2019年12月,湖北武汉暴发了由新型冠状病毒(SARS-CoV-2)感染引起的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)。研究人员对早期确诊病例的调查发现,武汉华南海鲜批发市场与此次肺炎疫情有密切的关系。肺炎疫情发生后,研究人员对武汉华南海鲜批发市场采集的样本进行检测后发现,SARS-CoV-2可能来源于市场内销售的野生动物。销售和食用野生动物是造成此次疫情的祸首。
2月24日,十三届全国人大常委会第十六次会议表决通过了《全国人民代表大会常务委员会关于全面禁止非法野生动物交易、革除滥食野生动物陋习、切实保障人民群众生命健康安全的决定》。目前,鱼类等水生野生动物已明确被不列入禁食范围。但对于龟鳖等养殖两栖爬行动物是否禁食的问题,农业农村部正在和国家林业局协商相关的目录和配套规定,进一步明确禁食两栖爬行动物的范围。自古以来,龟鳖就是中华民族传统的美食与滋补营养品,深受广大消费者喜爱,中国人食用龟鳖有几千年历史。中国养殖龟鳖包括蛙类也有数十年历史了,2018年全国龟鳖蛙的年总产量约47万吨,龟鳖蛙等特色水产养殖业已经成为我们水产养殖业的重要组成部分,是农村经济社会发展与农民精准脱贫的重要抓手。就在水产人焦急等待最终结果的时刻,一篇名为“Composition and divergence of coronavirus spike proteins and host ACE2 receptors predict potential intermediate hosts of SARS-CoV-2”的论文,给了龟鳖产业和养殖户当头一棒。论文通过计算机模型预测后推测可能的结果是,龟鳖类也可能是SARS-CoV-2传播给人类的潜在中间宿主。该结论可能对上级管理部门确定两栖爬行动物的禁食范围产生一定影响。该论文的结果否可靠?β-冠状病毒的中间宿主有何特点?如何才能确定新冠病毒的中间宿主?针对这些问题,本文将给予详细的回答与驳斥。
近日,有作者在《医学病毒学杂志》上发表论文称,龟类(西部锦龟、绿海龟、中华鳖)也可能是将新冠病毒传播给人类的潜在中间宿主。该论文主要是利用生物信息学方法,分析冠状病毒刺突蛋白(S蛋白)和宿主血管紧张素转化酶2(angiotensin-converting enzyme 2,ACE2)受体的组成和差异,预测SARS-CoV-2的潜在中间宿主。前期已有研究证明,将小鼠ACE2第353位组氨酸(简写H)替换为赖氨酸(简写K),可使SARS-CoV感染小鼠细胞,表明了ACE2第353位为赖氨酸对受体的结合很重要。此外,ACE2第41位氨基酸残基在与受体相互作用中,酪氨酸(简写Y)可能比组氨酸(简写H)对SARS-CoV-2 S蛋白RBD的Asn501具有更高的亲和力。论文作者通过对人、大猩猩、豚尾猴、仓鼠、猫、狗、穿山甲、眼睛王蛇、西部锦龟、绿海龟、中华鳖、中华菊头蝠、皮氏菊头蝠以及小鼠等ACE2的第41位和353位氨基酸残基进行比较(表1)。分析得出,与蝙蝠相比,龟鳖类和穿山甲ACE2的第41位和353位氨基酸残基更接近与人类。基于上述结果,论文给出结论,龟鳖类和穿山甲有可能是SARS-CoV-2的中间宿主。
表1不同物种ACE2氨基酸残基的比较
我们来分析一下上述论文的结果是否存在问题。论文作者是通过对不同动物及人ACE2的第41位和353位氨基酸残基进行比较,分析的出龟鳖类和穿山甲ACE2的第41位和353位氨基酸残基更接近与人,龟鳖类和穿山甲有可能是SARS-CoV-2的中间宿主。我们从表1可以看出,第353位氨基酸残基除小鼠为组氨酸(简写H)外,其他动物和人都是赖氨酸(简写K)。从对ACE2的第353位氨基酸残基的比较结果来看,不能找出龟鳖类、穿山甲、蝙蝠和人的差异。而第41位氨基酸残基对比结果显示,除中华菊头蝠和皮氏菊头蝠为组氨酸(简写H)外,其他动物和人都是酪氨酸(简写Y)。因此确实能得出,龟类和穿山甲比蝙蝠更接近人类。但我们还需注意的是,在ACE2的第41位氨基酸残基上,除龟鳖类和穿山甲外,大猩猩、豚尾猴、仓鼠、猫、狗、眼睛王蛇等都与人类一样,都为氨酸(简写Y)。按论文作者的推理,上述动物都可能是SARS-CoV-2的中间宿主。不知道作者出于什么原因,在结果中提提到龟鳖类和穿山甲可能是SARS-CoV-2的中间宿主。
根据作者的分析思路,我们增加了几个物种ACE2的氨基酸残基进行比较,分别是棕果蝠(GenBank登录号:GU253336)、野猪(GenBank登录号:XM_021079374)、黄牛(GenBank登录号:BT021667.1)、马(GenBank登录号:XM_001490191)(表2)。比较结果显示,在ACE2的第41位氨基酸残基上,人、大猩猩、豚尾猴、仓鼠、猫、狗、穿山甲、眼睛王蛇、西部锦龟、绿海龟、中华鳖、棕果蝠、野猪、黄牛等都与人类一样。这样能否证明他们都是SARS-CoV-2潜在的中间宿主?显然,仅以ACE2的第41位和353位氨基酸残基来确定SARS-CoV-2的中间宿主,这篇文章的结论并不可靠。
表2不同物种ACE2氨基酸残基的比较(扩容版)
冠状病毒可以感染人类、牲畜、禽类、蝙蝠、小鼠和许多其他野生动物,引起宿主呼吸系统、胃肠道、肝脏和中枢神经系统疾病,其中β-冠状病毒对人类的危害最为严重。2003年中国暴发的重症急性呼吸综合征 (Severe acute respiratory syndromes,SARS)和2012年沙特阿拉伯暴发的中东呼吸综合征(Middle east respiratory syndrome coronavirus,MERS),其病原分别为重症急性呼吸综合征冠状病毒(Severe Acute Respiratory Syndromes coronavirus,SARS-CoV)和中东呼吸征冠状病毒(Middle East Respiratory Syndromes coronavirus,MERS-CoV),两种病毒都属于β-冠状病毒。2019年12月,湖北省武汉市暴发的新冠状病毒肺炎,其病原SARS-CoV-2也属于β-冠状病毒。
冠状病毒具有相对严格的宿主特异性,只能感染天然宿主和亲缘关系及其相近宿主,其中β-冠状病毒主要感染人和其他多种哺乳类动物。SARS-CoV是从蝙蝠传染到果子狸,再由果子狸传染给人,后通过和被感染者密切接触而在人与人之间传播;MERS-CoV是起源于蝙蝠体内的冠状病毒,经单峰骆驼传给人。2019年新冠状病毒肺炎暴发后,石正丽研究员团队通过基因组序列比较发现,SARS-CoV-2与来源于中华菊头蝠样本的一株冠状病毒的基因相似,两种病毒序列一致性高达96.2%。人、蝙蝠、果子狸、骆驼都属于哺乳类,根据β-冠状病毒具有宿主特异性的特点,SARS-CoV-2的中间宿主很有可能是一种哺乳动物(图1)
图1 SARS-CoV、MERS-CoV和SARS-CoV-2传播途径
病毒中间宿主的寻找,原本就是一个艰难的科研过程,以2003年的SARS疫情为例。SARS 疫情暴发后,研究人员从多处市场销售的果子狸样品体内分离出与SARS-CoV非常相似的SARS样冠状病毒,将果子狸来源的SARS样冠状病毒与人SARS-CoV进行基因比较,证实了SARS-CoV来源于市场内销售的果子狸。随后研究发现,仅能从农贸市场和饲养场中的果子狸体内能检出SARS-CoV,未能从野外捕获的果子狸体内检出,提示果子狸可能只是SARS-CoV从动物到人传播的中间宿主。2005年,通过对408只蝙蝠的血清、咽拭子和肛拭子样品进行检测,成功获得一株与SARS-CoV基因组高度相似的SL-CoV,病毒呈现丰富的遗传多样性,证实了中华菊头蝠为SARS的自然宿主。
2012年 MERS 疫情在沙特阿拉伯暴发后,将获得的MERS-CoV基因与不同来源蝙蝠体内的冠状病毒基因比较发现,MERS-CoV与扁颅蝠冠状病毒和伏翼蝙蝠冠状病毒亲缘关系最为接近。然而,从生态位的角度考虑,蝙蝠与人类的接触几率少,且从蝙蝠中检出的阳性率较非常低,因此研究人员推测,在蝙蝠和人之间,可能存在一种中间宿主,作为病毒的增殖载体,使其更易于传播给人类。通过对沙特全国范围内采集的200多头单峰驼血液样本检测发现,有74%的样本血清中MERS-CoV抗体呈阳性。2014年,对一名感染MERS死亡男子和其饲养的单峰骆驼体内分离的病毒进行比对,发现不同来源的病毒基因组是一致的,表明死者因为与患病单峰骆驼密切接触而被传染,证实了单峰骆驼是MERS-CoV的中间宿主。
宿主上能分离出具有繁殖复制能力的病毒;
分离出的病毒能够在动物模型上显示致病性及病理特征等;
能明确病毒、宿主和人三者间的感染传播链。
综上所述,总结为一下四点:
(1)近期在《医学病毒学杂志(Journal of Medical Virology)》发表的论文,仅凭一些简单的生物信息学分析就推测得出“龟鳖类和穿山甲可能是SARS-CoV-2的潜在中间宿主”,没有任何的实验数据支持,其结论是完全站不住脚的,不值得一驳。
(2)迄今为止,在龟鳖体内没有分离到与鉴定出任何冠状病毒,更没有发现龟鳖类水产动物与冠状病毒SARS-CoV、与新型冠状病毒SARS-CoV-2有任何直接联系;
(3)新型冠状病毒SARS-CoV-2中间宿主的确定需要有严格科学全面的实验验证,属世界级难题。迄今已经报道的有关动物,最多也只不过是自然界冠状病毒的又一个天然基因库而已,其与新型冠状病毒SARS-CoV-2和冠状病毒SARS-CoV的遗传进化关系远远不及蝙蝠冠状病毒;
(4)龟鳖蛙类以及养殖的其他两栖和爬行动物是健康的,食用养殖的两栖动物与爬行动物是安全的。