超级流感

2012-04-29 00:44吴青汪琳
大自然探索 2012年3期
关键词:瘟疫流感病毒流感

吴青 汪琳

与核战争、小行星撞地球和外星人入侵一样,“杀人瘟疫”也是好莱坞一直津津乐道的“末日”话题之一。数十年来,一些西方科幻小说家惯于描绘这样的恐怖情景:一种变异病毒从世界某个阴暗角落冒出,迅速传遍全球,导致文明崩溃,城市被弃,尸体在街头堆积如山,最终生命从地球上消失。

好莱坞的一部以恐怖瘟疫为主题的大片《传染》于2011年秋季公映,引起公众和科学家不小的关注,影片的大致剧情是:一名美国女商人前往某国归来后突然发病。随着一种超级流感病毒扩散,先有数十人染病死亡,接着是数千人,然后是数百万人。与此同时,科学家竭尽全力破解它的基因密码并研发疫苗。

《传染》被认为不同于此前很多耸人听闻、把真相当儿戏的瘟疫大片,因为该片所反映的状况,从科学角度讲,是百分之百有可能发生的。用英国伦敦大学病毒学教授、世界流行病权威约翰,奥克斯福德的话来说,《传染》是一部“诚实、出色的电影”。美国哥伦比亚大学流行病学教授兰,里普金博士,在2002-2003年东亚爆发严重急性呼吸系统综合症(一种非典型性肺炎,中国简称“薩斯”)期间,与世界卫生组织密切合作,发现了超过400种病毒。作为该片的技术顾问,他能告诉制片人如果出现一种新型致命流感病毒会导致什么样的后果,这有助于确保《传染》一片的“真实性”。

首先,《传染》里面有大量洗手的场景。许多人以为咳嗽、打喷嚏是流感病毒传播的主要途径,但专家指出,最大的感染风险其实来自于被感染者触摸过的物体~门把手、楼梯扶手、电梯按钮等,所以勤洗手可能比戴口罩重要得多。

其次,是病毒本身的问题。周期性扫荡世界的致命流感通常都是“人畜共患病”,即病毒来源于鸡、野鸟或其他动物,然后在接触人,流感病毒时与后者交换基因信息。即便是在—个单一宿主体内,流感病毒也能轻易地变异和交换基因,这意味着没有哪一种疫苗能对付所有病毒株。一种新病毒株冒出后,一般要花好几周甚至好几个月才能研发出可行的疫苗。最近有两次大面积的流感爆发,分别是2009年发源于墨西哥的H1N1型流感和2005年前后的H5N1型流感(所谓“禽流感”),好在它们都没有变成全球性杀手。以H1N1型流感为例,虽然病毒有高度的传染性,事实上也确实导致数百万人染病,但它的死亡率很低,可能不到1%。H5N1型流感的致死率要高得多,约为50%,但迄今为止这种病毒尚未变异出可以人传人的形式,与病鸟病禽直接接触是染上这种流感的先决条件(不过,虽然禽流感的爆发在2006年达到顶峰后呈回落态势,但联合国最近警告说它可能在全球死灰复燃)。

科学家最担忧的是出现结合了H5N1型流感的毒性和H1N1型流感的传染I生的新病毒株,这并非他们杞人忧天,因为这样的“末日病毒株”在94年前的确出现过一当时一种H1N1病毒株横扫全球,这就是“1918年超级流感”。

1918年超级流感

1918年超级流感还有—个别称,叫“西班牙流感”。其实,最初的案例出现在美国本土和欧洲部分地区,之后才到达西班牙,但当时正值“一战”期间,德国、英国和法国为避免降低士气和向敌方暴露因病死亡人数,对有关新闻实施了管制,而西班牙作为“一战”的中立国,对这类新闻不予审查,西班牙人得以较早认识这种疾病,也就有了“西班牙流感”这个别称。

流感并非战争本身导致的,但士兵密集的营房和大规模的调兵很可能加快了病毒的传播和变异,甚至提升了病毒的致命性。由于营养不良、战争压力和化学武器攻击,士兵的免疫系统弱化,易于感染流感。有历史学家给出一种颇具争议性的说法,即流感病毒在一定程度上帮助了英国和法国,因为病毒率先袭击的是德国和奥匈帝国,它们的发病率和死亡率都高于英法。这场流感之所以在全球范围内蔓延,—个主要因素就是旅行的增加——现代运输系统让士兵、水手和民间旅行者传播病毒更容易。

在美国,超级流感于1918年1月在堪薩斯州的哈斯克尔县首先被观察到。同年3月4日,一名厨师被报告在该县莱利堡兵营里发病。几天内,这个兵营中有522名男性发病。到3月11日,疫情已传播到纽约市皇后区。8月,一种更致命的病毒株同时出现在法国军港城市布雷斯特、塞拉利昂首都弗里敦和美国马薩诸塞州波士顿。11月,超级流感从法国传播到西班牙,由于西班牙媒体的关注,这场超级流感开始被称作“西班牙流感”。

1918年超级流感主要分为两波。第一波就像是一般流感,主要侵犯病人和老人,年轻人和健康者很快痊愈。第二波比第一波严重得多。到8月,当第二波疫情开始袭击法国、塞拉利昂和美国时,病毒已经变异成致命得多的形式。这被归因于战争:在平民生活中,温和的毒株更受进化压力的青睐——重病者待在家里,轻病者照常生活,比如上班和购物,这样一来传播的就是弱的病毒株;而在战壕里,进化压力正好相反——携带弱病毒株者留在战壕中继续战斗,重病者则被拥挤的列车运到拥挤的战地医院,从而让致命病毒株扩散。

在第二波疫情中,就算在死亡率低的地区,许多人也因染病而丧失日常生活能力。有些社区关闭了所有的商店,或者要求顾客待在商店外。护士无法照顾病人,殡葬人员无法处理尸体,人们甚至动用蒸汽铲来挖掘万人坑。在许多地方,尸体不入棺就下葬。不过,1918年秋季后,超级流感疫情突然减弱。科学家推测,这是因为病毒很快变异成了不那么致命的病毒株,这种现象在流感病毒中是很常见的:随着时间流逝,流感病毒的致命性易于减弱,带毒生存的宿主会更多。

从1918~1919年,全球因“西班牙流感”死亡人数的确切数字未知。仅在疫情爆发的最初25周内,流感可能就杀死了多达2500万人。总死亡人数原来估计的是4000万~5000万人,现在估计的是5000万~1亿人。因死亡人数太多,1918年超级流感被称为“有史以来最大的医学浩劫”。

如此巨量的死亡,是由极高的传染率和极严重的症状导致的。当时一份文件中记述:“最惊人的并发症之一是黏膜出血,尤其是鼻子和胃肠出血。耳朵也出血,皮肤上还有瘀斑性出血。”大多数死亡是因为流感引起的一种继发感染——细菌性肺炎,但超级流感病毒自身也可导致大面积出血和肺水肿,从而直接杀人。

普通流感的死亡率只有约1‰,而1918年超级流感导致了感染者中最多达20%的死亡率。据历史学家记载,这场超级流感的最大受害者是孕妇,死亡率高达23%~71%,即使生产后存活下来,很多人也失去了孩子。另一个引人注目的特征是,通常流感对两岁以下的婴儿和70岁以上的老人最为致命,而这场超级流感几乎专杀青壮年,其中99%的死亡都发生在65岁以下人群中,超过半数死者的年龄在20~45岁之间(请参阅相关链接:《为什么强者受害?》)。还有一个奇怪之处是,1918年超级流感在北半球的夏秋季节肆虐范围最广,而一般流感疫情在冬季最严重。

破解超级流感之谜

1918年超级流感的发源地在哪里?一些理论认

为其发源于亚洲,在美国波士顿附近变异后传到法国布雷斯特、欧洲战场和整个世界;一些理论认为其发源地是西班牙、法国布雷斯特或美国堪薩斯。而奥匈帝国档案显示,这场流行病早在1917年就已在奥匈帝国出现,这意味着它有着更早的起源。病毒学专家调查发现,驻扎在法国戴塔普勒的一个英国兵营处于1918年超级流感的漩涡中心,他们认为这里可能是这场恐怖流感的发源地。

这场超级流感的元凶究竟是谁呢?一种假设认为,引起这场流感爆发的病毒株起源于美国堪薩斯州莱利堡军营,那里繁殖家禽、家畜作为肉食,被派往各地的士兵把病毒株传遍了全球。对此,科学界一直存有争议。分析发现,1918年超级流感病毒株的血球凝集素(简称HA)蛋白(存在于病毒囊表面、有助于病毒进人宿主细胞的两种受体蛋白之一),与禽流感病毒株的蛋白质相似,但并非完全相同。科学家据此推测,这种超级病毒要么直接跳转自禽类,然后迅速变异,要么最初来自于一只野鸟,在一个易于感染流感的中间宿主(例如一只家鸡或家畜)身上待了相当长一段时间后传给了人。科学家最终排除了中间宿主的可能,并推测1918年超级流感病毒起源于一种尚未识别的动物流感源,几乎可以肯定是一种鸟,但并非鸭、鹅及岸禽之类的禽鸟。一项最新研究则认为,超级流感病毒可能起源于—种非人类的哺乳动物。

2005年,科学家宣布,他们从埋葬在阿拉斯加永久冻土中的一名1918年超级流感女性死者的遗骸上,以及保存的同时期的美国士兵的遗骸上取样,成功测定了导致这场灾难的病毒的基因序列。2007年1月,科学家宣布,他们用重建的1918年超级流感病毒株感染猴子,结果猴子出现了1918年超级流感患者的典型症状,而且最终死于“细胞因子风暴”——免疫系统的过度反应。这或许能解释1918年超级流感为什么会重创青壮年和健康人群,因为这些人的较强免疫系统可能产生了更强的过度反应。

2008年9月,在死后89年,1918年超级流感受害者英国约克郡爵士马克?希克斯的遗骸被发掘出来供科学家进行调查。科学家之所以对此人感兴趣,是因为他的遗体是被装在衬铅棺材中下葬的,这可能有助于完整保存超级流感的病毒微粒。包括希克斯在内,全球仅存6个1918年超级流感病毒样本。科学家希望,通过研究这些病毒样本,弄清现代H5N1禽流感病毒的基因结构,研发出对未来超级流感的抵御手段。

2010年6月,科学家宣布,最新研发的疫苗对1918年超级流感的病毒株具有抑制作用。尽管如此,科学家仍未完全破解超级流感病毒的形成之谜,也未找到克制流感病毒的万全之策。

假如超级流感再现……

H5N1禽流感病毒过去只发现于禽类动物体内,但最近已跨物种传播给了人,并且已在全球范围内造成了死亡个案,这引发了科学家对下一场超级瘟疫的担忧。回溯过去好几百年历史就会发现,曾经发生过很多次大瘟疫,包括超级流感在内(请参见相关链接:《历史上的超级瘟疫》),平均每30年就有一场大范围瘟疫。上一次大瘟疫出现在1968年,距今已有40多年。虽然平均数并不能代表绝对数,但^类不能掉以轻心,毕竟今天有许多超级大农庄,成千上万的动物非常近距离地生活在里面,这就使得病毒的传播(包括跨物种传播,例如由动物传给人)更容易发生。

假如像1918年超级流感病毒那样的大瘟疫在今天再度出现,会发生什么?从好的方面说,今天我们对病毒的了解已经比那人时候深入得多,也掌握了有助于抑制病毒的技术,如果再次出现超级流感病毒,肯定能研发出疫苗(但要开发出对所有流感都有效的万能疫苗,可能还需要几十年时间)和更好的抗病毒药物的,这无疑能拯救许多生命。1918年超级流感爆发期间,许多人都死于继发性的细菌感染,而这些感染今天都可以用抗生素来治疗。

然而,从不好的方面来说,要想对付超级瘟疫,世界的今天比惨遭战争蹂躏的1918年还要糟糕,因为那时很多人的活动范围不超过当地社区,洲际旅行得花几周时间,而今天,任何时候空中都有100万人在飞行,任何传染性流感在36小时内就可到达全球。城市越来越大,数千万人彼此很靠近地住在—个地方,人口密度远比1918年大,病毒的传手播速度也肯定会比1918年快。

最致命的是现代社会的复杂性。1918年,大量人口居住在乡下,食物自给自足,人们自己可以维修机械;而今天,我们依赖于复杂的商品供应链和技术,而且很少有人能掌握这些技术。不难想象,如果不采取切实的预防举措,一旦冒出新的超级流感病毒,将会引发怎样的天下大乱:供电站工人、送货司机和加油站管理员要么病倒,要么死掉,于是电灯熄灭,商店被抢空,城市运作戛然而止。

这并非耸人听闻。尽管近年来的流感疫情都没有造成大量死亡,但科学家指出,我们今天之所以还没有看见1918年超级流感回归,只是因为全球任何时候都有大约30000名医生和科学家在进行着一场大规模的国际性演练——对病毒的观察、测试、交换、基因测序和培养,我们知道我们的敌人并且一直在追踪它们。但是,从遗传学上讲,我们的敌人也了解我们。或许有一天,在某个国家的某个角落,很小很小、眼睛看不到的一团RNA(核糖核酸)会与一只鸡或一只蝙蝠或一个别的什么动物交换基因,其结果就是新的超级病毒。

可以肯定,再超级的病毒也不可能造成什么“世界末日”。但是,超级瘟疫的每一次爆发至少会对局部地区造成重创。为了把损失降至最低,警钟长鸣、未雨绸缪肯定是必要的。

流感关键词

病毒对甲型流感宿毒来说,基因材料是核糖核酸即RNA。病毒包含8个独立的RNA链,一共只携带8个基因。两个主要基因产生富含糖的蛋白质——血球凝集素(HA)和神经氨酸酶(NA),HA和NA点缀在基因表面。现在已知16个HA亚型(H1~H16)和9个NA亚型N1-N9),它们各自产生不同的蛋白质结构。这些基因可以重组成为许多不同的组合,产生不同的流感病毒株。

感染家畜携带流感病毒的鸟儿排便,会把很多病毒微粒排放到环境中,其唾液和鼻腔分泌物中也包含流感病毒。其他容易感染流感。且彼此大量近距离生活在一起的动物,例如猪、马、鸡、鸭,也容易感染并出现流感样症状。猪曾经被认为把流感病毒传给了人,但科学家现在认为实际情况正好相反。

感染过程HA蛋白是人体对流感和流感疫苗做出反应时的主要目标之一。当HA蛋白被宿主自己的酶分割为两片时,感染过程就开始了。其中一片紧紧攀附在宿主细胞表面的受体上,这使得病毒被包裹并且被拉进细胞内。当NA蛋白摧毁连接病毒与细胞的受体时,病毒破裂,RNA链释放出来并朝着细胞核移动,细胞核中的基因机制被指派复制更多的RNA链和新的病毒蛋白。RNA链被重装在新的囊中,并且从细胞里释放出来,继续把病毒扩散到其他细胞和组织。

动物传染人流感病毒可以翻越物种障碍,从动

物身上直接跳到人身上,感染呼吸系统尤其是喉咙和气管细胞。对1918年超级流感病毒的重建结果和基因分析表明,当时的致命病毒株最可能是-一一种演化出了感染人体细胞能力的禽鸟病毒株,其中最关键的是它的HA蛋白(这种蛋白有助于病毒溜进宿主细胞内)和聚合酶蛋白(它们有助于刺激宿主细胞生产新的病毒)。最近的H5N1病毒株显示出了与1918超级流感病毒的相似性。

重组更常见的是,由于一种中间动物宿主(例如家畜)体内的基因混合,新的且具有潜在致命性的流感病毒株就可能冒出来。重组的病毒可能具有来自人流感病毒株的基因,从而可以轻易传染给人,同时还具有来自禽鸟病毒株的基因,它们会使得^体免疫系统无法识别病毒。这种可能性的存在是因为8个病毒基因分别位于8个独立的RNA链上。如果两种不同的流感病毒株,例如一个来自于野鸭,另—个来自于人,但它们碰巧都感染了同一种中间动物,它们的RNA链就可以重组、重装,形成新的致命病毒株。

人传人一旦—个人感染了流感,其他许多人染上流感就只是时间问题。在感染流感病毒1~4天后,患病者的呼吸道中就会开始出现极大量病毒复制品。患者每次咳嗽、打喷嚏甚至说话,都会把大量病毒排入空气中。哪怕吸入—个病毒都可能发病。接触患者接触过的物体后不洗手,被传染的可能性更大。

疫苗如达菲这样的抗病毒药物能阻止病毒复制,但这类药价格昂贵且不易买到。疫苗被认为是预防流感的最:有效方法。流感疫苗包含发现于病毒表面、并且经过灭活的少量蛋白质(NA和HA)。接种这么一点点蛋白质就能激发人体免疫系统做出反应,以至于后来进入人体的任何病毒都会被立即攻击或被驱逐出人体。不幸的是,一种流感疫苗只对一种特异的病毒株有效,而流感病毒的变异很快,疫苗可能无法阻止流感发作。

为什么强者受害?

1918年超级流感为什么具有超凡的感染和迅速传遍人群的能力?这个奥秘至今尚未完全破解。科学家发现,一种叫做“NSI”的病毒蛋白看来会通过暂时抑制宿主的免疫系统,增强病毒的致病性,使得病毒能进入人体细胞,复制并传遍身体。科学家运用这种病毒的基因序列来重建其HA蛋白并分析其结构,结果发现这种蛋白与类似的禽流感病毒株相比略有不同,却足以让超级流感病毒能很好地结合在人类细胞上。

不幸的是,1918年超级流感病毒的基因序列不能解释它导致的死亡为什么普遍出现在18-35岁的青壮年身上,通常这个年龄段的流感死亡率最低。科学家推测,这个病毒的致命性与其基因序列没有多大关系,而与其感染对象的异常免疫反应更相关。科学家认为,在更早的一场流感中感染了一种不同的病毒株,导致青壮年的身体对1918年超级流感病毒产生过度的免疫反应,从而让超级流感病毒复制和感染细胞及组织的速度比正常情况快,这可能就是青壮年更多死于这场流感的原因。

这显然还算不上揭晓谜底。一些科学家怀疑在流感与人体免疫系统之间存在一种独特联系,但这个联系影响的不是人类宿主,而是病毒本身。他们运用数学模型来解释新的流感病毒株的出现。与其他微生物相比,甲型流感病毒有一个古怪的进化模式:它很快就会变异成新的病毒株形式,但接下来几乎所有变异体都很快消亡,从而产生直的进化树,而不是典型的分枝进化树。在一个时期,全球只有一个流感病毒株占优势,但它可能会立即变异,这就是疫苗开发赶不上趟子的原因。

历史上的超獭

据史料记载,历史上发生过多次伤亡极其惨重的超级瘟疫。其中最早的发生在公元前1650年一公元前1550年的古埃及,疑为黑死病(腺鼠疫)或流感。以下是历史上具有代表性的超级瘟疫举例。

安东尼瘟疫发生于公元165~180年,由征战近东的罗马帝国军队带回罗马帝国,是天花或麻疹疫情。卒于公元169年的罗马帝国皇帝维鲁斯据信死于这场瘟疫。首波疫情结束9年后爆发第二波疫情,每天最多达2000人死亡,最终死亡人数据估计为500万人,当时的罗马军队因此毁灭。

黑死病是历史上最为惨痛的瘟疫之一,元凶据信是来源于亚洲的鼠疫杆菌。疫情于1348~1350年在欧洲达到巅峰,最终消减了30%~60%的欧洲人口。这场瘟疫引发了一系列社会经济动荡,对欧洲历史进程有重要影响。疫情多次反复,直到19世纪才离开欧洲。

首次霍乱瘟疫从1817年持续到1824年。此前霍乱曾多次跨越印度,但这次爆发走得更远,直到中国和里海之后才退潮。至少造成数千人死亡,其中包括不少英国士兵。这是19-20世纪横扫欧亚的多次霍乱疫情中的第一次,波及亚洲几乎每个国家。

第五次霍乱瘟疫始于印度,持续于1881~1896年。1892年,德国汉堡爆发疫情,是欧洲唯一一个主要爆发地,汉堡约8600人死亡。这是欧洲最后一次霍乱爆发。

俄罗斯流感发生于1889~1890年。据信由甲型流感病毒的亚型H2N2引发,是有详细史料记载的首次流感瘟疫。疫情从俄罗斯开始,迅速传遍欧洲,1889年12月到达北美洲,1890年2月蔓延到拉美和亚洲,总共造成约100万人死亡。

第六次霍乱瘟疫发生于1899N1923年。在印度致死80万人,然后在中东、北非、俄罗斯和东欧爆发疫情。最后的爆发于1910~1911年出现在美国,由乘坐汽轮到达纽约市的感染者带来,最终造成11人死亡。

亚洲流感最初于1957年在东亚爆发,同年传遍全世界(包括美国)。疫情一直持续到1958年。由甲型流感的H2N2病毒株引发,流感疫苗在1957年被研发出来以对抗病毒爆发。据信全球至少有100万人死于该病毒。

香港流感发生于1968~1969年。在全球范围内致死约100万人。由甲型流感病毒的H3N2病毒株引发,由H2N2病毒株经过抗原转移而来。所谓抗原转移,是指来自不同亚型的基因重组形成一种新病毒的基因过程。

1974年印度天花瘟疫是20世纪最为惨痛的天花瘦情之一。1974年1~5月,印度至少15000人死于天花,成千上万人虽然幸存但毁容或致盲。到1980年,天花被宣布从地球上消失。

艾滋病瘟疫自1981年首次被发现以来,迄今已造成全球超过2500万人死亡。艾滋病是有历史记载以来最具毁灭性的瘟疫之一。尽管治疗艾滋病的技术不断进步,艾滋病仍是人类面临的最大敌人之~。

薩斯疫情是由薩斯冠状病毒引起的人类呼吸道疾病疫情。2002年11月~2003年7月,中国香港特区爆发的薩斯疫情差点变成一场瘟疫,全球范围一共出现病例8422个,其中916人死亡,病死率高达10.9%。几周时间内,疫情就从中国香港传播到了37个国家和地区。

津巴布韦霍乱瘟疫始于2008年8月,至今仍然持续,横扫津巴布韦全境,并且传播至博茨瓦纳、莫桑比克、南非及赞比亚。至2010年1月10日,发病总人数98741人,死亡4293人,是非洲过去15年中最致命的霍乱疫情。

海地最新霍乱疫情始于2010年10月,至2011年3月已造成至少4672人死亡,疫情迄今仍在扩大。

猜你喜欢
瘟疫流感病毒流感
绘画中的瘟疫 下
抗击瘟疫的那些事
绘画中的瘟疫(上)
冬春流感高发 加强防治最重要
瘟疫算个啥
抗甲型流感病毒中药活性成分的提取
高原地区流感病毒培养的条件优化
流感病毒分子检测技术的研究进展
秋季谨防牛流感
基于HRP直接标记的流感病毒H1N1电化学免疫传感器