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Cell发表新冠溯源综述:近百篇论文支持新冠疫情源自跨物种传播

指向新冠病毒起源于动物的证据很多,病毒由实验室逃逸的概率极低。
 
编译 | 姬智女孩
 
自2019年12月中国武汉首次报道新型肺炎病例(后确认命名为“2019冠状病毒病”,英文缩写为COVID-19)以来,学界、政府和公众一直高度关注其病原体新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的来源。关于新冠病毒来源的争论主要有两种观点:一种看法认为该病毒是由“实验室逃逸”(laboratory escape)而来的;另一种看法认为新冠病毒是由动物传染到人的(zoonotic emergence),COVID-19是一种“人畜共患病”。
 
近日,Cell杂志发表了一篇关于新冠病毒起源的批判性综述(critical review),通讯作者为澳大利亚悉尼大学玛丽巴希尔传染病和生物安全研究所的病毒学家、进化生物学家Edward Holmes与英国爱丁堡大学进化生物学家Andrew Rambaut,由英、美、澳、加、中国、新西兰等多国科学家共同撰写。这篇综述结合WHO的报告和82篇研究论文的众多科学数据,系统回顾了当前致力于澄清新冠病毒起源的科学证据。今天的文章将为大家详细解读。
 
 
一 新冠病毒SARS-CoV-2来源于动物的证据
 
1.新冠病毒与其他动物来源的冠状病毒具有相似的特征
 
经过长期研究,人们已了解到冠状病毒具有极高的大流行性风险。在目前已知的冠状病毒中,SARS-CoV-2是第9种记录在案的、可以感染人类的冠状病毒,也是过去20年中发现的第7种。在它之前的冠状病毒都具有动物起源,SARS-CoV-2也具有与它们相似的特征。
 
SARS-CoV-2与2003年曾经流行过的“非典”病原体SARS-CoV具有明显的相似性,而SARS-CoV的两次出现都与市场销售活体动物(尤其是果子狸和貉)有关。2019年,新冠疫情在武汉暴发时,武汉华南海鲜批发市场也在售这些活体动物,且它们已被证实可以被SARS-CoV-2感染。
 
目前的研究表明,与SARS-CoV和SARS-CoV-2亲缘性最接近的病毒来自云南蝙蝠,该省的动物在溯源时已被优先采样。但不论是对于SARS-CoV还是SARS-CoV-2而言,首例人类感染病例的所在地都与云南省相距甚远,这表明要确证病毒的传播途径相当困难,也体现了在云南省之外地区采样的重要性。
 
除了SARS-CoV外,SARS-CoV-2还与四种地方性人类冠状病毒(HCoV-OC43、HCoV-HKU1、HCoV-229E和HCoV-NL63)具有相似之处,而这些病毒都来源于动物,并且它们传染人类的途径尚未得到确证。与SARS-CoV-2相似,HCoV-HKU1(2004年在深圳首次被报道)也具有未知的动物来源,其刺突蛋白上也含有一个弗林蛋白酶切割位点,在人类的肺炎病例中也有发现。
 
2.华南海鲜批发市场是早期感染中心和主要流行中心
 
基于流行病学数据,武汉华南海鲜批发市场(以下简称为华南海鲜市场)是SARS-CoV-2的早期感染中心和主要流行中心。世界卫生组织WHO的调查报告显示,最早记录的三个病例中有两个与该市场销售野生动物直接相关;而2019年报道的所有病例中,有28%与该市场有关;总体而言,2019年12月期间,55%的病例曾暴露于华南海鲜市场或武汉的其他市场,这个比例在12月上半月更高。
 
根据调查报告,早期病例的发生地多数集中在长江以北的华南海鲜市场附近,尽管病例报告可能会受到武汉市中心人口密度和年龄结构的抽样偏差影响,但这些地区同样也是2020年1月份第一批出现多起新冠肺炎死亡病例的地区——而这个指标不太容易受到前述潜在偏差的影响。
 
武汉市的其他地点,包括位于长江以南的武汉病毒研究所(以下简称武汉病毒所),曾引起大量猜测,但这些地方与早期报告的病例都没有流行病学联系。尽管也有一些早期病例与华南海鲜市场没有直接的流行病学联系,但鉴于无症状传播和未记录的二次传播事件的发生率很高,华南海鲜市场仍然有可能与早期的新冠传播有联系。实际上,在2003年广东佛山的早期非典病例中也观察到了类似情况。
 
2019年,武汉的市场共交易了数千只活的野生动物,包括果子狸和貉等高风险物种。华南海鲜市场关闭后,在该市场的环境检测样本中发现了SARS-CoV-2阳性样本,主要来自于野生动物和家畜产品交易的西边区域以及相关排水系统经过的区域。虽然在回顾性检测中,受检动物尸体均呈SARS-CoV-2阴性,但这并不能代表那些已经被出售的活体动物(尤其是果子狸等易感物种)没有携带SARS-CoV-2。
 
研究显示,SARS-CoV-2的流行模式符合“经由受感染动物与其商贩的一次或多次接触”的传播模式;SARS-CoV-2出现于多个市场,这与SARS-CoV暴发时的情况类似:潜在受感染或易感染动物可能通过公用的供应链被运入武汉的市场,或在武汉的市场之间流通,并出售给人类消费者。
 
3.病毒溯源需要花费较长的时间
 
在中国、泰国、柬埔寨和日本等东南亚多个地区的蝙蝠和穿山甲中,都记录到与SARS-CoV-2密切相关的病毒,然而两者之间存在显著的进化差距。例如,武汉病毒所收集的蝙蝠病毒RaTG13是与SARS-CoV-2基因序列最接近的病毒,两者基因差别约为4%(约为1150个突变),而这种差别在自然情况下需要数十年的进化才能消除。另外三种在云南发现的蝙蝠冠状病毒RmYN02,RpYN06和PrC31的潜在基因型重组病毒(尚未被发现)可能与SARS-CoV-2的祖先更为接近,但均不是由武汉病毒所收集的,并且这三种病毒都是在新冠大流行发生后才被测序的。这些数据使得科学界达成共识,即,RaTG13不是SARS-CoV-2的祖先,这两者更可能是两个不同进化分枝上的独立病毒。
 
迄今为止,尚未发现SARS-CoV-2的蝙蝠宿主或中间动物宿主。这可能是因为尚未采样到正确的动物物种,也可能是因为其祖病毒处于低流行的状态,而导致最初的跨物种传播事件尚未被发现。事实上,许多众所周知的人类病原体(包括埃博拉病毒、丙型肝炎病毒、脊髓灰质炎病毒以及冠状病毒HCoV-HKU1和HCoV-NL63)的动物起源都尚未确定,寻找病毒的动物起源是一个漫长的过程。例如与SARS-CoV-2有95%以上相似性并且可以将人类ACE2(血管紧张素转化酶2)作为受体的蝙蝠病毒,就花了科学家十几年的时间和精力来溯源。因此,目前没有找到动物起源并不意味着SARS-CoV-2不是动物来源。
 
二 SARS-CoV-2可能是从实验室中逃逸出来的吗?
 
1. 没有数据表明武汉病毒所或其他任何实验室在新冠大流行之前曾研究过SARS-CoV-2或者足够接近、能成为其祖病毒的病毒
 
人类历史上,确实有实验室病毒泄露事件导致孤立感染和短暂传播链的先例,但没有一种大流行是由新型病毒逃逸导致的,也没有数据表明武汉病毒所或其他任何实验室在COVID-19大流行之前曾研究过SARS-CoV-2或者足够接近、能成为其祖病毒的病毒。
 
武汉病毒所常规进行的、没有细胞培养的病毒测序风险可以忽略不计,因为病毒在RNA提取的过程中就会被灭活,没有一例记录的实验室逃逸事件是由对病毒样本进行测序导致的。
 
已经存在的实验室病毒暴发案例都可追溯到原始病例的工作场所、家庭接触者以及起源实验室。而在 COVID-19大流行期间,对早期病例进行了广泛的接触者追踪,但没有报告与武汉病毒所的任何实验室工作人员有关的病例。2020年3月的测试表明,石正丽博士实验室的所有工作人员为SARS-CoV-2血清学阴性;且据报道,石正丽实验室在冠状病毒研究期间遵循了恰当的生物安全协议,这也证明了病毒不可能是从该实验室逃逸出来的。
 
2. 武汉病毒所分离和培育出的三种SARS样病毒与SARS-CoV(而非SARS-CoV-2)的关系更加密切
 
武汉病毒所拥有来自蝙蝠的广泛的样本目录,并且已成功地从蝙蝠中培养出三种SARS样病毒——WIV1, WIV16 and Rs4874。但这三种病毒与 SARS-CoV 的关系更加密切。与SARS-CoV-2关系更为密切的RaTG13则从未被分离或培养过,仅仅是由短测序片段组装而成核苷酸序列。
 
基于上述三种分离出的SARS样病毒的扩增技术几乎不可能分离出具有完整弗林蛋白酶切割位点的 SARS-CoV-2 祖细胞;也没有已发表的工作可以表明武汉病毒所用了其他方法来制造具有传染性的SARS样病毒。假设真的存在实验室逃逸情况,那么SARS-CoV-2必须在大流行之前存在于实验室中,但现在没有证据表明武汉病毒所曾测序过比RaTG13更接近SARS-CoV-2的病毒,武汉病毒所也没有理由隐瞒在COVID-19大流行之前曾对SARS-CoV-2进行研究。
 
3. 令SARS-CoV-2感染性更强的突变均是在大流行之后才被发现的
 
SARS-CoV-2的原始毒株感染性较弱,无法感染野生型小鼠。某些突变株(如N501Y)可以感染大量动物,传染性大大增强,但这些突变都是在大流行之后才被发现的。
 
病毒在人群中流行,从而适应性增加——这一点也证明了SARS-CoV-2 并非是由“实验室刻意筛选的”。
 
三 来自 SARS-CoV-2 基因组结构和持续进化的证据
 
有人认为,SARS-CoV-2曾被基因编辑或改造,以增强其传染性,这一说法引起了相当大的关注。一些人从SARS-CoV-2的某些特点,如与人类ACE2的结合能力强、刺突蛋白中有多元(弗林蛋白酶)切割位点、两个相邻的精氨酸CGG密码子疑似人工添加等,来推测其具有人工改造的嫌疑,但这篇综述一一进行了反驳。
 
1. SARS-CoV-2被人工改造从而获得强传染性?
 
与宿主细胞表面的ACE2结合是病毒侵入宿主细胞非常关键的步骤之一,此过程需要SARS-CoV-2的刺突蛋白参与,因此SARS-CoV-2的刺突蛋白“被优化过以适应人类ACE2”的说法一直存在。
 
SARS-CoV-2自流行以来,经历了反复突变,这些突变增加了病毒的适应性。而一些增加适应性的关键突变如D614G、N501Y、K417N/T、L452R和E484K/Q等均发生在大流行之后,这些突变同样增强了病毒感染性,及其与ACE2的结合能力。很显然,这些证据驳斥了以上说法。
 
此外,一些穿山甲衍生冠状病毒在氨基酸水平上具有与SARS-CoV-2几乎相同的受体结合结构域,并且与人类ACE2的结合更强。这表明SARS-CoV-2还有进一步适应人类的空间。综合来说,这些发现表明,SARS-CoV-2的出现或早期传播不需要特定的人类干预来增加其适应性,并且该病毒已经高度适应人类宿主,也并不需要以某种方式针对人类ACE2进行优化。
 
2.SARS-CoV-2的弗林蛋白酶切割位点可能是由实验室制造插入的吗?
 
弗林蛋白酶切割位点(furin cleavage site)对SARS-CoV-2的复制十分重要,它的存在也使病毒易于侵入宿主细胞。已知的与SARS-CoV-2相近的病毒中不存在弗林蛋白酶切割位点,这一点使SARS-CoV-2的起源备受猜疑。
 
但是,已知与SARS-CoV-2接近的病毒中不存在弗林蛋白酶切割位点并不奇怪,这可能是因为这种病毒的谱系样本较少。而在其他冠状病毒刺突蛋白中,弗林蛋白酶切割位点就很常见,包括一些猫科动物α冠状病毒、MERS病毒、以及地方性人类β冠状病毒如HCoV-OC43和HCoV-HKU1等。并且,其他蝙蝠冠状病毒如HKU9-1的刺突基因核苷酸序列可以表明,弗林切割位点是一种自然进化。因此,SARS-CoV-2中存在弗林切割位点,也可以用这种简单的进化机制来解释。
 
SARS-CoV-2 弗林蛋白酶切割位点可能是由实验室制造、插入的吗?我们从基因工程编辑的角度来看,没有必要这样做。
 
首先,经典的弗林切割位点对应的序列范式为 (R-X-R/K-R),而SARS-CoV-2 对应的氨基酸基序为RRAR,这与其规范形式是不匹配的,研究人员没有理由去插入这样一段未知的序列。
 
其次,SARS-CoV-2中这段序列 (RRAR/RRSR) 也曾出现在猫冠状病毒 (FCoV) 和HCoV-OC43中,而这些病毒并不能被弗林蛋白酶切割,因此研究人员没有必要插入这样一段在先前研究中无法达到目的的序列。
 
第三点,与HCoV-HKU1和HCoVOC43的弗林蛋白酶切割位点相比,SARS-CoV-2的现有序列不是最优的,因此,从基因工程编辑的角度来解释,这样的改造不合乎逻辑。
 
此外,没有证据表明武汉病毒所的先前研究涉及将完整的弗林蛋白酶裂解位点人工插入冠状病毒。
 
3. SARS-CoV-2 中的CGG密码子是人工添加的吗?
 
还有一些争议围绕着SARS-CoV-2 弗林蛋白酶裂解位点中存在两个相邻的精氨酸CGG密码子。一些人认为这种情况出现的概率较低,但这并不能代表存在基因编辑,尽管 CGG 密码子在冠状病毒中很少见,但它在SARS-CoV-2中出现的频率与在SARS-CoV以及其他人类冠状病毒中出现的频率相当。
 
此外,如果人为将这段低适应度密码子插入到病毒基因组中,它们将在SARS-CoV-2进化过程中迅速被淘汰;但在超过2,300,000个近乎完整的SARS-CoV-2基因组测序中,两个CGG密码子的保守性均超过了99.8%,表现出了很强的功能限制,这些都说明CGG密码子并非人工添加。
 
结 论
 
总的来说,种种证据都表明动物跨种传播仍然是SARS-CoV-2最可能的来源,其动物宿主目前尚未确定可能是因为还未采样到正确的动物物种,同时,因其祖病毒处于低流行状态,令我们暂未发现最初的跨物种传播事件。没有任何证据表明早期病例与武汉病毒所有关联,也没有已发表的工作可以表明病毒是从实验室逃逸的。从概率上来说,虽然无法完全排除实验室泄露的可能,但这可能性非常小;相比之下,“动物起源说”则有大量科学证据的支持。
 
近些年来,病毒跨物种传播引起大流行的频率似乎有所增加,对病毒进行准确溯源,找到其动物宿主和传播途径就显得十分重要。人类活动越发频繁,我们和新型病毒的冲突无法避免,我们应该摒除偏见,通过全面协作和研究来调查这些病毒的起源,为下一次可能出现的危机做好准备。
 
参考文献
 
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867421009910
 
https://m.weibo.cn/1251560221/4672152979112176



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