎng)期處于這種壓力下肯定會(huì)生病或者死亡,但是蝙蝠就可以抵抗,非常健康。
所以我們2013年的時(shí)候和華大基因組、石正麗老師、美國(guó)、澳大利亞有一個(gè)合作,我們當(dāng)時(shí)做了比較基因組學(xué),把蝙蝠的基因組測(cè)出來(lái)。有兩個(gè)很有意思的發(fā)現(xiàn)。第一,從比較生物學(xué)來(lái)說(shuō),蝙蝠對(duì)DNA損傷的修補(bǔ)特別敏感、特別有效。第二,它的炎癥反應(yīng)是抑制的。炎癥應(yīng)該是抗病毒的,但是我們現(xiàn)在知道,炎癥平衡很重要,平衡的時(shí)候是有保護(hù)作用,過(guò)度就是致病的。現(xiàn)在大家已經(jīng)沒(méi)有爭(zhēng)議了,蝙蝠是比人、小鼠、其他動(dòng)物更健康,健康的原因是它能夠達(dá)到保護(hù)和致病的一個(gè)平衡。一方面它比其他的哺乳動(dòng)物,比如人、鼠的基礎(chǔ)保護(hù)的基因表達(dá)量要高。另一方面,它的致病性到最高的表達(dá)水平有辦法控制住,不讓它達(dá)到致病的等級(jí)。
對(duì)于中國(guó)科學(xué)家來(lái)說(shuō),就太容易理解了,整個(gè)中醫(yī)學(xué)說(shuō)就是陰陽(yáng)平衡,所以我覺(jué)得西醫(yī)上也是這個(gè)道理,達(dá)到健康就是達(dá)到平衡。假如我們不被病毒感染就沒(méi)有防御機(jī)制,容易得病或者死亡。但是太過(guò)了也不行,導(dǎo)致自身免疫疾病。
生物是這樣的,不管你怎么樣進(jìn)化,對(duì)每一個(gè)群體來(lái)說(shuō),還是要有一定的調(diào)節(jié)。但是我們現(xiàn)在看到,調(diào)節(jié)的幅度不同,人最后達(dá)到平衡,但是幅度比較大。蝙蝠也調(diào)節(jié)平衡,但是幅度比較小。這不是憑空想象的,是依靠數(shù)據(jù)。
我們現(xiàn)在用不同的基因做的研究(結(jié)果見(jiàn)上圖),我就舉個(gè)例子X(jué)、Y、Z這些基因。左邊是蝙蝠,右邊是人和鼠。沒(méi)有刺激的情況下已經(jīng)表達(dá)了IND,用化學(xué)刺激或者病毒感染,表達(dá)會(huì)上去,但是幅度比較小。人不一樣,在安全靜止的狀態(tài)下,我們基本不表達(dá),但是我們看到敵人來(lái)了,不管是化學(xué)的還是病毒的,表達(dá)就很高,這個(gè)幅度就不一樣。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一方面它能夠提高它的防御和免疫的基因,另一方面它可以降低它的過(guò)度反應(yīng)。
蝙蝠里面帶的病毒肯定比其它物種要多,而且這些病毒在其他人和動(dòng)物里面致死性很強(qiáng)。所以蝙蝠和其它哺乳動(dòng)物是不是不一樣?我們?nèi)ツ晡覀冊(cè)贜ature Medical發(fā)了文章,我們的合作者寫(xiě)了評(píng)論文章,總結(jié)就是幾個(gè)曲線。
在哺乳動(dòng)物里面可以找到好多規(guī)律(見(jiàn)上圖)。比如我剛才講到的壽命和身體大小關(guān)系,大象能夠長(zhǎng)壽,小鼠壽命很短,人也在曲線上,但蝙蝠就不一樣,它的身體不大,但是壽命在這里。它的繁殖率和壽命是成反比的,所以蝙蝠也是在這條曲線上。
除了這個(gè)指標(biāo),所有其他的指標(biāo)蝙蝠都不在曲線上。我覺(jué)得這是非常漂亮的一篇評(píng)論文章,蝙蝠的進(jìn)化是在6500萬(wàn)年以前,跟大陸上的哺乳動(dòng)物已經(jīng)分支了,6500萬(wàn)年適應(yīng)性的進(jìn)化使它的整個(gè)防御系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和其他哺乳動(dòng)物有很大差異,這個(gè)差異也使得它能夠成為很好的一個(gè)動(dòng)物宿主。
總結(jié)一下,陰陽(yáng)平衡非常重要,陰陽(yáng)平衡不僅可以做到非常健康,而且可以和其他病菌共生。蝙蝠的長(zhǎng)壽和它衰老緩慢也有關(guān),它不容易得癌癥,它是那么多病毒的宿主,但是不發(fā)病,包括和炎癥有關(guān)的病、和自身免疫有關(guān)的病、和代謝有關(guān)的病等等,現(xiàn)在我們提倡把蝙蝠作為新的醫(yī)學(xué)界的模型來(lái)研究。因?yàn)楦哐獕骸⑻悄虿∫捕伎梢栽隍鹄锩鎸W(xué)到很多東西。
到蝙蝠對(duì)人類到底是好還是壞?西方文化里面,蝙蝠都是和比較負(fù)面的形象有關(guān)。中國(guó)人的“福”,是Fortune,不是有害的。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的近25年来:“超级病毒”为何多数源于蝙蝠?的全部?jī)?nèi)容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
 
                            
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