新型冠状病毒及其与猪冠状病毒的相关性和启示

推荐语:新型冠状病毒肺炎在我国暴发以来,对我国经济乃至人民生活带来巨大影响。疫情肆虐下,我国科研工作者尽全力开展相关研究,养猪战线科技人员亦展开科学探索,并取得重大进展。新型冠状病毒能否构成跨种传播、对蝙蝠携带冠状病毒多样性和分布区域的研究具有什么重大意义、被证明最适合开发的疫苗及治疗性抗体靶标的蛋白是什么,本文为你一一揭晓。

摘 要

2019年底新型冠状病毒(SARS-CoV-2)造成了对人类健康构成了巨大威胁的疫情,但其与猪冠状病毒基因组序列相似性低,在决定病毒宿主嗜性和毒力的纤突(spike,S)蛋白结构上具有较大差异,据此推测不能构成跨种传播。对蝙蝠携带冠状病毒多样性和分布区域的研究可有助于分析其对人类和养殖业的威胁,在公共卫生中具有积极意义。针对突发疫病,快速响应获得原始材料数据有助于疫病诊断、治疗和预防研究的开展。多种人冠状病毒S蛋白被证明是最适合开发的疫苗及治疗性抗体靶标,可在动物疫苗等产品的设计中借鉴。


关键词

新型冠状病毒;猪冠状病毒;纤突蛋白;诊断

冠状病毒(Coronavirus,CoV)能引起人类和动物的呼吸道和肠道感染。21世纪以来,急性致病性冠状病毒引起的疫病,包括急性呼吸综合征(severe acute respiratory syndrome,SARS)、中东呼吸综合征(Middle East respiratory syndrome,MERS)和2019新型冠状病毒(SARS-CoV-2)引起的疫情(COVID-19)对人类健康构成了巨大威胁。

1 冠状病毒疫病的暴发及其动物起源与进化

2019年12月在中国武汉暴发的COVID-19疫情由新型冠状病毒SARS-CoV-2引起,以肺炎并发急性呼吸障碍综合征为特征,截止2020年2月17日15时,已确诊70639例,死亡1772例。SARS-CoV-2全基因序列与SARS冠状病毒(SARS-CoV)相似率为79.5%,与蝙蝠冠状病毒RaTG13株的基因组序列相似率为96.2%,且其细胞受体与SARS-CoV相同,均为血管紧张素转换酶2(ACE2),这说明病原可能来自于蝙蝠,属于SARS相关CoV(SARSr-CoV),而其中间宿主尚未可知。另外,在被感染患者的粪便中可检测到病毒核酸,这表明SARS-CoV-2可能也存在于消化道。

回顾人冠状病毒造成的严重疫病,2002年在中国广东暴发的SARS(最终病例数8098,死亡数774)和2012年在中东暴发的MERS(至今病例数2494,死亡数858)在患者中引起严重的呼吸道感染和肺炎。SARS-CoV和MERS-CoV的自然宿主均为蝙蝠,分别由果子狸和单峰驼这两种中间宿主传播至人类。

SARS-CoV的病原核酸及其特异性血清抗体可在果子狸中检测到,但未确认病毒源头。直至2013年,在中国云南蝙蝠中分离的冠状病毒与SARS-CoV基因组序列相似率达95%,且可以使用ACE2作为细胞受体,被认为与SARS-CoV具有相同的直系祖代,这说明SARS的暴发有可能是野生动物交易中由被感染动物异地传播所引起。

MERS-CoV的细胞受体是二肽基肽酶4(DPP4),病毒特异性抗体在骆驼中普遍存在,甚至在1983年采集的骆驼血清中也可检测到,病毒可能由中东地区骆驼游牧业及骆驼群的频繁接触实现传播而引起疫病的暴发。

中国养猪业体量巨大,急性突发性的猪病毒性疫病不仅会对畜牧业经济造成严重影响,一旦其存在跨种传播的风险,对人类健康也会造成严重危害。2016年发现在仔猪中具有高致病性的猪急性腹泻综合征(SADS)由一种与人HKU2毒株相关的蝙蝠冠状病毒SADS-CoV引起,以严重腹泻和呕吐为特征,在广东4个猪场中造成了24693头仔猪的死亡,5日龄仔猪死亡率在90%以上。研究发现SADS-CoV可能由蝙蝠体内的冠状病毒重组而来。但SADS-CoV与SARSr-CoV序列在S基因存在明显差异,其细胞受体还未可知,且非为已鉴定的冠状病毒受体。

猪冠状病毒PEDV、TGEV和SADS-CoV以侵害仔猪消化道为主要特征,临床症状为呕吐、食欲不振以及水样腹泻,病理以散在的肠细胞坏死脱落和肠绒毛损伤为特点,病毒分类学上与水貂冠状病毒和灵猫冠状病毒同属Alpha冠状病毒属,与属于Beta冠状病毒属的SARS-CoV、MERS-CoV及SARS-CoV-2在全基因组和决定病毒宿主嗜性与毒力的S蛋白上具有明显的差异(仅为26%左右),亲缘关系相对较远,据此推测2019新型冠状病毒不具备跨种传播至猪的病原嗜性基础。

鉴于大多数冠状病毒具有相同的自然宿主,且人冠状病毒感染并非局限于呼吸系统,病原也可在消化道被发现,这与猪冠状病毒侵袭的靶器官具有一定重叠,病毒重组造成的可能的宿主嗜性变化不可忽视,因此在养殖生产中,做好生物安全防护,防止野生动物对养猪业的侵扰具有实际意义。

2 当前新型冠状病毒肺炎的诊断、治疗和预防

冠状病毒引起的急性感染对公共卫生具有严重影响,早期准确的病原诊断在疫病的应对上具有重要意义,是疫病治疗和预防的基础。

2.1 诊断

以快速公布的病毒基因组序列为基础建立的实时荧光定量PCR方法被应用于SARS-CoV-2的检测,但在应用中存在假阳性等结果,方法稳定性有待提高,已有利用全基因组测序和人工智能(artificialintelligence,AI)计算的方法进行病例基因分析(耗时约半小时),确认病原的同时亦可进行病毒变异分析。

2.2 治疗

Remdesivir是吉利德(Gilead Sciences)公司开发的一种小分子核苷核糖类似物药物,可抑制多种RNA病毒的RNA依赖的RNA合成酶(RdRp)活性。实验证明Remdesivir对MERS-CoV和SARS-CoV均有抗病毒活性,现在已有一例美国新型冠状病毒感染病例通过使用Remdesivir配合给药治愈的报道。抗HIV药物洛匹那韦和利巴韦林(Lopinavir/Ritonavir)因其在SARS上具有治疗效果也被快速应用于此次新型冠状病毒感染的治疗评价中。

Regeneron Pharmaceuticals公司前期设计表达的MERS治疗性单克隆抗体(针对S蛋白)具有明显的体内中和病毒作用,可减轻呼吸症状和肺部病毒载量,基于此抗体开发平台,对SARS-CoV-2的治疗性抗体开发正在进行中。

2.3 预防(疫苗)

美国国家过敏和传染病研究所(NIAID)和Inovio公司使用DNA作为疫苗研发平台,机体在注射病毒DNA后编码特异性病毒蛋白,激发机体免疫反应。前期已基于此平台获得了MERS疫苗(基于S蛋白),已进入临床试验阶段。针对SARS-CoV-2,两家机构的疫苗设计仍为依赖S蛋白的序列相似性。

3 对猪病毒性突发疫病的应对思考

鉴于冠状病毒病的突发性和病原的高致病性,在猪病毒病突发时,除生物安全防范措施外,还需做到以下几点:

1)快速响应获得原材料与确定病原,为诊断、治疗和预防等工作的开展奠定基础。

2)快速建立稳定的诊断方法(核酸)应对疫病暴发初期的紧急需求。

3)诊断与治疗中,具原始活性的病毒蛋白及高亲和力抗体的研发可为疫病暴发后分析机体自身免疫水平和配套疫苗免疫效果的监测及治疗提供材料和方法。

4)冠状病毒疫苗研发具有不同的平台(亚单位、DNA),其中S蛋白被研究证明是最适合开发的靶标,可在动物疫苗设计中借鉴。

4 总结

人新型冠状病毒与猪冠状病毒基因组序列相似性低,S蛋白结构具有较大差异,据此推测不能构成跨种传播。靠近蝙蝠栖息地的人类活动和野生动物交易可能造成病原与宿主交集几率增大,可能会对病毒传播造成潜在的影响;对蝙蝠携带冠状病毒多样性和分布区域的研究可有助于分析其对人类和养殖业的威胁,在公共卫生中具有积极意义。针对突发疫病,快速响应获得原始材料数据有助于疫病诊断、治疗和预防研究的开展。多种人冠状病毒S蛋白被证明是最适合开发的疫苗及治疗性抗体靶标,可在动物疫苗等产品的设计中借鉴。

来源:猪业科学,本文作者:黄柏成、肖燕、田克恭 ,如有侵权,请联系我们删除。本文观点仅代表作者观点,不代表本平台观点。

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