冠状病毒怎么引起的 人类冠状病毒的前世今生：从哪里来 又要到哪里去

人类冠状病毒有哪些？它们来自哪些动物？人类会引发哪些疾病？这次SARS-CoV-2中肺炎有什么特点？在诊断、治疗、疫苗开发等方面有哪些值得期待的进展和突破？全球大流行的趋势和终结是什么？

自2019年12月31日发现SARS-CoV-2以来，人类已经见证了三个多月的病毒。从发现到全球大流行，历史上第一次可以用这种方式记录疫情的发展。

在这个过程中，中国科学家做出了很多贡献:比如我们在12月30日宣布发现了病毒，在1月12日确定了核酸序列，然后迅速将数据分享给全世界。当然也有缺点。1月20日之前，我们对病毒疫情没有很好的把握，值得以后总结。

七种人类冠状病毒的贮存宿主和中间宿主

SARS-CoV-2是第七种人类冠状病毒，全部来自动物。在自然贮存宿主中，有大量不同种类的病毒，一般不致病或仅引起轻微症状。中间主机通常是指从存储主机到人类或新主机的主机。中间宿主不一定是病毒的存储宿主，但经过一段时间的适应后可能会成为存储宿主。

这个概念似乎很复杂。比如，HIV的储存宿主是黑猩猩或曼加贝，流感病毒的储存宿主主要是水禽。艾滋病毒是历史上世界上研究最清楚的病毒。许多研究其他病毒的学者可以从艾滋病病毒的研究中学习到一些方法或想法。

上图是冠状病毒的结构。以SARS冠状病毒为例，SARS-CoV-2和它很像。在结构上，黄色对应穗状蛋白，绿色为核衣壳蛋白，灰色为膜蛋白。这些蛋白质是谱系特异性的，主要是负责与宿主相互作用的辅助蛋白质。这种冠状病毒是一种单链RNA病毒，约有30，000个核苷酸。它的复制酶会被宿主蛋白酶水解，成为多种非结构蛋白。

上图总结了人类冠状病毒的动物来源。人类冠状病毒有七种，其中前两种是229E和OC43。SARS出现在2003年，MERS出现在2012年以后。冠状病毒在过去没有受到太多的关注，长期以来对冠状病毒的研究较少。主要是人们认为冠状病毒只能引起普通感冒，比流感弱，229E和OC43就是这种情况。但非典的出现彻底颠覆了这一观念，非典死亡率达到近10%。后来MER的致病性比SARS高，死亡率在35%到40%之间，改变了人类对冠状病毒的认识。

2003年非典爆发后，科学家发现了两种新的人类冠状病毒，一种叫HKU1，另一种叫NL63。和前两种病毒一样，这两种病毒只引起普通感冒。所以这四种病毒不需要其他动物宿主，常年出现在人类种群中。我们称它们为社区获得的人类冠状病毒。

第七种病毒是这次发现的SARS-CoV-2 SARS-CoV-2。我认为SARS-CoV-2是介于这两类病毒之间的一种新型病毒，同时具有这两种特征，未来会向哪个方向发展还有待研究和观察。

这些人类冠状病毒已经研究多年，特别是香港大学的袁教授、新加坡国立大学和杜克大学的教授、中国科学院武汉病毒研究所的石教授，都清楚地表明这些冠状病毒来自蝙蝠。这五个物种肯定是来自蝙蝠，所以蝙蝠是这些病毒的储存宿主。其中一些被称为它们的中间宿主，最明显的是单峰骆驼，MERS的中间宿主。229E的中间宿主可能是羊驼或骆驼，也可能直接从蝙蝠感染人。关彝教授发现非典的中间宿主是灵猫。SARS-CoV-2的中间宿主可能是穿山甲，但尚无定论。0C43和HKU1一般认为来自啮齿动物，是0C43的重要中间宿主。

先说单峰骆驼，MERS-CoV的中间宿主。MERS-CoV起源于蝙蝠，但是病毒已经在骆驼体内适应，所以骆驼已经从中间宿主变成了储存宿主。病毒感染骆驼后致病性低，不会杀死骆驼。

有一个重要的信息提醒大家，这四种现在只引起普通感冒的人类冠状病毒，还是以前的样子？历史线索显示，OC43在1890年左右从牛传播到人，牛体内的OC43病毒与人体内的非常相似。1890年左右，全球也出现了呼吸道病毒的流行。症状有点像SARS-CoV-2，相当严重。所以有一种观点认为，这四种病毒，不仅引起了普通感冒，而且在最初从动物传播到人类时，也引起了症状更加严重的全球性大流行，这也是回顾人类冠状病毒历史的一个启示。

人类冠状病毒起源于蝙蝠的证据最早是由中国科学家发现的。2003年非典之后，很多科学家仍然坚持跟踪，做深入研究，而不是停留在表面，这是非常值得我们敬佩的。第一组是香港大学的袁教授、胡教授、刘教授，另一组是当时澳洲的教授，石教授当时也在他的实验室。石教授一直坚持研究蝙蝠病毒，是在这方面最优秀的科学家之一。他们两个团队的开创性贡献表明，蝙蝠是许多人类冠状病毒的进化储存宿主。当然，除了冠状病毒，蝙蝠也是许多其他人类病毒的储存宿主。蝙蝠是唯一的飞行哺乳动物，抗病毒能力强，感染后产生大量干扰素。

单峰骆驼是MERS冠状病毒的中间宿主。中东地区的单峰骆驼常年被发现有MERS病毒，并且已经从中间宿主转变为贮藏宿主。SARS-CoV只在特定的野生动物市场发现，果子狸感染后也有症状。非典病毒在农场饲养或天然的狸猫中找不到。由此推断，果子狸可能是SARS病毒的一种短暂中间宿主，其重要作用是通过将病毒传播给人类来扩大人类感染的规模。

MERS-CoV每次都是通过骆驼反复传播给人，在人群中传播的程度有限，但在人群中没有立足之地。非典也是如此。在我们采取果断措施控制果子狸后，没有出现过果子狸传人的情况。MERS不是这样。中东的人离骆驼太近了，不能把骆驼都杀了。所以从2012年到现在，一直在向人们传播。MERS和SARS就是这种情况。这两种病毒不会在人类中持续传播，经过几代后将不复存在。

SARS-CoV-2是什么情况？在发现这种病毒后不久，石教授在中国菊蝠体内发现了一种与SARS-CoV-2有96%同源性的病毒。这种情况和SARS-CoV很像。袁教授和教授还在蝙蝠中发现了与SARS-CoV有95%同源性的病毒。就中间宿主而言，类似人类SARS病毒的病毒在灵猫中有发现，但在穿山甲中，尤其是从马来西亚或东南亚走私到中国的穿山甲，β冠状病毒与SARS-CoV-2的同源性只有90%左右，低于蝙蝠病毒。但不代表完全没有贡献。其受体结合域与SARS-CoV-2相似。因此，需要更多的研究来解决蝙蝠和穿山甲中发现的两种病毒与人类中发现的SARS-CoV-2之间的关系。

我们很多研究病毒的人都想在艾滋病病毒中找到一些答案或者灵感和想法。经过许多病毒学家多年的追踪，他们发现人类中有两种艾滋病毒:HIV-1和HIV-2。其中，HIV-1来自黑猩猩，HIV-2来自曼加贝。但是经过进一步的追踪，发现它们之间存在着复杂的关系。我们比较它们在基因组、进化关系、地理位置是否重叠等方面的差异，最终找出原因。人吃动物或者把动物当宠物，导致病毒从动物传染给人。

比较宿主和病毒的全基因组，我们发现新冠肺炎肺炎病毒最接近bat RaTG13，与马来西亚穿山甲的相似性更远。然而，如果我们只比较它们的受体结合域，我们会发现SARS-CoV-2更像穿山甲而不是菊蝠。蝙蝠的全基因组与新冠肺炎更相似，但受体结合域只有75%的同源性，而穿山甲的全基因组只有90%的同源性，但受体结合域达到97%。这项工作也是关彝教授和林赞宇博士的重要贡献。

SARS-CoV-2中的动物溯源

如何解决SARS-CoV-2的动物溯源问题？如果我们真的想解决这个问题，我们必须在动物中找到与SARS-CoV-2全基因组同源性超过99%的病毒。如果它起源于蝙蝠，在蝙蝠中发现一种与新冠肺炎病毒有99%以上同源性的病毒可以提供证据。如果直接来源于穿山甲，就需要在穿山甲中找到一种全基因组与它非常相似的病毒。因为现在在马来西亚发现了穿山甲，其他地区也有可能发现更近的穿山甲，目前还不清楚。

上图是7种人类冠状病毒的对比，包括HKU1，SARS，MERS。一开始，我们在蝙蝠中发现了HKU9和HKU4，并预测这些蝙蝠病毒可能在人类群体中发现。果不其然，最类似HKU9的MERS冠状病毒于几年后在中东地区被发现，这也是胡教授和刘教授对bat病毒持续研究的结果，为MERS冠状病毒的研究、诊断和溯源提供了非常重要的线索。因此，我们追踪动物的来源是有意义的。

冠状病毒是如何复制的？

冠状病毒的复制过程大多是从小鼠肝炎病毒得知的。ACE2受体是SARS-CoV和SARS-CoV-2病毒进入宿主细胞的受体。病毒进入细胞后被去壳，正链RNA变成负链RNA，负链RNA变回基因组正链RNA，称为复制。然后从负链RNA转录出一些亚基因组mRNA，翻译成蛋白质，再组装成病毒颗粒，最后释放出来，这就是病毒复制的完整过程。现在使用的一些抗病毒药物，其实是抑制其不同的作用点。

上表比较了七种不同冠状病毒的特征。潜伏期多在一周以内，MERS和SARS略长，SARS-CoV-2多短，介于两者之间。人类冠状病毒具有季节性，但SARS-CoV-2是否具有季节性尚不清楚。但总的来说，其病死率相对较低。前一段时间世界统计死亡率只有3.5%，现在可能更高。

人类冠状病毒229E、OC43、NL63和HKU1在人类中具有非常好的适应性，在没有动物中间宿主的情况下在人类中传播。它们可以引起普通感冒，可以在社区中获得，并且常年存在于人群中。会引起感染，传染性很强。但是SARS和MERS需要一个中间宿主动物。它们不完全适应，致病性强，致死率高。然而，人与人之间的传播是无法持续的，可以通过隔离来有效控制。SARS-CoV-2介于两者之间。与SARS-CoV相似，但传染性更强，致病性更低，但致病性仍高于其他人类冠状病毒。

谈到新冠病毒，特别要指出的是，袁教授和陈富和博士从1月10日开始进行了深入细致的家庭研究，这需要非常好的洞察力、领导能力和务实精神。你可能没有注意到这项工作的重要性。他们于1月17日完成了这项工作。他们发现了什么？第一，有确凿证据指出，病毒可以在人与人之间传播，在家庭内部传播率达到83%。深圳7人中，6人感染。回过头来看他们的家人，83%的人，包括武汉的人，都被感染了，说明病毒的传染性很强。同时他们也注意到患者有腹泻症状，发现一个无症状的10岁男孩，但核酸检测呈阳性。我们现在有8万多个确诊病例，但他们早在1月份就明确了病毒的所有疫情和重要特征。1月10日收治第一例，有一名无症状感染者。

他们的工作值得大家赞扬，为扭转疫情防控的被动局面做出了关键贡献，为国家制定正确的防控策略提供了科学依据。可见，无论是基础工作还是临床工作，都可以在疫情防控中发挥重要作用。这项工作也体现了HKU的价值和HKU深圳医院的重要地位和作用。

为了加强对无症状携带者的监测和研究，从1月17日发现开始我就一直在呼吁，其他很多科学家也在呼吁，现在终于引起了我们的重视。我们应该注意他们的病毒载量是高还是低。两者的比例是多少？病毒是如何释放的？这些都非常值得澄清。除了无症状，有些患者在潜伏期有传染性，有些患者症状非常轻微，要注意他们的病毒传播。

这些无症状的人是什么情况？我觉得有两种情况，一种像存储主机，不致病。就像流感病毒在水禽中是无病的一样，艾滋病在黑猩猩和白顶蟒蛇中也是无病的。然而，人类冠状病毒的无症状携带者很多。一种情况可能是它们的抗病毒反应很强，病毒的复制受到一定程度的抑制。在这种情况下，他们的病毒载量相对较低。另一种情况更糟。在猴子和黑猩猩中，艾滋病毒的复制与免疫反应脱钩。虽然感染了，但免疫反应很弱。在这种情况下，他们的病毒载量更高，也更危险。这两种情况的比例值得澄清。

如何具体诊断冠状病毒

具体诊断还是靠逆转录PCR，即聚合酶链反应检测病毒核酸。如果用抗体检测，可以用胶体金检测抗体的IgG和IgM，也可以用ELISA检测抗原和抗体。现在最重要的是依靠核酸检测。抗原抗体检测刚刚开始，抗原试剂质量还要国家认可。其中一个问题就是re-yang。有的人发现核酸两次阴性，过一段时间再检测阳性。为什么？我觉得这种情况最大的可能性就是病毒阴性的时候还没有被消灭。而且在治疗新冠肺炎的过程中，我们注意到类固醇激素在病例中应用广泛，一些中药也有类固醇样的特点。国际上已经知道类固醇的使用会延长其他冠状病毒的病程。病程的延长是否对疾病的预后有影响值得进一步研究。此前，SARS-CoV发现病毒在胃肠道释放时间短至一个月，长至两三个月。因为肠道黏膜免疫，即使血液中有中和抗体，肠道也无法得到保护。

上图是核酸抗原和抗体的变化。以HIV为例，它的RNA是红色峰，抗原是绿色峰，抗体是蓝色峰。

上图是RT-PCR的检测方法，主要是荧光定量PCR检测。现在做具体诊断是我们的法宝。

上图，胶体金用于抗体检测。

当然，更简单的方法是ELISA，既可以测量抗体，也可以测量抗原。要测抗体，就要产生优质抗原，要测抗原，就要有优质抗体。

如何看待SARS-CoV-2

其中一种方法是新用旧药，用干扰素、利巴韦林、RNA聚合酶抑制剂、Remdesivir和恢复期血清。美国食品和药物管理局最近紧急批准了两种治疗新冠肺炎的药物，一种是康复血清，另一种是磷酸氯喹。我们的第一至第七版也允许使用类固醇。我想重点谈谈我对这个问题的分析和看法。

我们先来看看这些药物的作用机制。利巴韦林抑制mRNA cap的合成，从而阻断病毒RNA的转录，因此具有广谱抗病毒作用。干扰素具有显著的抗病毒活性和免疫调节活性。磷酸氯喹对自噬有一定影响。

人体依靠自身的免疫战胜病毒，但免疫反应也会引起症状，包括细胞因子风暴和肺部炎症。我们的药物大多是抗病毒药物，消除病毒，缓解这些症状。众所周知，类固醇激素有立竿见影的抗炎反应，但如果抑制了免疫，就无法控制病毒，反而会增加很多。所以从2004年开始，我就非常反对类固醇治疗SARS或者新冠。

从文献中发现，该残留物对常见的社区获得性冠状病毒、SARS-CoV和MERS-CoV有效，其作用位点主要是具有校正功能的聚合酶和核酸外切酶。

先说激素。激素对冠状病毒的作用已经研究了很长时间。1964年发表于PNAS，发现小鼠或细胞不能被小鼠肝炎病毒感染，但如果给予激素，可以立即被感染。1969年发表在《肠道》杂志上的论文已经从细胞水平到动物水平进行了详细的研究。

我想提醒大家，他们看到大剂量类固醇对促进病毒复制和增强病理反应的作用最强，但即使每天只使用小剂量的0.05mg氢化可的松或0.1mg泼尼松龙，对病毒复制的刺激作用还是可以看到的。类固醇的使用可以刺激病毒复制增加50到1000倍。至于SARS-CoV，香港总结的经验是，使用类固醇会导致更多死亡，病情更严重。对MERS的研究也清楚地表明类固醇可以延长病毒清除时间。

我们可以从艾滋病毒中学到很多。从HIV的复制周期来看，有抑制病毒融合的抗融合药物，抑制受体结合的抗受体结合药物，然后是逆转录酶和蛋白酶抑制剂。蛋白酶抑制剂可以用于艾滋病毒和新冠肺炎。蒋世波教授是这方面的先驱，通过了解病毒表面蛋白与细胞受体的相互作用，进而抑制病毒与细胞的融合。

蒋教授研制的药物主要是抑制病毒表面的尖峰蛋白中两个螺旋区HR1和HR2的相互作用，通过抑制它们的相互作用来达到抗病毒的效果。同样的原则也适用于新冠肺炎，值得我们学习。

我们可以从艾滋病病毒中借鉴这些治疗药物，包括抑制病毒进入细胞的药物、蛋白酶抑制剂、复制酶抑制剂、解旋酶抑制剂、细胞靶向药物和抗炎药物，值得研究和尝试。抗炎药物包括白细胞介素-6受体抗体，可抑制白细胞介素-6的作用。目前，它已在新冠肺炎用于对抗细胞因子风暴。在细胞靶向药物中，TMPRSS2蛋白酶可以将SARS-CoV或SARS-CoV-2的尖峰蛋白切割到S1和S2。抑制这种酶确实可以抑制病毒复制。

先简单说一下疫苗。疫苗的种类很多，有灭活疫苗、死疫苗，也有由携带者传递的，也有亚单位疫苗、蛋白质疫苗、DNA疫苗、mRNA疫苗等。

脊髓灰质炎病毒的预防最初是用灭活疫苗或减毒疫苗。疫苗的开发已经进行了多年。以前很多病毒学家一辈子都在做一两种疫苗，留下的是我们的财富。

DNA疫苗可以通过不同的方式输送，可以是裸DNA，也可以是涂有纳米颗粒的。DNA疫苗可以直接作用于抗原提呈细胞，或者通过肌肉注射/皮下注射间接将抗原传递给抗原提呈细胞，从而使B细胞和T细胞失活，分别激活抗体免疫和细胞免疫。因此，DNA疫苗的优点是既能激活细胞免疫，又能激活体液免疫。

DNA疫苗的优点是比蛋白质疫苗更容易开发，缺点是免疫原性特别差。因为DNA会被整合，为了解决这个问题，已经开发出了mRNA疫苗，从cDNA产生mRNA，或者这种mRNA可以通过体外转录甚至合成产生，然后蛋白质通过mRNA直接在细胞质中表达，蛋白质的抗原传递到呈递细胞使免疫失活。当然，为了增加基因的传递，我们可以使用脂质体纳米粒子作为成像病毒，以增加其稳定性和抵抗核糖核酸酶的能力。

MRNA疫苗是美国首个被批准用于人体安全性试验的疫苗。我国批准了腺病毒疫苗。我们用腺病毒载体呈现新冠肺炎的尖峰蛋白，但需要注意腺病毒是否能引发免疫反应。这些方法都可以用来研制新冠肺炎疫苗，最简单的就是灭活疫苗。收集病毒，用福尔马林或紫外线照射灭活，制成灭活疫苗，但存在安全性隐患。

过去，一些SARS疫苗已经在人体临床试验中进行了测试，具有一定的效果。但是安全性和有效性值得研究。制备减毒活疫苗更具挑战性，减毒活疫苗具有激发全面免疫应答的优势。或者制备亚单位疫苗，只表达病毒的某个亚单位。或者使用病毒载体制备的疫苗，例如这次使用腺病毒表达尖峰蛋白的疫苗。

目前每一种疫苗都值得尝试，成功的疫苗我们都会用。涉及重组DNA、二代测序或结构生物学的新疫苗可以使疫苗更好。即使疫苗不理想，仍可使用，免疫效果良好。