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新型冠状病毒感染引发的深思  为何蝙蝠体内的病毒如此致命?

来源:本站原创 2020-02-16 23:52

2020年2月17日 讯 /生物谷BIOON/ --近年来爆发的很多病毒性感染或许都源于蝙蝠,比如SARS、MERS、埃博拉病毒、马尔堡病毒及2019-nCoV等,日前,一项刊登在国际杂志eLife上的研究报告中,来自加利福尼亚大学的科学家们通过研究发现,蝙蝠对病毒的强烈免疫反应或许会促使病毒加速复制,以便病毒能够跳跃感染具有正常免疫系统的哺乳动物机体中,比如人类等,这时候病毒就会对人类带来致命性的破坏。

图片来源:Linfa Wang, Duke University

包括那些已知的人类感染源之外,有证据表明,某些蝙蝠或许拥有永久性的免疫系统从而能够有效抵御病毒感染,这些蝙蝠机体中,病毒的感染会导致机体快速产生反应并促进病毒脱离细胞,尽管这能够保护蝙蝠抵御高载量的病毒,但却会促进病毒在能够进行防御的宿主体内更加快速地繁殖。

这一机制就会使得蝙蝠成为快速繁殖且具有高度传播特性病毒的独特宿主,尽管蝙蝠能对这些病毒耐受,但当这些蝙蝠病毒进入到缺失快速反应免疫系统的动物机体内后,病毒就会快速击垮其新的宿主并导致较高的致死率。研究者Cara Brook说道,一些蝙蝠能够产生强大的抗病毒反应,但同时其也能与抗炎症反应相平衡;如果尝试相同抗病毒策略的话,机体免疫系统就会产生广泛的炎症,但蝙蝠似乎特别适合于避免免疫病变的威胁。

研究者指出,干扰蝙蝠的栖息似乎会给其带来压力,从而使其在唾液、尿液和粪便中脱落更多的病毒,从而感染其它动物;对蝙蝠环境威胁的加剧可能会增加人畜共患病的威胁;这项研究中,研究人员深入探索了蝙蝠栖息地的丧失与蝙蝠体内病毒蔓延到其它动物和人类机体之间的关联。

研究者Mike Boots表示,最重要的是,蝙蝠在宿主病毒方面非常特别,很多病毒来自于蝙蝠,这并不是随机的,蝙蝠与人类的亲缘关系并不密切,所以我们并不指望蝙蝠会携带很多人类体内的病毒,但这项研究揭示了蝙蝠体内的免疫系统是如何驱动其克服这些病毒感染的。

作为唯一会飞的哺乳动物,蝙蝠在飞行过程中会将机体代谢率提高到与奔跑中提醒相似的啮齿类动物相同的水平;通常情况下,剧烈的体力活动和较高的代谢率会产生较高的机体组织损伤,这是由于称之为自由基的活性分子积累所致,但为了使飞行成为可能,蝙蝠似乎能够发展出一种特殊的生理性机制来有效清除这些破坏性的有害分子,这样做的另一个好处就是能够帮助蝙蝠有效清除任何炎症所产生的有害分子,这或许就能够解释为何蝙蝠寿命较长的原因,与心率和新陈代谢较慢的大型动物相比,心率和新陈代谢较快的小型动物通常寿命较短,这可能是因为较高的新陈代谢会产生更多具有破坏性的自由基,但蝙蝠的独特之处在于,其寿命要比同体型的其它哺乳动物长的多,有些蝙蝠甚至能够存活40年,而同样体型的啮齿类动物仅能存活2年时间。

这种对炎症的快速抑制或许还有另外一个好处,即抑制与抗病毒免疫反应相关的炎症,许多蝙蝠机体免疫系统的一个关键技巧就是会一触即发地释放一种称之为干扰素α的信号分子,其能告诉其它细胞在病毒入侵前做好战斗的准备;研究者非常好奇蝙蝠的免疫反应时如何影响其体内病毒进化的,因此研究人员对两只蝙蝠和一只猴子(对照)进行了相关研究,其中一种蝙蝠是埃及果蝠(Rousettus aegyptiacus),其是马尔堡病毒的天然宿主,在其将干扰素α基因转录让全身充满干扰素之前需要接受病毒的直接攻击,但其速度并没有澳大利亚黑蝇狐(Pteropus alecto)稍慢,黑蝇狐是亨德拉病毒的宿主,其能直接进行干扰素αRNA的转录并对抗病毒感染,而非洲绿猴的细胞系则完全不会产生干扰素。

图片来源:Victor Corman

当遭受到模仿埃博拉病毒和马尔堡病毒的攻击时,这些细胞所产生的不同反应非常引人注目,当绿猴细胞系被病毒淹没并杀死时,由于干扰素的早期预警,部分轮状蝙蝠细胞则会成功使自己摆脱病毒感染。在澳大利亚黑狐细胞中,其免疫反应表现似乎更加成功,病毒感染的速度慢于轮状细胞系,此外,这些蝙蝠机体中的干扰素的反应似乎会使得感染持续时间更长一些。

研究者Brook说道,试想一下细胞单层上的病毒,其就想是在森林中燃烧的大火一样,一些细胞会配备有“急救毯”,大火并不会对其造成伤害,但到了最后,细胞中仍然会存在一些病毒残留;存活下来的细胞群能够继续繁殖,其会为病毒提供新的攻击目标,并在蝙蝠整个生命周期中形成潜伏性的感染。这项研究中,研究人员开发了一种简单的蝙蝠免疫系统模型,并在电脑上重现了他们的实验。

研究者指出,拥有一种真正强大的干扰素系统或能帮助这些病毒在宿主体内持久存在,当机体拥有较高的免疫反应时,或许就能够让细胞免于病毒感染,因此病毒就会在不对宿主产生损伤的前提下来不断进行复制,但当病毒扩散到机体中时,我们或许就失去了抗病毒的特殊机制,这样就会经历一系列病理学的变化。很多蝙蝠病毒会通过动物媒介来传染给人类,SARS能通过亚洲棕榈猫传染给人类,MERS能通过骆驼传染给人类,埃博拉能通过大猩猩和黑猩猩传染给人类,尽管如此,这些病毒在最后一次进入人体后仍然具有较高的致命性。

研究人员正在设计一种蝙蝠疾病进化的模型,以此来了解疾病扩散到人类和其它动物机体中的过程,最后Brook说道,理解感染的轨迹对于有效预测疾病的出现、传播和扩散至关重要。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

【1】Coronavirus outbreak raises question: Why are bat viruses so deadly?

【2】Cara E Brook, Mike Boots, Kartik Chandran, et al. Accelerated viral dynamics in bat cell lines, with implications for zoonotic emergence, eLife (2020). DOI:10.7554/eLife.48401

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