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这些野生动物的病毒怎么就到了人类社会?

一席 01-21

追踪 SARS 源头

大家好,我来自中国科学院武汉病毒研究所,我叫石正丽。今天非常高兴能在一席为大家讲述我们追踪 SARS 源头的故事。

SARS 是严重急性呼吸综合症的英文简称,在我国也被称为非典型肺炎,简称非典。

2002 年、2003 年的时候,在我国广东 SARS 首次爆发,在短短 5 个月之内传播到了全球 27 个国家和地区,造成了 8000 人感染,死亡病例接近 800 人,是本世纪初最严重的一次传染病。

但 SARS 已经过去 15 年了,为什么我们还要讲 SARS 的故事?这是因为在科学界以及公众心里,还有一些谜题没有解决。SARS 的病原从哪里来?类似的疾病还会出现吗?人类要如何来预防此类疾病的发生?

让我们简单回顾一下 SARS 爆发的历史。第一个 SARS 病例出现于广东佛山,从 2002 年 11 月 26 日到 2003 年的 1 月,先后有 11 个病例在广东省的不同地方出现。

他们呈现出相似的临床症状 : 发高烧、咳嗽、呼吸困难、胸片显示双肺阴影,部分病人出现了呼吸衰竭。糟糕的是,使用针对细菌感染的各种抗生素均不见效。

专家们把这种不明原因的传染病称为非典型肺炎。最早与 SARS 病人接触的一些人,他们都很快染病,比如亲属、医生和护士。

▲ 图片来源:图虫创意

在 2003 年的 2 月底,广州的一名肾病医生前往香港参加亲属的婚礼,入住九龙的京华酒店。与此同时一名美国商人、一对来自加拿大多伦多的夫妇、三名新加坡游客也入住了这家酒店的同一层楼。

这位医生并没有意识到自己被 SARS 感染了。到了香港以后他很快就进了医院。而另外的几名住客在离开香港后,也分别在河内、多伦多和新加坡住进了医院,“非典”在这些国家和地区相继暴发。

到了 2003 年的 3 月 15 日,世界卫生组织向全球发出了紧急旅行警报,让大家暂时都不要到中国旅行。所有的贸易,所有的联系能停的都停了。

2003 年春节前后,SARS 开始从广东省蔓延到了全国的其他省份。SARS 是一个传播力非常强,传播速度也非常快的疾病,多地出现了将 SARS 传给十几人甚至几十人的“超级传播者”。

人类不认识 SARS,因此最初的病人隔离措施是做的不够到位的,包括医生和护士他们自己本身的防护都没有到位。所以最早出现 SARS 聚集性爆发的地方是在医院,甚至有医生和护士牺牲了在防非的前线上。

老百姓之所以恐慌,是因为我们不认识这种疾病,不知道它的病原,因此确定 SARS 的致病病原就成为科学家的当务之急。

▲ 图片来源:图虫创意

2003 年 3 月,香港大学和美国疾病预防控制中心先后在 SARS 病人的样本中分离出了一种病毒。这个病毒在电子显微镜下看起来就像一顶中世纪欧洲帝王的皇冠,根据形态学特征和遗传信息,科学家们认为这种新型的冠状病毒是 SARS 的致病病原,是一种从未在人类中发现过的冠状病毒。

▲ Ksiaek et al., 2003

很多人都容易混淆细菌和病毒,把病原体都称为病菌,这是不对的,我想简单介绍下病毒和细菌的区别。首先在大小上,病毒比细菌小得多得多,病毒是纳米级的颗粒,小到十几纳米,大到几百纳米,需要借助电子显微镜才能观察到它。而细菌是微米级的颗粒,在普通显微镜下就能观察到。

从生命的形态上,病毒它是有核酸的,或者说是遗传物质和蛋白质裹在一起的一个生物大分子。但是它没有细胞结构,它必须依赖于细胞才能生存,要在细胞或动物体内才能完成它的生命里程。

而细菌它是有完整的细胞结构的,只要有合适的培养基它就可以生长。比如常见的艾滋、流感和乙肝都是由病毒引起的,而结核、伤寒和鼠疫这些都是由细菌引起的。

这两类病原体在治疗上面也是不一样的。治疗病毒需要特异性的抗病毒药物,治疗细菌要用抗生素,也就是我们常说的消炎药。治疗细菌的抗生素是不能治疗病毒性疾病的,反过来也一样。

我们人的一生会感染多少种病毒呢?说起来挺吓人的,可以感染上百种病毒。但是我们强大的免疫系统可以清除大部分病毒,还有些病毒是可以和我们终身相伴的。

当人类被从来没遇到过的病原感染时,由于人体强大的免疫力会造成自我的损伤,反而会形成严重的疾病,SARS 病毒的感染就是这样的一个结局。

那 SARS 病毒到底是从哪儿来的?只有回答了这个问题,才能真正地从源头上控制 SARS 的再度爆发。

▲ 图片来源:图虫创意

根据前期的流行病学调查,最早的 11 个病例大多和野生动物有接触的历史。他们或是野生动物的运输者,或是野生动物的交易人员,或是餐馆的厨师、服务员。这样一个线索告诉我们,SARS 病毒有可能和野生动物的传播有关系。

顺着这条线索,科学家们首先瞄准了广东野生动物市场,并很快就在市场上的果子狸体内分离和检测到了和 SARS 病毒完全一样的病毒。而且,在野生动物市场上和动物打交道的这些人体内,检测出了比较高的抗体。

什么是抗体呢?我们人体或动物在被一种病原微生物感染以后,会产生保护自己的物质,其中一个就叫免疫球蛋白,它可以在动物和人体内存在数月、数年或者十几年。

我们通过检测这些人的抗体就可以知道,他们以前也被 SARS 感染过。这样的一个证据证明了,人们贩卖、宰杀的果子狸是 SARS 病毒的直接传染源。

这个时候广东很快就出台了相关的政策。广东省在 2004 年年初发布了一条禁令,全面捕杀野生动物市场的果子狸,取缔野生动物交易,关闭野生动物市场。这个政策对控制 SARS 后期传播,起了非常关键的作用,在那之后,广东再没有出现 SARS 新增病例。

那么是不是 SARS 的溯源就大功告成了,我们可以完全把 SARS 翻篇了呢?当然不是。对于一个新发的动物源病毒,我们必须找到它的源头,我们在学术上称为自然宿主。

什么叫自然宿主呢?在自然界有一类动物,它长期携带一个病毒,但它本身并不发病,可以和病毒和平相处。我们把这种宿主称为病毒的自然宿主,它们就像病毒在自然界中的一个蓄水池,病毒寄生在自然宿主里才能长期存在和进化。

比如大家熟悉的禽流感病毒,是以野鸟作为它们的自然宿主,早些年在我国经常引起流行性出血热的汉坦病毒,则是以老鼠作为自然宿主。

那么,果子狸是不是 SARS 病毒的自然宿主呢?除了广东野生动物市场的果子狸之外,研究人员调查了全国各地的养殖果子狸和野生果子狸,却发现它们并没有被 SARS 病毒感染的证据。而在实验室里用 SARS 病毒对果子狸进行人工感染,果子狸也会生病,表现出症状。

显然,果子狸不符合 SARS 病毒自然宿主的特征。它只是病毒的中间宿主,是把 SARS 病毒从自然宿主传播给人的一个“中转站”,而背后的自然宿主是其它的动物。SARS 病毒的起源依旧是个未解之谜。

受这个源头之谜的驱动,2004 年我和我的团队开始了寻找 SARS 病毒自然宿主的旅程。自然界里有那么多的动物,我们就像是大海捞针。要怎么找,总得有一个大致的目标。

这时受益于国际合作的专家的指点,让我们想起来在上世纪 90 年代有两种严重的传染病。一个是在澳大利亚爆发的,由马传到人的亨德拉病毒。另一个是在马来西亚爆发的,由猪传给人的尼帕病毒。科学家通过研究发现,这两种病毒的自然宿主都是果蝠。因此我们就在想,SARS 的自然宿主会不会也是蝙蝠呢?

在这里简单介绍一下蝙蝠是什么样的动物。在分类学上蝙蝠属于翼手目,种类大概有 1200 多种,占到了哺乳动物物种总数的 20%,仅次于啮齿类动物。

蝙蝠是唯一能飞行的哺乳动物,进化历史长达 5000 万年。大多数蝙蝠是喜欢群居生活的,少则几百只,多则上万只。最重要的、和我们研究相关的就是,蝙蝠还携带多种病毒,但它本身并不发病。

从食性上来分,蝙蝠分为吃水果的蝙蝠和吃虫子的蝙蝠。前者个体比较大,主要分布在热带地区。后者个体比较小,分布范围遍布全球。

有朋友会问到西方传说中的吸血蝙蝠有没有这回事。这个不是虚构,真的有。但是只有南美洲才有,中国是没有的。

受前面两种传染病的自然宿主的启发,2004 年,我们首次采样就采集了广东和广西的果蝠,把样品取回来后在实验室进行它的遗传物质检测。结果 8 个月下来什么也没有发现,可想我们有多沮丧。这也是做科研的一个很艰苦的地方,有可能你做了很长时间,还是什么都没有。

这时我们要做一个抉择,到底是去还是留,要不要继续做。如果继续做,我们的研究策略一定要做一些改变。正好这时候隔壁实验室在做 SARS 病毒抗体的检测。我们就想是不是可以先去找一找有哪些蝙蝠群体被 SARS 感染过,如果发现抗体,再缩小范围去找 SARS 病毒的源头。

结果在广西和湖北的三种菊头蝠体内我们发现了 SARS 病毒的抗体,我们顺藤摸瓜又在这三种蝙蝠体内检测到了冠状病毒。由于在分类学上它和 SARS 病毒属于同一个种类,所以我们把它称为蝙蝠 SARS 样冠状病毒。

这个收获很快就被发表在 2005 年的《科学》杂志上面,这个工作可以说是我们寻找 SARS 源头的一个重要的里程碑事件,它指引了和支持了我们的假设,说明蝙蝠的确是和 SARS 的源头有关系。

但在仔细比较以后我们发现,2005 年发现的蝙蝠 SARS 样冠状病毒和 SARS 病毒还是有一定的差异,尤其是在决定病毒感染能力和致病性方面最为关键的一个基因并不相同。打个比方说就是,它是 SARS 病毒的亲属,但不是直系亲属,并不能感染人。所以这个工作我们还要继续下去。

在后续的几年内,我们持续在全国各地找,因为没有目标也不知道它分布在哪里,不管南方还是北方,中部还是西部,只要听说有蝙蝠的地方我们都会去,足迹遍布了我国 28 个省市,像大海捞针一样。这样一做就是十多年的时间。

大家可能会问,你天天去采蝙蝠,这样的科研工作是什么样的体验?首先当然是很艰辛的。蝙蝠洞一般在都比较偏远的地方,地势也比较险峻,我们一般会在当地找一些熟悉地形的向导。

很多时候都是没有路的,我们要翻山越岭,自己来开路。有时候蝙蝠洞就在不远的山头上,直线距离不过几十米,走过去却要花几小时。有的时候蝙蝠洞里面很大,但是洞口非常小,所以要爬着进去。

这样的工作对我们团队人员的身体素质,包括体型,都是有要求的,要不然就爬不进去。这么多年下来我们也都练就了攀爬、钻洞的本事。

因为蝙蝠是夜行动物,我们采样要起早贪黑。天黑之前在洞口支起捕鸟网,当蝙蝠飞出洞觅食时,一些会撞到网上。

然后我们把蝙蝠从网上取下,连夜采集拭子样品。如果收获的蝙蝠多的话经常会工作到凌晨一两点,取了样就要把它放掉。

第二天早上天还没亮的时候我们需要再次进洞,收集新鲜的蝙蝠粪便。

有的朋友可能觉得我们采样是在和可怕的病毒打交道,有点生化战的架势,就像左边这张图片一样。但其实这个工作并不像大家想象的那样危险。蝙蝠虽然携带很多病毒,但直接感染人的机会是很小的。除非我们已知某个地点的蝙蝠携带可能传播给人的病毒,会采取级别高一些的防护措施,大多数情况下只采取普通的防护。

而采样的另外一个收获是,因为蝙蝠待的地方都是很安静的地方,山清水秀,也让我们有机会饱览了很多大好河山。张家界、桂林、西双版纳 …… 最远的去过西藏的林芝、雅鲁藏布江,还有很多路途中不知名的地方。

一直到了 2011 年,我们有了新的线索:我们在云南一个洞里面分离并检测到了和 SARS 病毒高度同源的,可以说是 SARS 的直系亲属的一株蝙蝠 SARS 样冠状病毒。除了进化关系近,在功能上面也非常相近。

2013 年,我们又从这个洞的样品中成功地分离到一株病毒,它比以往发现的所有蝙蝠 SARS 样冠状病毒都要接近 SARS 病毒,最重要的是它可以感染人类和其他哺乳动物的细胞。这一发现刊载于《自然》杂志,是证明 SARS 起源于蝙蝠的一个极为有力的证据。

我们持续在这个洞里进行了五年的监测,每年取样两次,结果发现了十多株不同类型的 SARS 样冠状病毒。尽管没有发现和 SARS 病毒完全一模一样的病毒,但我们发现了一个 SARS 病毒的天然基因库。可以这么理解,如果我们把 SARS 病毒比作一个积木,那么组成积木的所有模块都在这个洞里找到了。

后续经过生物信息学的分析,我们证明了 SARS 病毒是经过几个蝙蝠 SARS 样冠状病毒重组而来的。去年年底,我们发表了最新的研究结果。

经过 13 年的追踪,我们最终确定了 SARS 病毒的蝙蝠起源。但是当年 SARS 爆发于广东,我们发现的病毒是在云南,它是怎么过去的呢?

其实 SARS 暴发前,我国很多地方养殖的果子狸,绝大部分销售到了广东。我们推测,蝙蝠 SARS 样冠状病毒在偶然的情况下感染了云南养殖场的果子狸,感染了病毒的果子狸随后又被贩卖到了广东。病毒进一步在市场上的果子狸中传播,不断变异,最终产生一个传播性极强的 SARS 病毒,感染了人类。

既然蝙蝠才是 SARS 的元凶,果子狸是不是被冤枉了?也不是。虽然 SARS 的根源不在果子狸,但毕竟它是人感染 SARS 病毒的直接来源。

▲ 图片来源:图虫创意

尽管这么多年来 SARS 没有卷土重来,但在自然界,这种和 SARS 相近的病毒其实还是存在的。如果我们人类不提高警惕,那么下一次的病毒感染,可能是直接感染,也有可能会通过其他动物感染人类,这种可能性是完全存在的。

大家会发现近些年来世界各地出现的新发传染病越来越频繁,除了 SARS 以及刚才提到的亨德拉、尼帕病毒以外,还有各位比较熟悉的 H7N9 禽流感、埃博拉、中东呼吸综合征等等。这些新发传染病都有一个特点,它们都和动物有关。研究人员做过统计,有超过 70% 的新发传染病来源于动物。

实际上这些病毒不是现在就出来的,它往往是和自然宿主长期进化了很多很多年,短则几十年,长到几百年,甚至上万年。这个病毒不是冲着我们人而来的,它是为了自己的生存不断地繁衍下来。

那么这些野生动物和媒介的病毒怎么就到了人类社会?过去没有那么多传染病,现在怎么就这么多呢?

我们看一下 SARS 是怎么来的。SARS 的源头是蝙蝠不假,但是它发展的舞台是广东野生动物市场和餐馆。如果没有我们滥用果子狸,食用果子狸,那么病毒从蝙蝠到果子狸再到人的传播链就不会发生,当年的 SARS 就不会爆发。

再看看埃博拉是怎么来的。在非洲,野生动物是肉食类来源之一,尤其是在农村,像猩猩、猴子和蝙蝠都是他们主要的狩猎对象。通过这样的方式,埃博拉病毒多次从丛林走向村庄,最后走向城市。

再看看马来西亚的尼帕病毒是怎么感染到人类的。人类活动范围加速扩张,不断渗透到野生动物的栖息地里。我们把养猪场建在了蝙蝠栖息地的旁边,蝙蝠吃了水果,水果被病毒污染后掉到了猪圈里,猪吃了以后染病,又再把病毒感染到人。

不管是食用野生动物,还是人类对野生动物生存领地的侵蚀,这些都使得人类与动物的接触面大幅增加,给病毒从野生动物向人类的传播创造了条件。再加上全球化的高速发展,还有便利的交通工具,很快就可以把传染病从一个小村庄传到全世界。因此传染病它不是一个村庄一个地区的事件,它是一个全球都关注的公共卫生问题。

所以要从源头去预防新发传染病其实很简单,就是离它远一点。我们要杜绝野生动物消费,减少对野生动物栖息地的侵扰,我们人类也要远离野生动物。

有的人觉得搞生态旅游、与野生动物亲密接触是人与自然的和谐,其实不是这样。真正的和谐共处是你不去打扰大自然,让它们自己好好地生活。

而且我们的家养动物,比如我们的养殖场,也要尽量和野生动物保持距离,避免亲密接触。

说回到蝙蝠,它的确是很强大的动物,携带这么多的病毒,包括对人类致死的烈性病毒,但是自己却从不发病。蝙蝠的免疫系统特殊在哪里?这也是科学家们非常感兴趣的一个研究方向。但目前这个研究方向才处于起步阶段,所以就不在这里和大家详细讨论了。我想告诉大家的是,对于蝙蝠身上的病毒,我们大可不必过于恐慌。只要和蝙蝠保持一定的距离,病毒传播给人的机会微乎其微。

另一方面,蝙蝠在生态系统中占据了极为重要的地位。食虫蝙蝠是害虫的天敌,食果蝙蝠是种子和花粉的传播者,它们对生态平衡的维护功不可没,我们不能因为蝙蝠携带病毒就否定掉它的功劳。

如果因为传播疾病这项罪名去消灭蝙蝠,整个生态系统将遭受不可估量的损失。所以我一直提倡对蝙蝠进行无侵害采样 : 采集样品以粪便粒和拭子为主,采样完成后将蝙蝠放归自然。

其实,蝙蝠 SARS 样冠状病毒只是我们众多研究对象中的一个。我们在蝙蝠、老鼠、家养动物中针对其他的病毒也在开展类似的监测研究,像猎人一样去发现、搜寻这些动物携带的可能会传播给人类的病毒,发现新发传染病可能出现的热点地区并进行重点监测,为新发传染病的预防和预警提供信息。

我们告诉人们哪里可能会出现疾病,什么动物可能传播疾病,然后和医疗卫生部门协作,指导大家从源头上去防控,在病毒找到我们之前,先找到它们。这也是我们病毒溯源与病毒监测研究的目的和意义所在。

谢谢大家。

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