中东呼吸综合征研究进展

王 翀，郑学星，迟 航，盖微微，张渭蛟，杨松涛，高玉伟，夏咸柱

中东呼吸综合征（Middle East respiratory syndrome,MERS）是由中东呼吸综合征冠状病毒（MERScoronavirus,MERS-CoV）引起的一种呼吸系统疾病，主要表现为非典型性肺炎和急性呼吸综合征，严重者可发展为肾衰竭后死亡[1-2]。自2012年9月英国健康保护局向WHO首次报告以来，据欧洲疾病防控中心统计，截至2014年11月20日全球共计发生943例MERS-CoV感染，其中379例死亡，而沙特阿拉伯共有807起感染，其中345例死亡[3]。至今已有23个国家出现MERS-CoV感染病例，大多数位于中东地区，而中东地区以外的病例均与中东地区有联系，或曾去往中东，或曾与中东地区感染病例接触，家庭成员和医护工作者在与感染病例密切接触时可能因此感染，提示MERSCoV可能具有一定的人际间传播能力[4-7]。WHO的MERS突发事件委员会认为，目前MERS尚不构成国际关注的突发公共卫生事件，但由于其高致死率（＞40%），很可能成为2002年SARS后对全球公众卫生产生严重威胁的新型冠状病毒感染[8]。

1 病原学

1.1 病原发现与鉴定 首例MERS发生于2012年6月，1名60岁沙特阿拉伯男子因发热、咳嗽、呼吸急促入院治疗，患者无心、肺、肾病史，无长期药物治疗或吸烟史，入院11 d后，该男子因急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome,ARDS）和肾衰竭而死亡。将患者痰液样本接种于恒河猴肾细胞（LLC-MK2）和非洲绿猴肾细胞（Vero）中可产生细胞病变，提示该病原体可在细胞中复制。研究人员通过间接免疫荧光试验（indirect immunofluorescence assay,IFA）、实时聚合酶链反应（real-time PCR）、family-wide PCR等方法对已知可引起呼吸系统疾病的病毒如A/B型流感病毒、副流感病毒Ⅰ～Ⅲ型、呼吸道合胞体病毒、腺病毒、肠病毒、人类偏肺病毒、人疱疹病毒Ⅰ～Ⅲ型以及所有已知的副黏病毒进行检测，所得结果均为阴性。最终，通过冠状病毒的family-wide PCR，扩增得到RNA依赖的RNA聚合酶（RNA-dependentRNA polymerase,RdRp）中高度保守区的部分片段，从而确认此种新型病原体为冠状病毒[2]。

该新型冠状病毒基因与β冠状病毒属C亚群的褐扁颅蝠冠状病毒BtCoV-HKU4和白边油蝠冠状病毒 BtCoV-HKU5相似度最高。将该病毒与BtCoV-HKU4和BtCoV-HKU5的7个保守复制酶区域进行比对分析，氨基酸序列相似度分别为75%和77%。按照国际病毒分类委员会（International Committeeon the Taxonomy of Viruses,ICTV）规定，冠状病毒在7个保守复制酶区域序列相似度高于90%则属同种病毒，由此确定该病毒为一种新型冠状病毒。这是β冠状病毒属C亚群首个可感染人类的病毒。此前，曾将此病毒命名为HCoV-EMC/2012（GenBank 登录号：JX869095）[9]，2013 年 ICTV冠状病毒研究组将此新型冠状病毒命名为MERSCoV[10]。

至此，MERS-CoV成为继HCoV-229E、HCoVOC43、SARS-CoV、HCoV-NL63 和 HCoV-HKU1 后发现的第6种人类冠状病毒。通常人类冠状病毒仅导致人温和感染，而2002年中国广东省出现的SARS-CoV传至37个国家，导致8273例感染，775例死亡（病死率约9%），提示人类冠状病毒并不“温和”，也可使人严重感染甚至致命[11]。研究人员通过比较发现MERS-CoV与SARS-CoV相同，能在人肺上皮细胞内进行复制，MERS不仅病死率高于SARS，而更值得关注的是细胞中的MERS-CoV滴度高于SARS-CoV 100倍，提示其高效的复制能力及危害性[12]。

1.2 基因组特征 冠状病毒是多顺反子的单股正链RNA病毒，基因组全长27～32 kb，是已知最大的RNA病毒，可能正是由于冠状病毒庞大的基因组，导致其容易发生突变。MERS-CoV基因组全长30 119 nt，含有10个开放阅读框（opening reading frame,ORF），多聚腺苷酸化的病毒RNA基因组在5′端和3′端分别有长为278 nt和300 nt的非编码区[9]。基因组5′端翻译成一个大的多聚蛋白，顺式共同转译后由2种病毒蛋白酶分裂为16个功能性非结构蛋白，共同构成病毒RNA合成和重组的复杂机制。ORF1b下游区域有多个结构蛋白，包括纤突蛋白（S）、包膜蛋白（E）、基质蛋白（M）和核蛋白（N）。MERS-CoV 的辅助蛋白包括 ORF3、ORF4a、ORF4b、ORF5 和 ORF8，与除 BtCoV-HKU4 和 Bt－CoV-HKU5外的所有已知宿主或病毒均无同源性。

1.3 受体 已知的冠状病毒如SARS-CoV和HCoV-NL63的受体 ACE2、HCoV-229E的受体CD13及鼠肝炎病毒的受体CEACAM1不被MERSCoV所识别[13]。Raj等[14]首先发现MERS-CoV的受体为二肽基肽酶 4（dipeptidylpeptidase 4,DPP4）。包括SARS-CoV在内的多数呼吸道病毒具有显著的纤毛细胞趋性，纤毛细胞广泛分布于上呼吸道和下呼吸道，而DPP4在人体内主要表达于肾、小肠、肝脏、前列腺上皮细胞及活化白细胞[15]，这可能是MERS人际间传播能力不强的原因。有研究表明，血清中可溶性DPP4水平变化与临床上Ⅱ型糖尿病和病毒感染等组织病理学相关[15-16]，关于可溶性DPP4水平变化是否能够影响以及如何影响MERS的发病机制仍须进一步研究。

通过对比MERS-CoV和SARS-CoV的受体结合域结构发现，两者的核心亚域具有极高的结构相似性，但在受体结合区明显不同[17]。提示病毒受体结合域的核心亚域可能在进化中作为结构支架被保留，而其外部结构由于趋异进化而形成不同的结构，以实现病毒的特异致病过程[18]。

1.4 病毒检测 起初对患者临床样品的检测是通过使用针对冠状病毒基因组高度保守区域设计引物进行的，随后建立了特异性检测急性MERSCoV感染的real-timeRT-PCR（rRT-PCR）法。目前广泛应用的方法针对E基因上游区域（upE）或ORF1b（非结构蛋白 14）[19]、ORF1a（非结构蛋白 6）[20]及N基因进行检测。对upE和ORF1a区域检测方法的灵敏度相近，而针对ORF1b区域检测方法的灵敏度低于ORF1a区域。进行样品检测时建议对upE与ORF1a或其他特异性基因片段同时检测以确诊[20]。

目前，实验室诊断是通过对MERS-CoV基因组至少2个不同的靶点进行PCR，结果为阳性则可确诊；或通过MERS-CoV基因组1个靶点PCR结果为阳性，以及其他区域PCR扩增片段测序结果与已知MERS-CoV基因序列相同来确定。适用于测序的2个靶点区域为RdRp和N基因。

除病毒分离外，可以通过ELISA、IFA或微量中和实验对MERS-CoV进行诊断。血清、粪便和尿液中均存在MERS-CoV，但下呼吸道分泌物中MERS-CoV含量最高。对1份病例进行研究发现，从出现感染症状开始至第13天尿液中有病毒排出，第16天粪便中有病毒排出，在出现症状至第16天鼻咽拭子中存在病毒[21]。另一项研究提示发病第19天在气管抽取物中检测到病毒核酸[1-2]。但这些结果并不能确定感染病毒后多久开始体外排毒。对于MERS-CoV样品的检测，很大程度上受到发病后取样时间、样品类型、实验室检测方法的敏感性与特异性，以及所选择的检测方法对于样品中MERS-CoV检测的普遍适用性等方面的影响。

2 流行病学

2.1 MERS-CoV的动物宿主 尽管MERS-CoV的来源和传播模式仍不清楚，但当前认为是由未知的动物宿主传播，或通过间接宿主传播给人类[6，22]。因多数人类冠状病毒最初的出现是由蝙蝠传播给其他动物，而由于MERS-CoV在系统发生上与Bt－CoV-HKU4和BtCoV-HKU5关系较近，推测MERS-CoV最有可能起源于蝙蝠。已在非洲和欧洲的蝙蝠体内检测到部分基因序列与MERS-CoV相似性很高[23-24]。食虫性蝙蝠如伏翼属的蝙蝠是冠状病毒C亚群中蝙蝠冠状病毒的主要宿主。在沙特阿拉伯的一只墓蝠属穿孔蝙蝠中分离到的一小段基因组片段序列与伊拉兹马斯医学中心2012年的MERS-CoV 分离株（GenBank登录号：KC875821）一致[25]，提示食虫蝙蝠可能是MERS-CoV的最初来源。然而蝙蝠是否为MERS-CoV的宿主仍须进一步调查。

蝙蝠作为MERS-CoV的最初宿主来源的证据同样源自对MERS-CoV受体的研究。研究发现，MERS-CoV可通过结合伏翼属蝙蝠的DPP4蛋白而感染细胞，而DPP4在进化上十分保守[14]。目前尚不清楚蝙蝠中类似MERS-CoV的病毒是否可利用DPP4受体，研究揭示蝙蝠DPP4基因已发生重要的适应性进化，提示在蝙蝠中病毒可能经过一段相当长的时间向MERS-CoV进化[26]。

鉴于人与蝙蝠或其分泌物接触机会极少，易感染MERS-CoV的中间宿主可能介入了病毒传播给人类的过程。因此，中东地区常见的动物（如骆驼和山羊）被认为是MERS-CoV暴发时最有可能的中间宿主。根据其DPP4上关键性氨基酸残基和MERS-CoV S蛋白结合的特性，提示这些种类动物与其他种类动物（如鼠、猫、犬、仓鼠和雪貂）相比，更可能将DPP4作为MERS-CoV感染的受体[27]。源自山羊和骆驼的细胞系更易于MERS-CoV的有效复制[28]。

研究人员在阿曼、阿联酋、卡塔尔、埃及及沙特阿拉伯等地的单峰骆驼中均检测到MERS-CoV中和抗体[22，29-31]，相当高比例的单峰骆驼具有MERSCoV中和抗体证实了其在单峰骆驼中的普遍性，而其他动物如绵羊、山羊和牛体内均无MERS-CoV中和抗体[31-32]，提示单峰骆驼可能参与MERS-CoV的跨种传播。近期研究发现卡塔尔一座农场的单峰骆驼为MERS-CoV阳性且具有病毒中和抗体[33]。此外，由这些单峰骆驼中分离得到的病毒和与此农场有关联的2例MERS患者体内分离到的MERSCoV序列几乎一致。在保存的1992年的沙特阿拉伯单峰骆驼样品中检测到MERS-CoV抗体存在[34]。这些研究为人类、骆驼及MERS-CoV之间的联系提供了有说服力的证据，表明MERS-CoV在单峰骆驼中流行已久。

单峰骆驼极可能先前通过蝙蝠感染病毒，病毒随后在动物中有效传播。在中东地区，单峰骆驼用于赛跑和旅游观光，在节日期间骆驼会聚集成群，可能由此促进病毒传播。MERS-CoV主要通过下呼吸道感染人类致病，而在骆驼的鼻拭子中检测到病毒。对于病毒由动物传给人类的途径，仍然缺乏结论性证据。此外，病毒是通过多次动物传染进行传播，或人际间的传播才是病毒的主要传播方式，仍不清楚。

2.2 MERS-CoV的传播 法国、英国、意大利、约旦、突尼斯、沙特阿拉伯、阿联酋及卡塔尔均有关于MERS-CoV聚集性感染家庭成员和医护工作者的报道[4-7，35-39]。沙特阿拉伯的一起病例为同所房子内的3位家庭成员感染[6]；利雅得一个家庭中三兄弟聚集性感染[39]；沙特阿拉伯Al-Hasa一家医院内报道了一起群集性感染，其中23例确诊，2例疑似感染[4]。患者主要为重症呼吸道疾病，一些为急性肾衰竭，普遍症状为发热，伴寒颤、咳嗽、气短和肌痛。

家庭和医院发生的聚集性病例提示MERSCoV可能通过液滴或接触的方式传播，而受体在上呼吸道和下呼吸道的表达差异可能是与SARS相比MERS有限的人际间传播的原因。免疫功能不全或患其他疾病（如糖尿病、慢性肺炎和肾病等）的患者更易感染MERS-CoV，确诊患者多数在感染前已有其他疾病，健康人群在感染后仅表现为温和的呼吸道疾病或无症状。

目前认为MERS-CoV感染率相对较低，在中东地区健康人群中MERS-CoV感染似乎并不频繁。对2012年约旦130位献血者和2012年10月采集的约旦和麦加共226位屠宰场工作者的血液样品进行人类冠状病毒（非MERS-CoV）免疫荧光试验，其中仅8份为阳性[40]。此外，Gierer等[41]在268份沙特阿拉伯东部省份收集的样品中未检测到MERSCoV中和抗体。

采用不同的数据来源对MERS的基本再生数R（一起指示病例能够引起继发感染的总数）进行分析，均得出R不会高于1的结论。Breban等[39]利用最初向WHO报告的实验室确诊 55例 MERS，对MERS-CoV的人际间传播能力进行评价，通过所见病例传播树的规模分布并比较2003年SARS-CoV流行早期的数据估算R。可能的情形有2种：最悲观估计R为0.69，与之相比SARS-CoV为0.80；乐观估计为0.60。基于其对于PCR确诊病例的分析，该研究认为MERS-CoV目前尚不具备引起大流行的风险。Cauchemez等[42]也对MERS-CoV传染性和传播能力进行独立分析和评价，根据已知的111例确诊和疑似患者的流行病学数据以及由10份病例样本测得基因序列进行评估，估算R为0.8～1.3。这项研究提示当前数据与两种情形一致：①该病毒在动物宿主间持续传播，散发溢出于人类；②人与人之间持续传播导致人类流行病例缓慢增多。

由于尚不清楚病毒传播的模式，对疾病的干预手段可能无效。在疾病主要为人际间传播且缺乏获准的抗病毒药物或疫苗的情况下，及时确诊MERS新发病例并实施隔离可能是关键的控制手段。

对于从2014年4月起确诊病例急剧增加的原因，目前认为并非是结果的假阳性或病毒突变导致的人际间传播增加，3种情形可能导致此次病毒的流行：①动物传染源的增加导致病毒进入生物群落或医疗卫生机构的机会增加；②医院感染控制措施不力；③部分地区的检测方法更加灵敏，导致病例数上升。

3 疾病特点

3.1 临床表现 MERS可表现为由无症状至重症肺炎伴ARDS、感染性休克及多器官衰竭最终导致死亡。对于免疫功能低下的患者，症状可能更加严重；而对于身体健康的个体，症状会比较温和。通常初期症状为发热、咳嗽[4-5，43-44]、寒颤、咽喉痛、肌痛和关节痛[1，5-6，43]，随后呼吸困难，并迅速发展至肺炎，往往需要呼吸机等支持。几乎所有有症状的患者都表现出呼吸道症状，至少1/3的患者有胃肠道症状如呕吐和腹泻，近一半的患者（44.1%）发展为肺炎，12.4%的患者发展为ARDS[45]。

MERS-CoV在人际间传播的潜伏期约为5 d（1.9～14.7 d）；由发病到住院治疗约为 4 d；由发病到进入重症监护室（intensive care unit,ICU）治疗约为5 d；由发病到死亡约为12 d；借助机械通气对患者进行支持治疗时间约为16 d；在ICU治疗平均为30 d；在 ICU 治疗 90 d 后病死率为 58%[21，46-47]。

MERS患者表现为流感样病例（influenza-like illness,ILI），SARS和 MERS有一些相似表现，如发热伴寒颤、头痛、干咳，但SARS为双相感染，并非ILI[46]。在发展为MERS前，一些患者无症状或表现为温和呼吸道感染，无发热或腹泻。典型MERS约1周后即快速发展为病毒性肺炎，与流感类似，一些患者有咽喉痛。如患者胸片异常即须入院治疗，单侧肺部浸润最初症状与肺部/节段性细菌性肺炎相似。更为常见的是，MERS表现为双侧间质性浸润，外部表现可能或多或少呈现卵圆形或结节状[46]。小胸膜腔积液并不常见，MERS引起的肺炎可能发生实变，但空腔化并非其特征[47]。患者病情急速发展为ARDS（肺容量小，并无心脏扩大症）伴严重血氧不足及双侧间质性浸润，与重症流感（H1N1）或重症禽流感（H7N9）相同。可由急性呼吸衰竭或ARDS引起血氧不足导致死亡。由于同其他呼吸衰竭的患者一样，须气管插管以提供长期呼吸支持，医院获得性肺炎（非合并感染）可能使其病情恶化[46]。

MERS非特异性的实验室检测包括白细胞减少症、相对淋巴球减少症及血小板减少症，住院治疗的成年患者中，普遍血小板减少症比流感性肺炎发病率更低。MERS入院治疗患者血清转氨酶往往有缓慢升高趋势。MERS-CoV存在于血液、尿液和粪便中，但往往通过对下呼吸道分泌物行RT-PCR来进行诊断。在重症病毒性肺炎住院治疗患者下呼吸道分泌物样品中检测到MERS-CoV的可能性比鼻拭子样品更高[21，46-47]。如果患者不曾有去往阿拉伯半岛地区的经历或与已知MERS病例有过接触，其临床症状很难与其他重症病毒性肺炎进行区分[47]。MERS与流感临床症状进行区分的依据是其相对高发的肾脏症状，如MERS引发的肾衰竭[46，48-49]。

3.2 治疗及预后 MERS尚无特异性治疗方法，临床大部分为支持性治疗，而且可能需要机械通风或体外膜肺氧合，且须预防并发症。特殊情况下还包括使用广谱抗生素和抗病毒药物（磷酸奥司他韦和阿昔洛韦），加以抗真菌药物以减小机会致病菌共感染的风险。对ARDS患者采取肺的保护性通气处置及心血管支持，为防止共感染采取抗生素疗法，以及对急性肾衰竭患者进行肾移植等[1-2，5，21]。6份病例报告提示采用体外膜肺氧合进行支持是有效的，而其中 5 例最终死亡[1，5，7]。但无病例对照研究数据评估这些干预措施的有效性。对一些重症患者采取全身性大剂量的类固醇治疗，旨在扭转呼吸窘迫恶化并防止肺纤维化，但效果不明显。

目前尚无食品药物管理局批准的针对高致病性冠状病毒的疫苗或治疗药物。先前曾通过多种方法研发SARS-CoV疫苗。基于全病毒、灭活SARSCoV、S蛋白亚单位、重组病毒表达SARS-CoV蛋白、DNA质粒表达SARS-CoV蛋白或病毒样颗粒等一系列疫苗均完成体内或体外试验[50]。对MERSCoV的免疫策略尚处于研究早期阶段，目前无获批的MERS-CoV疫苗。已有研究利用改造的牛痘病毒表达MERS-CoV S蛋白[51]，利用S蛋白制备的亚单位疫苗在小鼠体内可诱导产生MERS-CoV中和抗体[52]。

针对高致病性冠状病毒的抗病毒化合物研究同样处于早期阶段，尚未发现在体内能够特异抵抗冠状病毒的有效药物。目前针对MERS使用的抗菌药物包括抗病毒药物，但对严重的进行性疾病无明显改善作用。大量药剂已用于检测抗MERS-CoV的作用，其中一些在细胞培养中显示出对MERSCoV的抑制作用。相对于突如其来的冠状病毒，常规药物的研发过程相当漫长，当一种新的化合物通过所有必需的临床试验，疾病可能暴发已经结束。因此，目前正在进行体外试验以检测获批药物对新型病毒的作用。获批药物的药效特性、药物代谢动力学及基本的安全性均已知，因此在推向临床前只须确定其抗病毒有效性。体外检测的药剂中有干扰素（interferon,IFN）、环孢菌素A、利巴韦林、硝唑尼特、免疫球蛋白、洛匹那韦及SARS-CoV康复期血清[12，53-55]，当前尚无这些药剂使用的临床数据。研究发现，对MERS-CoV感染的恒河猴使用利巴韦林和IFNα-2b进行治疗时，可减少冠状病毒复制并减轻宿主的免疫反应[56]。

有效的疫苗研发是抗冠状病毒的重要研究领域。更广泛地说，快速、简单、行之有效的免疫和治疗手段研究对于所有类型的新发疫病（包括高致病性冠状病毒）都是至关重要的。

4 MERS的防控

对MERS的控制方面，须减少MERS的暴露并使人际间传播最小化。尤其来自阿拉伯半岛邻近国家的患者如果呈ILI，则应减少活动直至痊愈。基于美国疾病预防控制中心的建议，任何患者如与已知或疑似感染者曾有接触，则应尽量减少活动；如家庭或家庭成员曾暴露于疑似或急性感染病例，应佩戴口罩。近期曾去往阿拉伯半岛地区的人员感染风险增加，尤其是在去往阿拉伯半岛或附近地区后14 d内发热并有流感样症状（包括咳嗽和气短），如与近期曾去往阿拉伯半岛或附近地区的人（有呼吸道症状及发热）有过密切接触，则应从与其最后接触当天起观察14 d[37]。与疑似或确诊MERS病例有密切接触同样可增加感染风险。应对与感染者有接触的暴露个体从最后接触起开始进行14 d的监测，包括发热、咳嗽、气短及其他症状，如寒颤、肌痛、咽喉痛、恶心、呕吐或腹泻。医护人员预防措施不当同样可增加感染风险[4，57]。密切接触可定义为对患者进行护理的人员如医护工作者、家庭成员或与患者有相似的身体密切接触或在同一地区停留、共同居住或探望患者[4，58]。当与有症状个体或进行鉴别诊断的MERS患者有密切接触时，应采取接触感染控制和空气传播预防措施。在获得呼吸道样品或对其进行MERS-CoV检测时，应采取预防感染措施。由于证实MERS-CoV可人际间传播，戴口罩和洗手成为减少传播的重要干预措施。

医护人员在接触或护理MERS患者时有较高的感染风险[4-5，59]，在与疑似或在医院进行治疗的MERS患者接触时，应有恰当的个人保护装备和对接触及空气传播的预防措施，使接触最小化[59]。由于不清楚MERS-CoV在呼吸道分泌物中的存活时间，与MERS患者接触应谨慎对待，并采取空气传播预防措施。

5 结 语

至今，MERS确诊病例仍然在不断增加，与SARS的流行被快速地控制不同，MERS-CoV在出现2年后仍然在传播。由于新发病原体往往源自未知的动物传染源，在出现之前人们对其知之甚少，这对科学和医疗事业都是全新的挑战。动物传染病的传播可能通过一种动物向人类传播，这传播出可能是由于持续的或与人类新的密切接触导致，或是气候的改变影响了先前有严格地域限制的疾病载体的分布（如昆虫）。病毒也可由先前特定动物的致病原发生了可以利用人类受体或使细胞感染的改变，而进化成新的病毒。当务之急应确定其传播的主要方式，是由动物多次传染，亦或是人际间传播导致？迄今仍无有效治疗任何冠状病毒（包括SARS-CoV）的药物，甚至针对动物冠状病毒的疫苗均无有效作用，弱毒疫苗具有与现存的冠状病毒发生重组的可能。未来的目标是将对冠状病毒蛋白的结构和功能所知的新信息转化为特异的抗病毒方法。同时，随着对冠状病毒的基本生物学特性了解更加深入，研发安全性好、不与野毒株发生重组的弱毒疫苗亦是将来的科研方向。过去的几年中，科技的发展简化了对新型冠状病毒确定的过程。未来的主要目标将会是探索病毒的致病机制并得到针对冠状病毒的有效疫苗与疗法，以期对疾病的发生和流行及早加以预防和控制。

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