从SARS冠状病毒探讨新型冠状病毒眼途径传播的可能机制

牛福来，库娜娜，孙 熠

0引言

自2019-12突发新型冠状病毒肺炎(corona virus disease 2019，COVID-19)疫情以来，感染及死亡病例快速上升。了解传染病的流行病学特征，控制传染源、切断传播途径、保护易感人群是控制疾病传播的关键措施。2020-01-22，1例感染新型冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2)的医务人员回顾其最早出现的症状是结膜炎，高度怀疑SARS-CoV-2首先由结膜侵入，由此引起可能通过眼表组织传播的推测，为眼科工作的防护敲响警钟，眼科医护人员在眼病的诊疗过程中与患者近距离接触，存在SARS-CoV-2感染的风险。Lu等[1]在Lancet发表的论文提出SARS-CoV-2有可能先经结膜引起感染。但目前尚缺乏其通过眼表组织感染的临床确诊病例和实验室研究证据。SARS-CoV-2属于冠状病毒(coronavirus, CoV)[2]，目前已知有7种CoV可导致人类疾病，其中SARS冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus，SARS-CoV)、 中东呼吸综合征冠状病毒 (middle east respiratory syndrome coronavirus，MERS-CoV)，包括此次的SARS-CoV-2都具有严重的危害性，可导致重症肺炎等致死性疾病。已有研究证实SARS-CoV-2与SARS-CoV同源性极高。因此，了解CoV尤其是SARS-CoV的特点及传播机制可能有助于更好地阻断SARS-CoV-2的传播。

1 CoV与SARS-CoV-2

1.1流行病学特征CoV在自然界中广泛存在，其自然宿主包括家畜、禽类、鼠类及野生哺乳类动物等，尤其是有飞翔能力的哺乳动物——蝙蝠，是多种CoV的自然储存宿主，也是病毒扩散、传播及致动物或人类疾病流行的传染源[3]。关于SARS-CoV-2来源的研究正在展开，Zhou等[4]研究发现SARS-CoV-2在全基因组水平上与云南中华菊头蝠上检测到的蝙蝠冠状病毒96.2%相同，提示蝙蝠可能是SARS-CoV-2的宿主来源。Guo等[5]研究发现蝙蝠和水貂可能是SARS-CoV-2的两个潜在宿主，其中水貂可能为中间宿主。而Xiao等[6]、Lam等[7]的研究均表明穿山甲为SARS-CoV-2潜在的中间宿主。

1.2病毒基因组CoV为单链RNA病毒，SARS-CoV-2在用于病毒鉴别的7个保守域与SARS-CoV的氨基酸相似性高达94.6%，进一步提示其与SARS-CoV属于同一种属[4]。

1.3病毒形态学CoV形态不规则，电镜下形似“皇冠”，直径约60～220nm[8]。2014年国际病毒学分类委员会将CoV科分为4个属，即α、β、γ和δ 属，目前已证实SARS-CoV-2与SARS-CoV、MERS-CoV、人冠状病毒HCoV-OC43、人冠状病毒HCoV-HKU1都属于β属冠状病毒。

1.4致病性CoV的感染步骤包括吸附入侵、基因合成、成熟病毒的包装和释放这4个过程，其中在病毒吸附入侵的关键步骤是病毒受体的特异性[9-10]。病毒入侵首先必须能够识别宿主细胞，建立一座“桥梁”联通彼此，进而突破细胞膜屏障进入细胞内部。在CoV感染宿主细胞的过程中，S蛋白特异性识别细胞表面受体并形成复合物，是决定病毒入侵的关键性因素。研究发现6种可感染人类的CoV存在着不同的特异功能受体[11-12]，人冠状病毒HCoV-229E的受体为氨肽酶N(APN/CD13)，人冠状病毒HCoV-OC43的受体为唾液酸(N-乙酰基神经氨酸，SAα2.3/6Gal)，近年新发现的SARS-CoV和人冠状病毒HCoV-NL63的受体均为血管紧张素转化酶2(angiotensin-converting enzyme 2，ACE2)，人冠状病毒HCoV-HKU1的受体尚未查明，而MERS-CoV的受体为二肽基肽酶4(DPP 4)。此前一项研究对SARS-CoV-2的S蛋白进行结构三维建模，评估其与人类ACE2分子相互作用的能力，结果表明尽管存在氨基酸残基的替换，但SARS-CoV-2的S蛋白与人ACE2受体仍然具有显著的结构亲和力。Zhou等[13]进一步确证了SARS-CoV-2可以通过细胞膜表面ACE2受体进入细胞，这与SARS-CoV进入细胞的途径是一样的。在此基础上，Yan等[14]进一步解析了完整的ACE2与SARS-CoV-2 受体结合域(receptor binding domain，RBD)结合的低温电子显微镜结构。Lan等[15]确定了SARS-CoV-2 S蛋白RBD与细胞受体ACE2结合的晶体结构。ACE2广泛分布于人体各种组织中，在人结膜、角膜组织中均有表达[16]，这为SARS-CoV-2可通过眼表组织感染提供了一定的理论依据。

1.5病理特征2020-01-27，Xu等[17]对1例COVID-19死亡患者进行了病理解剖，对提取的肺、肝、心脏组织检查显示双侧弥漫性肺泡损伤伴纤维黏液性渗出，双肺出现了急性呼吸窘迫综合征表现，肺间质内可见以淋巴细胞为主的单个核细胞炎性浸润。肺泡细胞表现出病毒性细胞病变样改变。SARS-CoV-2的病理特征与SARS和MERS-CoV感染中的病理特征非常相似。这一病理结果为COVID-19的发病机制提供了新的见解，也为临床治疗提供了一定的治疗依据。

2 SARS-CoV与眼途径传播的研究

对SARS患者的研究表明，SARS-CoV通过直接或间接接触眼睛、鼻腔或口腔黏膜传播[18-19]。眼睛和体液接触以及未配戴护目镜都是导致SARS-CoV由患者向健康人群传播风险增加的原因，提示无眼部防护条件下SARS-CoV眼途径传播的可能[20]。Tong 等[21]采集4例SARS患者流经结膜囊和泪道的生理盐水样本，应用RT-PCR技术在其中2例样本中检测出SARS-CoV阳性结果，而4例患者的鼻咽拭子标本均未检测出SARS-CoV，提示SARS-CoV可感染眼球结膜和泪道黏膜组织。Loon等[22]对新加坡的36例SARS疑似患者的泪液行PCR检测，其中3例确诊患者泪液中可检出SARS-CoV，提示在疾病早期通过简单、重复获得的泪液标本中检测SARS-CoV可能是重要的诊断方式。

据世界卫生组织报告，泪液是传播SARS-CoV的体液之一，直接与患者结膜表面接触的不同仪器的使用可能是疾病传播的途径和来源[23]。同时，加拿大疾控中心建议医务人员应当配戴护目镜、N95或更高级别口罩、橡胶手套等阻断SARS-CoV的传播，以降低医务人员感染的风险[24]。

武汉病毒研究所Zhou等[13]研究表明SARS-CoV-2与SARS-CoV基因组有79.5%的相似性，在用于病毒鉴别的7个保守域与SARS-CoV的氨基酸相似性高达94.6%。国际病毒分类委员会的冠状病毒研究小组认为SARS-CoV-2与SARS-CoV为同一类冠状病毒，将其病原体命名为SARS-CoV-2，研究SARS-CoV对人类的侵入和传播的方式在COVID-19的防控中具有重要借鉴意义。

美国国家过敏和传染病研究所疫苗研究中心通过低温电子显微镜构建了SARS-CoV-2 S蛋白的预融合构架是三个聚体，发现每个单位上都有细胞受体结合点位，对比SARS-CoV-2与SARS-CoV的S蛋白发现，SARS-CoV-2和ACE2的结合力是SARS-CoV的10～20倍[25]。

3 SARS-CoV-2眼途径传播可能机制与防护措施

SARS-CoV-2的传播途径尚未完全确定，目前公认的传播途径是飞沫传播和接触传播。Holshue等[26]研究发现COVID-19患者的粪便中检测出SARS-CoV-2核酸阳性，这提示SARS-CoV-2可能具有粪口传播性。2020-02-08，中国疾病预防控制中心专家提出气溶胶传播可能也是一种新的传播途径。Lu等[27]在Lancet发表的通讯论文认为SARS-CoV-2通过眼睛的传播被忽略了, 所有检查可疑病例的眼科医生都应戴防护眼镜。基于SARS-CoV-2的传播途径及SARS-CoV眼途径传播的研究推测SARS-CoV-2眼途径传播的可能机制如下：(1)人眼角结膜等组织大部分暴露于外界，容易受到外界环境的刺激和微生物感染而致病。病毒可通过飞沫、气溶胶、接触等直接污染角结膜组织，SARS-CoV-2的S蛋白与角结膜ACE2受体结合进入细胞引起感染。Zhou等[28]对67例确诊或疑似COVID-19病例进行了回顾性分析，对患者的鼻咽和结膜拭子进行RT-PCR检测，67例病例中1例结膜囊测试阳性、2例为可疑阳性，但3例患者均无眼部症状，仅有的1例以结膜炎为首发症状的COVID-19患者结膜囊测试为阴性。Xia等[29]选择了30例确诊的COVID-19患者。该研究发现只有1例结膜炎患者的泪液和结膜分泌物样品出现SARS-CoV-2阳性结果， 其他样品均为阴性。Sun等[30]对102例COVID-19临床确诊患者进行SARS-CoV-2核酸筛查，72例患者核酸阳性，其中2例患者具有结膜炎表现，1例患者结膜囊分泌物SARS-CoV-2核酸呈阳性。叶娅等[31]在30例确诊COVID-19患者中发现3例患者合并结膜炎，其中1例以双眼结膜炎为首发症状，5d后发生呼吸道症状并确诊为COVID-19，另2例确诊为COVID-19，隔离治疗期间发生双眼结膜炎。另27例确诊的轻中度COVID-19中有2例结膜囊拭子病毒核酸检测阳性，但并未发生结膜炎。目前以结膜炎为首发症状的COVID-19患者并不多见，且缺乏大样本的临床研究，SARS-CoV-2是否能够经眼表组织进行传播，还需要大量的临床数据分析以提供循证证据。(2)同时需引起关注的是，据世界卫生组织报告泪液是传播SARS-CoV的体液之一，直接与患者角结膜接触的各种仪器的使用也可能是疾病传播的途径和来源。目前虽然无足够SARS-CoV-2经泪液传播的证据，但在眼科进行专科检查(裂隙灯、直接检眼镜等)、专业操作(结膜下注射、泪道冲洗等)及专业手术(各类眼部手术)时需严格做好个人防护。

近日，《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(第六版)》增加了“在相对封闭的环境中长时间暴露于高浓度气溶胶情况下存在经气溶胶传播的可能”[32]。尤其在医院、轮船等病毒浓度较高的环境中，病毒经气溶胶传播风险极大，这也可能成为眼表组织感染的高危因素之一。根据国家卫生健康委员会对医院不同区域的防护建议应统筹设置诊室，避免聚集，保持良好通风条件。 1991年华盛顿大学眼科中心的一项研究表明[33]：非接触眼压计测量眼压的瞬间，眼表泪液在气压的冲击下可形成大片气溶胶粒子，且这些气溶胶粒子随着测量次数持续增加，在仪器半封闭状态下，测量口附近浓度持续增加，存在交叉感染的风险。眼科医生应在每例患者检查结束后对仪器进行严格消毒，同时延长下一患者检查时间间隔，降低交叉感染风险。

目前认为SARS-CoV-2感染是S蛋白与人ACE2受体结合引起，ACE2受体广泛分布于人体各种组织中，气管、支气管、咽喉、鼻旁窦、鼻泪管上皮、泪小管上皮等均有分布，其中肺毛细血管内皮细胞的ACE活性最高[34]，呼吸道感染是SARS-CoV-2的主要感染方式。眼和呼吸道作为邻近器官，呼吸道作为门户发生感染后，病毒可能通过眼-鼻泪管系统-呼吸道之间的解剖学桥梁感染眼表组织[35]。基于眼-鼻泪管系统-呼吸道的解剖学基础，且泪液有可能作为病毒传播的媒介，人眼是病原体感染的首发部位还是其它部位感染的并发症尚无法定论。 另外，除病毒感染引起眼表组织炎症之外，疫情期间，防护工作引起的眼部疾病也需引起重视。金明等[36]对SARS 118例235眼患者患病期间引起的眼病及眼部表现进行首发症状问卷调查，发现77眼(32.7 %)首发症状为干涩、畏光、流泪、疼痛、视物模糊，187眼(79.5%)有眼部刺激的续发症状。共有35例SARS患者继发不同眼病，以慢性结膜炎和电光性眼炎患者居多。化学消毒剂及紫外线等使用不当是引起结膜炎和角膜炎的主要原因，SARS首发、续发眼部表现及继发性眼病与SARS发病无明显相关性。提醒我们在疫情防控过程中需规范使用化学消毒剂及紫外线照射灯等，做好个人防护。

目前，SARS-CoV-2的传播方式以及是否能够经眼表组织进行传播尚无法证实，眼表组织可能是病毒入侵人体的门户，也可能继发于其它部位发生感染，仍需大量的临床研究提供循证医学证据[37]。综述冠状病毒尤其是SARS-CoV引起眼途径传播的文献，可以为我们在COVID-19的防控工作中提供借鉴。眼科虽不是COVID-19防控的一线科室，但医护人员在诊疗过程中存在病毒感染的多重风险，眼病的发生仍不容忽视[38]。此外，应重视防控过程中避免消毒剂及紫外线等引起的眼部损伤，同时需与其它类型眼表炎症做出鉴别[39]。根据已知的病毒的传播方式以及眼部的解剖学基础，眼科医护人员从个人防护、眼科门诊防控管理、眼科病房防控管理以及眼科器械清洁消毒等方面需严格遵守相关制度[40-41]。