《科学》杂志关于冠状病毒粗探

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《科学》杂志 

冠状病毒在系统分类上属冠状病毒科（Coronaviridae）冠状病毒属（Coronavirus）。新发现的SARS病毒属冠状病毒的一个新种。科学家对SARS病毒基因组进行了全面测序分析后发现，其基因组由29730个碱基组成，与已知的三类冠状病毒相差甚远，只有64％的序列相同。可以推测，SARS病毒不是已知病毒的近期变种，而是一种新的冠状病毒。

病 毒

1892年俄国科学家伊凡诺夫斯基（Д． И． Ивaновсkий）首次发现病毒——烟草花叶病毒，从此人们认识到病原体中还存在比细菌更小的生物体。大多数人类疾病都是由病毒引起的，例如引起流行性感冒的流感病毒，引起乙型肝炎的乙型肝炎病毒，引起艾滋病的艾滋病病毒，还有现在发现的SARS病毒。

病毒是一类极其微小的生物，只有通过电子显微镜放大几十万倍才能看得见。病毒没有细胞结构，个体简单，在自然环境中无法独立生活，必须侵入到其他生物细胞内，借助其他生物细胞提供的能量和物质，才能进行生命活动和繁延后代，这些受害生物细胞称为宿主细胞或易感细胞。病毒寄生的结果使宿主细胞自身的生命活动受到干扰和破坏，导致细胞结构崩溃，最后成了病毒繁殖的牺牲品。好比一个江洋大盗，登堂入室，白吃白拿，将主人家弄了个天翻地覆后，一走了之。

病毒的分类一般有两种方法。其一是从临床医学出发，根据病毒的感染方式将病毒分为呼吸道感染病毒、消化道感染病毒、性传播性病毒等。冠状病毒属呼吸道感染病毒。其二是从生物学本质考虑，根据病毒遗传物质的类型，将病毒分为DNA病毒和RNA病毒。RNA病毒还可分为双股RNA病毒和单股RNA病毒。单股RNA病毒还可进一步分为单股负链RNA病毒（例如流感病毒）、单股正链RNA病毒（例如冠状病毒）、逆转录病毒（例如艾滋病病毒）。

冠状病毒的结构和复制

冠状病毒发现于1965年，外形球形或近似球状，直径60～220纳米，主要通过飞沫传播，引起人类、动物呼吸道感染和消化道感染。人类10%～30%的普通感冒就是由冠状病毒引起的。冠状病毒内部核心是一条单股正链RNA，没有RNA聚合酶，紧贴RNA包裹着N蛋白（核衣壳蛋白）。RNA外围有一层外衣，称为囊膜，它取材于宿主细胞的膜系统（例如细胞膜、核膜、高尔基体等）。在病毒囊膜上还配挂了一些“装饰品”，它们是病毒的结构蛋白——S蛋白、M蛋白、E蛋白、HE蛋白。SARS病毒一个重要特点就是缺乏HE蛋白，与其他冠状病毒不同。S蛋白形如长棒，向外突起，使冠状病毒在电子显微镜下呈现日冕状，酷似中世纪欧洲帝王的皇冠，因此得名冠状病毒。　

病毒自身没有完整的酶系统，也没有细胞结构，只有寄生在宿主细胞内才能繁延后代。病毒的繁殖过程称为复制，各类病毒的复制过程不尽相同。

冠状病毒颗粒随人体呼吸进入咽喉或肺部后，选择一些病毒“认为”容易侵入的细胞发动攻击。易感细胞表面须有能与病毒相结合的病毒受体，病毒才能侵入。病毒好比一个攀岩者，冠状病毒表面的S蛋白好比是攀岩者的手臂，易感细胞的病毒受体好比是岩石上的突起或凹陷结构。当病毒的“手”牢牢抓住易感细胞后，病毒身体就紧紧贴住细胞的表面，感染便发生了。病毒囊膜与易感细胞的细胞膜发生融合，病毒脱去了外衣，RNA核心侵入细胞。很快，病毒核酸从休眠中苏醒过来，病毒生命活动开始了。

冠状病毒核酸是单股正链RNA，所谓正链RNA就是可以直接作为模板翻译蛋白质的RNA。冠状病毒进入宿主细胞细胞质后，利用宿主细胞中的蛋白质合成系统，首先合成冠状病毒RNA聚合酶。然后，在RNA聚合酶作用下，病毒以正链RNA为模板合成出负链RNA；还是在RNA聚合酶作用下，再以负链RNA为模板合成出无数子代正链RNA和多种病毒结构蛋白mRNA。病毒mRNA在宿主细胞高尔基体上合成出病毒结构蛋白，其中包括了S蛋白、N蛋白等。N蛋白将子代冠状病毒RNA包裹起来，可以保护病毒的RNA，这是病毒的半成品；在M蛋白等病毒结构蛋白的作用下，病毒半成品进入高尔基体内部，与此同时包裹上一层高尔基体膜。至此，成熟的冠状病毒颗粒在细胞内形成了。高尔基体不断产生一些分泌小泡，子代病毒可以轻易地搭乘便车溢出细胞，开始新的生命旅程。随着病毒复制，宿主细胞逐渐衰败、死亡。

SARS病毒的检测

检测机体是否感染了病毒，常有两类检查方法，一是直接检测病原，二是可以检查抗体。

由于SARS病毒感染初期体内病原体数量很少，一般方法难以测得。这就要借助基因扩增技术——PCR了。科学家根据SARS病毒基因测序结果，设计并合成针对SARS病毒特点的一段核酸序列作为引物，在实验条件下模拟生物体核酸复制过程，经数小时生物化学反应，特定的核酸区段被制造出千百万个复制品，然后再检测就容易了。PCR常用于发现早期感染者，但由于PCR技术需要特殊设备，加上试剂昂贵和技术复杂，一定程度上限制了它的推广和普及。目前国内有北大基础医学院研制的SARS病毒PCR试剂盒和广州中山大学研制的SARS病毒荧光定量PCR检测试剂盒。

人体免疫系统在受到病原攻击后会产生专门针对该病原的抗体。当体内SARS病毒抗体呈阳性时，表明机体已被感染或曾经感染。由于从感染到产生抗体需要1～2周时间，所以抗体检测常滞后于临床症状的出现。因而，抗体检测只用于临床病人的确诊和观察病程进展，不能发现早期感染者。另外，患者免疫反应有强有弱，抗体浓度并不能直接反应患者的病情，甚至有些患者即使感染了SARS病毒，抗体检测也可能呈阴性。抗体检测存在一定局限性，最终结果须结合其他临床指征综合判断。目前国内抗体检查的试剂盒有：中国科学院北京基因组研究所研制的SARS病毒抗体酶联免疫试剂盒，军事医学科学院微生物研究所研制的SARS病毒抗体间接免疫荧光法试剂盒。

SARS病毒的防治

SARS病毒主要通过近距离飞沫和接触患者鼻咽分泌物传播。研究表明，SARS病毒具有较强的抵抗力，室温下塑料表面或人类排泄物中能存活1~2天，在腹泻物中可存活4天。这意味着SARS病毒很容易通过间接接触传播，接触污染的桌面或门把手就可能感染。所以，进入病区带口罩、平时勤洗手是预防SARS等多种传染病的有效方法。

药物方面，科学家们正在加紧从千万种天然或人工合成物质中筛选能对付SARS病毒的药物。从药物作用机理上看，一是将病毒拒之门外，即阻止病毒对细胞的吸附；二是关门打狗，即阻断病毒的繁殖。如果某种药物能与SARS病毒的S蛋白结合，使病毒的手被铐住，SARS病毒就无法侵入细胞为所欲为；如果某种药物能够与病毒RNA聚合酶结合，使病毒的复制机器瘫痪，进而遏止住病毒的繁殖，病毒将断子绝孙。

疫苗方面，国内外都在加紧研制。疫苗防病的原理是利用人体免疫系统具有对病原体记忆性的特点，让机体在未感染病原前先熟悉病原体的特征。SARS疫苗将病原体信息传递给免疫系统，免疫系统预先制造出针对SARS病毒的淋巴细胞和抗体，使机体严阵以待。SARS病毒侵入机体立足未稳，就被机体淋巴细胞和抗体清除出局。

目前的疫苗有死疫苗、活疫苗、亚单位疫苗和核酸疫苗几大类。从开发周期来讲，死疫苗开发最快，它是将实验培养的SARS病毒用理化因素处理杀死后制成的免疫制剂。其缺点是副作用较大，需要多次注射，且效果不持久。活疫苗是在实验室中培养出“外貌”特点与SARS病毒相同，而又“温顺”不致病的变异SARS病毒。活疫苗只需一次接种，效果持久，但要培养出具有免疫效果且安全的疫苗并非易事，一般需要几年甚至十几年时间。亚单位疫苗是通过生物化学手段将SARS病毒免疫活性物质分离出来制成免疫制剂，例如分离纯化出SARS病毒表面的S蛋白。为了更容易地获得S蛋白，还可利用基因工程，将SARS病毒S蛋白基因加载到大肠杆菌或酵母的基因组上，让微生物来大量生产S蛋白。亚单位疫苗可降低疫苗的副作用，但其他缺点与死疫苗相同。核酸疫苗是今后的一个发展方向，目前中、美科学家都在研制核酸疫苗，它最大的优点是能同时激活机体体液免疫和细胞免疫，避免前几种疫苗的缺点。

1980年人类依靠疫苗战胜了肆虐几千年的天花病毒，1990年代我国开始普遍接种乙肝疫苗，大大降低了乙肝的感染率。相信在不远的将来，科学家们一定会研制出免疫效果好、副作用小，且价格低廉的SARS疫苗，造福人类。

〖本文刊载于《科学》杂志2003