2019新型冠状病毒及其感染特征概述

卢 英,田 甜,牛晓晨,李 武,程 叶,张 萌,杜 姗,米 颜,杨彦玲,常明则,史文珍*,田 晔*

(1.西北大学附属医院/西安市第三医院医学研究中心,中国陕西西安710018；2.延安大学医学院,中国陕西延安716000)

新型冠状病毒感染引发的肺炎对于全球公共卫生安全已造成巨大威胁,迄今为止,包括中国、意大利、伊朗、韩国、日本、美国、德国、澳大利亚等在内的多个国家和地区均有确诊病例。2020年1月12日,世界卫生组织(World Health Organization,WHO)将这种新型冠状病毒命名为2019新型冠状病毒(2019 novel coronavirus,2019-nCoV),随后将其引发的疾病命名为2019冠状病毒病(coronavirus disease 2019,COVID-19)[1]。国际病毒分类委员会冠状病毒研究小组认为这种病毒与严重急性呼吸综合征冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus,SARS-CoV)之间存在遗传关联,根据系统学、分类学和惯例将其命名为严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)[1]。由于人群对2019-nCoV普遍不具有免疫力,且感染患者可出现呼吸系统、神经系统、消化系统等全身多系统症状,而该病毒对于有慢性基础疾病的老年患者更有较大的不良影响,所以提高疫情应对能力是世界各国共同面临的长期挑战[2]。充分熟悉、掌握2019-nCoV特点及COVID-19患者的感染特征,不仅有利于科学应对此次疫情,并可为未来传染性疾病的防控工作提供经验。

1 2019-nCoV概述

1.1 病毒分离鉴定

中国科学院武汉病毒研究所石正丽团队从武汉金银潭医院确诊患者的临床标本中鉴定出了一种新型冠状病毒(2019-nCoV),并获得了其全长基因组序列,发现其与SARS-CoV有79.5%的共同识别序列；进一步的离体细胞实验证实,2019-nCoV与SARS-CoV一样以血管紧张素转换酶Ⅱ(angiotensin converting enzyme 2,ACE2)为表面受体进入细胞,提供了关于2019-nCoV的第一份较详细的报告[3]。目前,该新型冠状病毒的全长基因组序列已提交至全球流感共享数据库(Global Initiative on Sharing All Influenza Data,GISAID)。

1.2 病毒起源与中间宿主

目前为止,2019-nCoV的具体来源尚未完全明确,初步认为源自野生动物。Zhou等[3]发现2019-nCoV在全基因组水平上与蝙蝠冠状病毒(BatCoV RaTG13)的同源性为96.2%,陈嘉源等[4]的溯源分析结果提示其可能来源于中华菊头蝠。与此同时,2019-nCoV的动物-人传播具体过程及相关中间宿主也暂无定论。Xiao等[5]发现,在马来穿山甲中分离出的冠状病毒基因组与2019-nCoV和蝙蝠冠状病毒基因组高度相似；Liu等[6]研究认为穿山甲冠状病毒与2019-nCoV和蝙蝠冠状病毒都有遗传关系,穿山甲作为β冠状病毒的天然宿主,有可能作为中间宿主感染人类；Ji等[7]提出蛇是可能的中间宿主。总的来讲,目前仍需进一步研究来明确病毒来源及其在宿主之间的传播规律,从而协助指导2019-nCoV的感染预防工作。

1.3 2019-nCoV的物种易感性差异

人群对2019-nCoV普遍易感,其在人类体内具有高度的传染性。在非人灵长类动物中,有研究已证实暴露于该病毒的恒河猴可出现COVID-19样症状[8]。Melin等[8]收集了黑猩猩等非人灵长类动物的ACE2基因序列数据,经分析发现在狭鼻猿类(包括亚洲猴子和非洲猴子等)ACE2蛋白中,与2019-nCoV病毒结合相关的位点与人类高度一致,认为2019-nCoV对其高度敏感。此外,其他哺乳动物如狗、雪貂、猪和猫都显示出对2019-nCoV一定的易感性,但严重程度和表现形式不同[8]。Shi等[9]研究发现雪貂和猫对2019-nCoV高度易感,狗的易感性较低,家畜包括猪、鸡和鸭则不易感。明确不同物种对2019-nCoV的易感性和严重性,特别是常见家禽、家畜,有助于预防动物-人际的传播,也可指导部分易感濒危物种的保护工作。

1.4 病毒结构

冠状病毒刺突蛋白(spike glycoprotein,SG)[10]是介导病毒进入宿主细胞的三聚体蛋白质,由S1和S2两个域组成,S1也称为受体结合结构域(receptor binding domain,RBD)。为了感染宿主细胞,RBD必须首先与宿主细胞表面的受体蛋白结合。在2019-nCoV和SARS-CoV感染病例中,ACE2作为细胞表面受体,在人气道上皮、肺、心、肾、肠等[9]组织细胞中均有表达。ACE2难以在体外稳定获得,常与肠道细胞中性氨基酸转运蛋白B0AT1一同出现,模型研究结果表明,冠状病毒的两个刺突蛋白三聚体能与一个ACE2二聚体结合[11]。Yan 等[11～12]阐述了在 2.9×10-10m 分辨率下全长人ACE2-B0AT1异二聚体的冷冻电镜结构,表示ACE2主要由肽酶结构域(peptidase domain,PD)和collectrin样域(collectrin-like domain,CLD)两个结构域组成,其颈部区域与B0AT1广泛接触,通过ACE2肽酶结构域的转移,使该复合体呈现出开放和封闭构象。在此基础上,研究组进一步解析了B0AT1存在下2019-nCoV RBD-ACE2复合物的冷冻电镜结构,表示RBD-ACE2界面的局部分辨率为3.5×10-10m,与SARS-CoV相似,ACE2肽酶结构域主要通过极性残基识别2019-nCoV RBD。已有研究证实主蛋白酶(Mpro)在冠状病毒复制和转录过程中起重要作用,上海科技大学饶子和/杨海涛团队成功解析了2019-nCoV Mpro与小分子抑制剂N3复合物在2.1×10-10m分辨率下的晶体结构,并通过辅助药物设计、计算机虚拟筛选和高通量筛选等手段评估了10 000种化合物的抗病毒效果[13]。上述研究结果为进一步探索2019-nCoV进入靶细胞的结构基础、功能特征和抗病毒药物作用靶点提供了重要的分子基础,有助于后续疫苗和特效药物的研发。

1.5 传播途径

2019-nCoV与SARS-CoV和中东呼吸综合征冠状病毒(Middle East respiratory syndrome coronavirus,MERS-CoV)同属β冠状病毒属[14],但与后两者相比,2019-nCoV的核酸序列[3]和刺突蛋白[12]等结构均存在一定差异,这可能导致其与宿主细胞表面受体亲和力不同[12],短期内感染人数的剧增也提示该病毒具有更高的传染性[15]。目前,COVID-19的传染源主要是2019-nCoV感染者,主要传播方式为呼吸道飞沫传播及密切接触传播[16]。2020年1月22日,一名肺炎防治专家组成员被确诊感染2019-nCoV,考虑是由于接诊患者时未佩戴眼部防护设备,病毒经由眼结膜感染,提示密闭环境内可能存在气溶胶传播[17]。广州市疾病预防控制中心在一名确诊患者家中的门把手附着物上检测出2019-nCoV核酸,提示其可发生间接接触传播,防疫过程需注意居家清洁及手部卫生[18]。另外,由于2019-nCoV还可在胃肠道标本、唾液和尿液中检测到[19],因此粪口传播等潜在的传播途径需要进一步研究明确。

2 COVID-19感染特点

2.1 临床症状

Fang等[20]对涉及中国、美国、德国、韩国、新加坡、加拿大和意大利等国家和地区的72项相关研究进行系统回顾分析发现,COVID-19最常见症状是发热(83.0%)和咳嗽(61.0%),其次为乏力(37.9%)、咳痰(28.7%)、肌肉疼痛(18.6%)、呼吸困难(14.5%),以发热为首发症状的患者占63.4%,其他症状还包括头痛、咽痛、鼻塞、胸痛、呕吐、腹泻[21]及咯血[22]等。Kim等[23]分析了28例韩国确诊患者临床资料,发现最常见的症状是咳嗽(28.6%)和喉咙痛(28.6%),其次是发热(25.0%),腹泻症状相对较少(10.7%)。加州大学圣地亚哥分校健康中心的研究发现,在2019-nCoV阳性患者中嗅觉和味觉丧失的比例分别为68.0%和71.0%,而阴性者则分别为16.0%和17.0%,提出嗅觉和味觉的缺失与COVID-19密切相关,在筛选疑似病例时应予以考虑[24]。与成人相比,儿童及新生儿感染者咳嗽、发热症状较少见[25],可仅表现呕吐、腹泻、精神差等不典型症状[16]。Dong等[26]分析发现儿童COVID-19危重病例(5.9%)明显少于成人患者(18.5%),轻、中症病例分别占确诊病例的54.9%和37.6%。除上述症状外,临床发现部分COVID-19患者出现突发吐词不清、肢体瘫痪、头痛、意识障碍等类似急性脑血管病或颅内感染症状,少数患者还有癫痫[27]、感觉异常、大小便障碍等症状,有些患者甚至以颅内感染症状起病,后出现COVID-19相关症状[28]。2020年3月5日,首都医科大学附属北京地坛医院首次报告了2019-nCoV攻击中枢神经系统的病例,指出COVID-19患者突发意识改变应警惕病毒累及中枢神经系统,及时进行脑脊液2019-nCoV核酸检测等相关检查[29]。因此,对于2019-nCoV,成人和儿童均易感,但儿童的临床表现较成人轻,以轻、中症病例为主,危重症病例较少；所有患者除呼吸系统症状外,还可以神经系统、消化系统等其他系统症状起病,早期识别疑似病例需警惕不典型症状起病的患者。

2.2 实验室及影像学检查特点

现有研究显示,在COVID-19患者鼻咽拭子、呼吸道分泌物、血液、粪便等标本中,均能检测到2019-nCoV核酸[1]；血清特异性IgM抗体阳性出现在发病3～5 d后,IgG抗体滴度恢复期较急性期有4倍及以上增高[16]；患者血液检查见低蛋白血症[30]、低钾血症、血小板减少[19]、D-二聚体升高[22]；反映机体感染的生物标志物变化包括淋巴细胞降低[20]、C反应蛋白及血沉升高[16],但降钙素原无明显升高。此外,患者还可出现肝酶、肌酶、血尿素氮、肌酐升高[21],提示可能发生肝、肾、心肌损伤。

在影像学方面,疾病早期胸片多无特异性改变,中晚期可见斑片状、弥漫性肺实变[31]。胸部CT为主要影像学检查方式,典型表现为集中于双肺外带的间质改变、磨玻璃样变,少数患者有胸腔积液,重症患者可见肺实变[31]。Caruso等[32]分析了158例意大利COVID-19患者胸部CT检查结果,提出胸部CT敏感性高(97.0%)、特异度低(56.0%),局部磨玻璃样肺间质改变是COVID-19的典型影像学表现,可双侧多肺叶受累,此外,89.0%的患者胸部CT见肺间质变区亚段血管扩张。但是,并非全部患者都有胸部影像学改变,Fang等[20]发现约88.2%的患者胸部CT表现异常；Guan等[19]的研究显示,在确诊的877例非重症患者和173例重症患者中,分别有17.9%和2.9%的患者未发现胸部影像学异常。因此,胸部影像学检查结果阴性不能排除COVID-19诊断,这种假阴性检查结果可导致病例确诊难度增加、漏诊率和误诊率加大。

2.3 病理特点

尸检及病理检查分析显示,COVID-19死亡患者以肺脏和免疫系统损害为主,同时肺门淋巴结、脾脏、骨髓、心脏、血管、肝胆、肾脏、肾上腺、食管及胃肠均不同程度受损,并有脑组织充血、水肿以及部分神经元变性,提示2019-nCoV可能攻击全身多脏器[16]。尸检肉眼所见:肺脏病变表现为以深部气道和肺泡损伤为特征的炎性反应,肺切面见肺泡内溢出大量黏稠分泌物,肺部渗出性病变较SARS更为明显；双侧胸膜腔、心包腔、腹腔见少量淡黄色积液；脑组织水肿,未见感染特异性改变[33]。尸检样本组织病理学检查结果显示,双肺肺泡弥漫性损伤伴细胞纤维黏液样渗出物,双肺间质见以淋巴细胞为主的单核细胞浸润,双肺透明膜形成,提示早期急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)；心脏组织除少量单核细胞浸润外未见其他组织学改变；肝组织显示中度微血管脂肪变性和轻度小叶和门静脉活动[34]。目前,尚无确凿证据支持2019-nCoV感染直接或经药物间接致心脏、肝脏损伤[33～34],仍缺乏明确2019-nCoV感染与中枢神经系统病变具有潜在关联的脑组织病理学检查结果。综上所得,因为呼吸道大量黏稠分泌物、肺水肿和肺透明膜形成,严重影响肺通气换气功能,造成机体氧合指数下降,所以在临床诊疗过程中对严重患者可考虑及时、适当地使用皮质类固醇和呼吸机支持以缓解ARDS[34],并探寻更积极的治疗方案,促进小气道分泌物的清除,改善呼吸困难症状；当然,救治的同时还需密切检测各项指标,警惕消化系统、神经系统等其他多系统损害的发生。上述研究结果不仅有助于患者确定死因,而且为COVID-19的发病机制提供了新的认识,有助于临床医生对类似重症患者制定及时的治疗策略。

2.4 临床特点

2.4.1 2019-nCoV感染风险相关因素

2019-nCoV感染潜伏期为1～14 d,多为3～7 d[16],中位潜伏期为4 d[19]。Zhao等[35]对比了武汉市、深圳市共2 173例2019-nCoV感染患者的ABO血型分布和相应地区正常人群的ABO血型分布,发现A型血人群感染COVID-19的风险较高,而O型血则较低,提示不同血型人群的2019-nCoV易感性可能不同,但由于样本量不足、病例病史信息不完善等因素,ABO血型与2019-nCoV易感性之间的关联还需要进一步的研究。Chen等[21]研究发现,参与分析的99例武汉确诊患者的平均年龄为55.5岁,68.0%为男性患者,51.0%患有至少1种基础疾病(包括心脑血管系统疾病、呼吸系统疾病、消化系统疾病、内分泌系统疾病或恶性肿瘤等)。Fang等[20]的研究发现31.5%的COVID-19患者有上述慢性疾病病史。以上研究结果提示,患慢性疾病的中老年男性人群可能有更高的2019-nCoV感染风险,并有更大概率发展为危重症患者,对于神经内科等患者平均年龄偏大且多有慢性疾病史的临床科室,应加强疑似病例筛查、患者宣教及病区防控工作。

2.4.2 感染患者预后的相关因素

Murray评分最初用于评估ARDS患者急性肺损伤的严重程度,评分越高,表明损伤越重。Liu等[30]研究发现COVID-19患者下呼吸道标本的2019-nCoV滴度在确定疾病严重程度方面至关重要,与Murray评分密切相关,且可能与暴发性心肌炎的发生相关,提出呼吸道病毒滴度可作为预测疾病严重程度的潜在指标。Guan等[19]分析了1 099例COVID-19患者的临床数据,发现重症患者的年龄平均比轻、中症患者大7岁,患基础疾病的概率高18.7%。Liu等[36]研究显示,年龄、高血压和中性粒细胞淋巴细胞比值(neutrophil-to-lymphocyte ratio,NLR)是预测病情进展至重症的有效因素,其中NLR的敏感性和特异性最高,认为年龄≥50岁且NLR≥3.13的患者其病情易进展至重症,必要时应迅速转入重症监护室。Jain等[37]研究认为慢性阻塞性肺疾病对COVID-19进展至重症的影响最大。另外,血管紧张素转换酶抑制剂和血管紧张素Ⅱ受体阻滞剂也被认为可能增加2019-nCoV感染风险,并且是导致COVID-19患者预后不良的危险因素[38]。脓毒症相关性器官功能衰竭评价(sepsis-related organ failure assessment,SOFA)是脓毒症和感染性休克的良好诊断指标,反映了多器官功能障碍的状态和程度。Zhou等[39]对191例COVID-19患者(包括死亡患者54例)进行回顾性队列研究发现,年龄越大、SOFA评分越高、入院时血D-二聚体大于1 μg/mL是COVID-19患者死亡的危险因素。数据统计显示,死亡病例中80%为60岁以上老年人,75%为心脑血管疾病、糖尿病等基础疾病患者[40]。综上所述,结合患者病史、年龄、病毒滴度及生化检查等,临床医师可在疾病早期识别高危患者,对病情进展作出预判,在积极治疗的同时做好进一步救治的准备工作,科学优化医疗资源配置。

3 展望

充分认识2019新型冠状病毒及其感染特征是开展疫情防控工作的基础,可以更科学、有效地指导感染防控和患者救治。已知COVID-19可造成多系统器官功能损伤,重症患者救治需要多学科共同参与,因此,建立科学的多学科救治流程可能是提高救治成功率的重点。除此之外,现阶段还需要更多消化系统、免疫系统、神经系统等其他系统的组织病理学和免疫生化等相关研究成果,进一步阐明损伤的发生机制,进而指导临床防治。

目前仍无特效药物可用于COVID-19的预防和治疗[41],根据病毒作用靶点与蛋白质结构特点研发和筛选抗病毒药物,可作为寻找有效治疗手段的途径。Wang等[42]研究发现瑞德西韦(remdesivir)和氯喹(chloroquine)对2019-nCoV临床分离毒株有较好的体外抗病毒效果,提出以上两种药物可考虑用于COVID-19的治疗,且瑞德西韦已经获批开展三期临床试验。除特效抗病毒药物研究外,军事科学院军事医学研究院陈薇院士科研团队研发了重组新型冠状病毒疫苗[43],该疫苗现已开展Ⅱ期人体临床试验,并已做好大规模生产的前期准备[44]。此外,两款新型冠状病毒灭活疫苗也获得国家药品监督管理局许可并启动临床试验[45]。高效、安全的抗病毒疫苗有望成为感染控制的有效途径。

流行病防治是世界各国共同面对的公共卫生问题,未来还需要更充分有力的合作以促进全球公共健康发展。在各级政府和卫生部门的领导下,我国现阶段各省市和地区的疫情发展已得到有效控制,虽然多地出现“输入性病例”,但是交通部门和卫生部门已加强出入境筛查等监管措施,避免疫情再次加重。此外,已有研究发现普通人群中的无症状感染者可能接近31.0%[46]。陈奕等[47]研究了宁波地区191例COVID-19患者(其中30例为无症状感染者)的传染力,发现无症状感染者的传染力与其他确诊患者无统计学差异,提出无症状感染者也是病毒传播的重要部分,提示无症状感染者也是防疫工作的重要部分,下一步应加强对其管理及防疫。