新型冠状病毒的来源和受体的研究进展

颜长建，杨寿慧，袁小亮

(赣南医学院 1.2018级硕士研究生；2.第一附属医院呼吸科，江西 赣州 341000)

传染病的新发和再发一直是世界各国公共卫生所面临的主要问题[1]。尤其是进入21世纪后，严重急性呼吸综合征冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus，SARS-CoV)和中东呼吸综合征冠状病毒(middle east respiratory syndrome coronavirus，MERS-CoV)的感染暴发，提示冠状病毒已成为人类健康新的威胁[2-3]。冠状病毒首次发现于1960年，其中有6种可感染人类，除了SARS-CoV和MERS-CoV可引起严重呼吸疾病而导致死亡外，其他的4种一般只引起轻微的上呼吸道症状[4-6]。

自2019年12月以来，湖北省武汉市陆续发现与华南海鲜市场相关的不明原因的聚集性肺炎[7-8]。2020年2月11日世界卫生组织将该疾病命名为2019冠状病毒病(Coronavirus Disease 2019, COVID-19)。而引起COVID-19的病原体为新型冠状病毒(SARS-CoV-2)。SARS-CoV-2具有人传人的特点，潜伏期1～14 天，多为3～7天，个别无症状潜伏期可长达24天[7,9-12]。COVID-19发病隐匿，不同于SARS和人感染H7N9禽流感，自发病初期就有明显高热[13]。SARS-CoV-2感染后，部分患者可无症状或者症状不典型[13-14]。截止到2020年3月7日，根据世界卫生组织的报告，全球已确诊101 927例COVID-19患者，其中国内有80 813例，死亡3 073例，共波及全球93个国家[15]。通过加深对SARS-CoV-2的起源及受体的理解有助于COVID-19的药物研发及采取有效防控措施[16]。本文就SARS-CoV-2的分离与鉴定、来源和受体做一综述。

1 SARS-CoV-2的分离鉴定与病原学特点

在疫情暴发初期，中国科学院武汉病毒研究所石正丽团队在5例COVID-19患者的支气管肺泡灌洗液样本中均鉴定出一种相似度达99.9%以上的病毒[12]，电子显微镜下该病原体大部分呈球形，少部分呈多边形，直径约60～140 nm，病毒颗粒的表面有明显的棘突，约9～12 nm。在COVID-19患者的气道上皮切片中，研究人员发现了胞外存在游离病毒颗粒，并且胞质膜囊内充满了大量的病毒颗粒包涵体，该病毒形态与以往发现的典型的冠状病毒是一致的[12,17-18]。研究人员还通过最新的高通量测序技术对病毒进行全基因组测序，发现该病原体与SARS-CoV和MERS-CoV的基因序列相似度分别为79%和50%，排除其他已知病毒的可能性，确定其为β冠状病毒属的Sarbecovirus亚型[19-20]。2020年1月2日，中国把SARS-CoV-2的基因组序列提交给世界卫生组织[21]。

2 SARS-CoV-2的来源

2.1SARS-CoV-2的天然宿主目前预防和控制COVID-19的关键之一，就是确定SARS-CoV-2的来源[22]。在2003年暴发的传染性非典型肺炎(severe acute respiratory syndrome, SARS)中导致人类感染SARS-CoV的中间宿主是果子狸，而它的天然宿主可能是云南的中华菊头蝠[6]。2012年发现的MERS-CoV的中间宿主是骆驼，而蝙蝠也有可能是其天然宿主[23]。研究人员还发现在蝙蝠体内还存在着其他的多种冠状病毒[24-25]。

研究人员通过基因测序比对等方法发现SARS-CoV-2可能也是来源于蝙蝠，但是蝙蝠种类有所不同。郝沛等使用二代测序技术对SARS-CoV-2的全基因序列进行检测发现SARS-CoV-2可能与SARS-CoV有共同的祖先，即果蝠的冠状病毒HKU9-1[22]。但是其他团队却发现中华菊头蝠更有可能是SARS-CoV-2的起源。张永振等通过对1例COVID-19患者的完整SARS-CoV-2的基因组进行分析则发现了该病毒与蝙蝠体内的冠状病毒bat-SL-CoVZC45相似度达89.1%[26]。武桂珍等发现SARS-CoV-2与浙江省舟山市的中华菊头蝠体内的两种SARS-CoV样冠状病毒(bat-SL-CoVZC45和bat-SL-CoVZXC21)有高达87.99%序列相似性[20]。石正丽等发现SARS-CoV-2的基因组序列与云南省的中华菊头蝠体内的病毒RaTG13有高达96.2%的相似性[12]。

虽然SARS-CoV-2与蝙蝠体内的冠状病毒高度同源，特别是中华菊头蝠。但是COVID-19暴发时武汉正处于冬季，蝙蝠多处冬眠状态，而蝙蝠被猎杀作为食物售卖也罕见，并且在SARS-CoV和MERS-CoV等多种冠状病毒的研究中，蝙蝠多为天然宿主，所以多数学者认为蝙蝠只是SARS-CoV-2的最初起源。SARS-CoV-2在传播过程中可能存在着其他的中间宿主动物[12,20,26-27]，因此研究人员对SARS-CoV-2可能的中间宿主进行了进一步探寻。

2.2SARS-CoV-2的中间宿主通过使用不同方法研究人员发现SARS-CoV-2多种潜在的中间宿主。有学者认为非哺乳动物乌龟和蛇可能是潜在中间宿主。通过系统分析与宿主受体细胞血管紧张素转换酶2(angiotensin converting enzyme Ⅱ，ACE2)的相互作用的SARS-CoV-2刺突蛋白上的受体结合域的氨基酸，研究人员发现乌龟可能是潜在的中间宿主[28]。此外，通过同义密码子相对实用度(relative synonymous codon usage, RSCU)比较，研究人员也发现蛇可能是中间宿主[29]。但是通过最新的生物信息学方法对大规模数据进行分析，张阳团队发现其只比较了蛇的300个蛋白质编码基因，占总基因的2%，所以蛇作为中间宿主的推测可能不可靠[30]。并且他们的研究结果表明鸟类或是其他哺乳类动物作为中间宿主的可能性更大[30]。研究人员发现哺乳动物中的水貂和穿山甲可能是潜在中间宿主。肖永红等则利用深度学习算法预测SARS-CoV-2的宿主，他们比较不同脊椎动物冠状病毒的传染模式，发现水貂可能是SARS-CoV-2的中间宿主[31]。多个研究团队认为SARS-CoV-2的宿主可能是穿山甲，他们发现在穿山甲体内的冠状病毒与人SARS-CoV-2的刺突蛋白的受体结合域高度相似可达99%。但是全基因组相似度只有约90%[32-33]。

蝙蝠可能作为SARS-CoV-2天然宿主，通过水貂、穿山甲等动物传染人类。但是还需要进一步的证实[7,34]。明确病毒的来源对于我们确定SARS-CoV-2的跨物种传播模式非常重要，有利于我们更好地做好SARS-CoV-2的防控[16]。

3 SARS-CoV-2结合受体

经研究发现，SARS-CoV-2表面有刺突蛋白，该蛋白的S1亚基负责与细胞血管紧张素转换酶2(angiotensin converting enzyme Ⅱ，ACE2)结合，S2亚基负责入侵细胞[35]。SARS-CoV-2通过与宿主细胞的ACE2受体结合进入人体最终可能导致肺、肾、肝等器官损伤[36]。

3.1SARS-CoV-2结合受体的鉴定多个研究从不同层次发现SARS-CoV-2与SARS-CoV的受体结合区域存在相似性，并且进一步明确了SARS-CoV-2可能具有与SARS-CoV相同的受体。研究人员从支气管肺泡灌洗液中提取到8个完整的病毒基因组进行分析，发现SARS-CoV-2与SARS-CoV的受体结合区域存在相似性[20,22]。通过三维空间构像模拟比较，研究人员发现SARS-CoV-2刺突蛋白的抗原性与SARS-CoV类似，在受体结合区域上存在潜在的交叉表位，而该区域与ACE2受体结合位点密切相关[37]。经过体外细胞病毒感染实验，即将SARS-CoV-2与多种动物的Hela细胞进行反应，研究人员发现SARS-CoV-2只能感染表达ACE2的细胞，明确ACE2受体对于SARS-CoV-2侵入细胞至关重要[12]。但还需动物实验进一步验证。

3.2SARS-CoV-2结合受体ACE2蛋白在人体的表达情况根据既往研究，冠状病毒可通过直接和间接方式导致机体细胞发生损伤，直接损伤主要是通过病毒作用靶细胞受体直接结合而引起，间接损伤可由免疫反应等引起[38]。研究人员通过单细胞转录组检测各类细胞的ACE2表达水平，从而确定了SARS-CoV-2在各个器官可能的直接靶细胞类型[39-40]。

为了明确人体肺部各种类型细胞表达ACE2情况,左为团队对8例受试者的43 000多个肺脏细胞进行单细胞基因表达谱分析[41]。研究发现：1% Ⅱ 型肺泡上皮细胞(alveolar epithelial type Ⅱ cell,AT2)可高表达ACE2受体，并且表达大量与促进病毒繁殖和传播相关的蛋白[9,41]。此外，在其他团队的研究中也发现吸烟患者的肺部AT2的ACE2基因的表达水平高于非吸烟者[42]。

研究人员对回结肠等消化器官的ACE2受体表达水平进一步检测，发现ACE2受体在吸收性肠上皮细胞高表达[43]。这与在部分COVID-19患者出现的腹泻等胃肠道症状，以及美国第一例COVID-19患者的粪便中检测到SARS-CoV-2核酸阳性的结果是一致的[44-45]。研究人员还发现表达ACE2受体的结肠上皮细胞可能也具有促进病毒的复制和传播的功能[46]。

部分COVID-19患者可出现肝功能异常，通过单细胞转录组测序，发现肝脏细胞并不表达SARS-CoV-2受体，但是胆管细胞却特异性高表达ACE2，类似于AT2的表达水平[47]。这提示胆管细胞也是主要的病毒靶细胞，临床上COVID-19患者的肝功能异常时应注意胆管细胞[8,47]。

此外，研究人员还检测到睾丸、生精管和间质细胞的ACE2均高表达[48]。这暗示了SARS-CoV-2不仅可以导致肾功能损害，还可能导致生精功能障碍[48]。

通过对各器官的表达ACE2的细胞进行鉴定，研究人员发现大量的SARS-CoV-2可能直接损伤的靶细胞，通过跟临床不同器官细胞的损伤程度相关联，可有助于进一步了解其损伤机制。但是应注意区别于SARS-CoV-2通过间接途径免疫反应等所致的损伤。其次，最近研究发现SARS-CoV-2出现突变亚型，但是其是否会增强与ACE2的结合能力，导致病毒大量复制和毒力增强，出现与SARS类似的“超级传播者”还需进一步确定[49-50]。所以应及时监测SARS-CoV-2的突变情况，并且评估突变病毒对人类宿主的适应能力[16]。

4 小结和展望

SARS-CoV-2是目前发现可感染人类的第7种冠状病毒。SARS-CoV-2的天然宿主可能是蝙蝠，中间宿主可能是穿山甲、水貂等其他动物。各类高表达ACE2的细胞，如AT2、吸收性肠上皮细胞、睾丸、生精管和间质细胞等，是SARS-CoV-2的主要攻击对象。因此针对ACE2的靶向治疗，开发相应的ACE2抗体可能有助于COVID-19的治疗。

近年来SARS-CoV和MERS-CoV以及SARS-CoV-2的感染暴发流行，使我们意识到在野生动物体内未知病毒对人类潜在的危险[51]。我们应该结合既往对SARS-CoV和MERS-CoV的相关研究和认识，来推测SARS-CoV-2的来源及作用机制，对COVID-19进行有效防控和诊治。