“死神”蝙蝠是如何与病毒共舞的?

蝙蝠,小而壮大的死神。它体内的病毒是若何标的目的人类发出灭亡威胁的?

前 言

《孙子·谋攻篇》有言,“良知知彼,百战不殆”。自从新型冠状病毒(COVID-19)肺炎疫情暴发以来,很多医护人员与科研人员针对病毒的溯源、入侵机制以及治疗与检测等睁开了深切研究。2020年1月23日,中国科学院武汉病毒研究所石正丽团队在bioRxiv预印本平台上颁发论文,率先揭示蝙蝠可能是新型冠状病毒的天然宿本家儿。随后,美国加州大学伯克利分校的研究团队在eLife杂志上颁发研究论文,阐发了蝙蝠免疫系统的怪异性,揭示了其与致命性病毒共存的可能机制。

迥异的糊口习性

蝙蝠是独一会飞的哺乳动物,具有一系列顺应飞翔的形态特征。其四肢和从头至尾部之间笼盖着一层薄而坚韧的翼膜,形当作怪异的翼手。蝙蝠恰是凭借翼手进行飞翔,而不像鸟类凭借同党。翼膜弹性杰出,在飞翔时可以变形,静止时又可以回缩和折叠。翼手的矫捷性使某些蝙蝠可以或许进行极速转弯,在不超出自身体长的飞翔距离内就能实现90°扭转。

据文献报道,宿世界上第一个蝙蝠化石——食指伊神蝠可追溯到5000万年以前,那时它的前肢就已经具备了与飞翔相顺应的颀长的骨骼布局。是以,当今的蝙蝠“超出”于其它哺乳动物之上的能力可以说是与生俱来。蝙蝠的后肢在进化过程中也可能有所伸长,尽管良多蝙蝠保留了在陆地上行走的能力,但有少部门蝙蝠的后肢扭转了90°甚至180°,是以只能处于吊挂或飞翔状况。[1]

图1. 澳大利亚大蝙蝠狐蝠是亨德拉病毒的储存库,本家儿要传染马,偶发性传染人。|图片引自EurekAlert,由杜克大学王林发传授友情供给

蝙蝠仍是自带反响定位系统的“高科技大佬”。它们可以或许经由过程喉咙发出超声波,再依据超声波的反射来分辨偏向以及探测方针,从而可以在漆黑的夜空中或暗淡的洞窟里自由翱翔并精确捕食。反响定位系统除了用于遁藏障碍物和寻找猎物外,还能用于蝙蝠个别之间的交流,仅凭人耳是听不到这些超声波的。然而,您也许听到过蝙蝠发出的一类频率较低的声音,那可能是它们在进行社交呼叫。社交呼叫会发生在遇险警报、交配以及母子分手等环境下。良多子代蝙蝠可以或许经由过程社交呼叫、气息辨识以及空间记忆等策略,在洞窟栖息地里数以百万计的蝙蝠中寻找到本身的母亲。[1]

众所周知,蝙蝠是典型的夜猫子,这可能是因为糊口所迫。除了夜鹰以外,夜空中很少有蝙蝠的竞争者。尽管猫头鹰也是在夜间勾当的机遇本家儿义掠食者,可是它们的飞翔火速度完全无法与蝙蝠媲美,是以也不组成最终威胁。蝙蝠所特有的飞翔和反响定位能力使其占有并最终统治了夜间的空中觅食生境,并当作为除啮齿类以外的第二大类哺乳动物。[1]

与病毒共舞

近些年来,蝙蝠仿佛化身“死神”的代名词,已知良多致命性病毒都源自于它。除了我们所熟知的SARS、MERS等冠状病毒和埃博拉、马尔堡病毒等丝状病毒,蝙蝠身上还可能携带狂犬病毒、副黏病毒、呼肠弧病毒、逆转录病毒、肝炎病毒等[1]。如前文所说,这段时候害得人们“大门不出、二门不迈”的新型冠状病毒也很可能发源于蝙蝠[2]。

事实上,约有60%来主动物的新型流行症都是人畜共患病,此中三分之二以上来自于野活泼物。一项2013年的研究显示,在蝙蝠身上发现的137种病毒中,有61种为人畜共患病原[4]。固然蝙蝠身上埋没着很多病毒,但它自身凡是没有任何传染迹象或毁伤,堪称超等哺乳动物[3]。

为什么蝙蝠可以耐受如斯多的致命性病毒,这是巧合吗?

比来,美国加州大学伯克利分校的一个研究团队在eLife杂志上颁发论文,对此现象作出了科学的诠释。该校综合生物学系传授Mike Boots介绍道:“良多病毒发源于蝙蝠,这并不是随机事务。因为蝙蝠与我们的关系并不紧密亲密,是以它们不成能会携带良多人类病毒。然而,在作为病毒的宿本家儿方面,蝙蝠很可能是一个极其出格的物种。”这项研究不单揭示了蝙蝠自身若何抵当病毒的危险,还描述了另一个惊人的过程:蝙蝠的免疫系统驱动了病毒毒性的不竭加强,对人类健康造当作更大威胁。[2]

当病原体入侵人体或其他动物时,机体的免疫系统会主动倡议进犯,从而按捺病毒的增殖甚至断根病毒,庇护机体免受损害。而当病毒试图抨击打击蝙蝠的细胞时,蝙蝠的免疫系统可以或许提前发出预警旌旗灯号,敏捷做出反映,将病毒隔离在细胞之外。有些蝙蝠的免疫系统始终处于蓄势待发的状况,随时筹办抵当病毒的传染,包罗那些已知可将病毒传布给人类的蝙蝠类群。这一机制尽管可以最大水平庇护蝙蝠不受高载量病毒的威胁,但也促进了病毒复制速度的提高。

所谓哪里有榨取,哪里就有抵挡。为了可以或许在宿本家儿的免疫“炮火”到来之前完当作“传宗接代”的使命,奸刁的病毒加速了在蝙蝠体内的滋生速度。也就是说,在蝙蝠怪异的“增强版”免疫系统的威慑下,病毒的进化速度更快,更有可能发生毒性加强的下一代。然而,良多其他哺乳动物并没有蝙蝠这样的“神功护体”。当蝙蝠携带的病毒经由过程某种路子传布给人类时,缺乏快速应答免疫系统的传染者可能会被敏捷击败,此时若无有用的药物或抗体,传染者甚至将受到灭亡的威胁。[2]

蝙蝠的免疫系统这么壮大,可否参照这种机制,经由过程必然的方式革新人类的免疫系统,使其愈加完美呢?设法很夸姣,实际很残酷。学过免疫学的同志应该知道,抗病毒免疫反映会导致机体发生炎症等反映。当机体的免疫系统过度反映的时辰,无法区分敌我,就会对机体自身造当作危险,也就是所谓的炎症风暴。(简单的说,炎症风暴就是仇敌(病毒)来犯,愣头青(免疫系统)一出手就是核兵器(过度反映),灭了仇敌不说,也整残了本身。详见黄波:有抗体就能断根病毒吗?;炎症风暴:人体免疫系统,是如何反噬自身的?)这项研究的第一作者,加州大学伯克利分校的博士后Cara Brook介绍说,“假如在人体中测验考试近似的抗病毒策略,将会激发大规模的炎症反映,这会对人体造当作很大的风险。而有些蝙蝠既能发生这种强烈的抗病毒反映,又能用抗炎症反映使机体处于一种均衡的状况。”[2]

逆天的免疫系统

为何蝙蝠可以或许拥有怪异的抗炎症反映呢?这又要从其自身的特别性来说了。蝙蝠在飞翔中的新陈代谢率是划一体型的啮齿类动物在奔驰时的两倍。凡是环境下,猛烈的活动和过高的代谢率会使活性分子(本家儿如果自由基)在体内累积,从而引起较强的组织毁伤。可是,蝙蝠进化出了一种可以或许有用地断根这些有害分子的心理机制,进而减弱了高代谢率带来的危险。这一机制不仅包管了蝙蝠可以自由翱翔在天空中,还“随手”帮手断根了蝙蝠体内各类炎症反映发生的“粉碎份子”。别的,与心率和新陈代谢都更迟缓的大型动物比拟,心率和新陈代谢较快的小型动物凡是寿命较短,这可能是因为高新陈代谢率会发生更多更具粉碎性的自由基。然而与同体型的其他哺乳动物比拟,蝙蝠的寿命要长得多,有的蝙蝠甚至可以活40多年,同样体型的啮齿动物则只能活两年摆布。是以可以猜测,这种机制也能在必然水平上诠释蝙蝠长命的原因。[2]

这种应对炎症的快速按捺机制还可按捺与抗病毒免疫反映相关的炎症。很多蝙蝠的免疫系统都具备一个关头技术,即剑拔弩张地释放一种叫做干扰素-α的旌旗灯号分子,通知其他细胞在病毒入侵前做好战斗筹办。[2]

跟着对天然界领会水平的愈加深切,人们经常对其感应赞叹和敬畏。Brook也是如斯,她很好奇病毒是若何在其宿本家儿蝙蝠的快速免疫反映之下进化的。为此,她拔取了两种蝙蝠(尝试组)和一种山公(对照组)的细胞进行尝试。此中一种蝙蝠是作为马尔堡病毒自然宿本家儿的埃及果蝠(Rousettus aegyptiacus), 在它转录干扰素-α基因之前需要对其进行直接的病毒进犯,才可以或许使机体布满干扰素。作为亨德拉(Hendra)病毒储藏库的澳大利亚大蝙蝠狐蝠(Pteropus alecto)的免疫反映速度更快,它体内存在已经转录的干扰素-α的RNA,可随时合当作卵白质来匹敌病毒的传染。而在对照组中,非洲绿猴(Vero)的细胞系完全不发生干扰素[2]。

当研究人员用埃博拉病毒和马尔堡病毒的假病毒进行传染尝试时,成果令人惊奇——这些细胞系呈现了判然不同的反映。作为对照组的绿猴细胞系很快被病毒击垮并杀死;作为尝试组的埃及果蝠细胞系中的部门细胞在干扰素的提前预警下,可以或许当作功地将本身与病毒隔分开来;在澳大利亚大蝙蝠狐蝠细胞系中,免疫反映更为强烈,病毒的传染速度远低于发生在埃及果蝠细胞系中的。此外,这些蝙蝠的干扰素应答似乎使传染持续更长的时候[2]。

Brook用了一个形象的比方来诠释这一现象,若是把单层细胞上的病毒想象当作丛林里燃烧的火焰,那么此中的一些区域(即细胞)有应急毯,可以或许避开仗焰的灼烧而不受危险。但到大火竣事之时,丛林中仍然有闷烧的余烬,也就是说仍然有一些病毒传染的细胞存活下来。其他未受危险的细胞群体可以或许进行滋生,为病毒供给新的进犯方针。是以,病毒可以在蝙蝠体内假寓下来,并在蝙蝠的整个生命周期中形当作暗藏性传染[2]。

Brook认为,“这表白拥有一个真正壮大的干扰素系统将有助于病毒在宿本家儿体内存活。当免疫反映更强时,宿本家儿细胞将免受传染,所以病毒可以或许在不毁伤宿本家儿的前提下提高其复制速度。但当病毒扩散到人类身上时,因为人类缺乏这种抗病毒机制,传染者可能会履历良多病理过程。”[2]

病毒若何由蝙蝠传布到人?

所幸,并不是蝙蝠携带的所有病毒都有机遇传染人类。流行症必需具备三个根基前提:传染源、传布路子和易打动物。在病毒从蝙蝠传到人的过程中,携带病毒的蝙蝠就是传染源。其次对于传布路子来说,凡是有直接接触传布或间接接触传布两种体例。譬如,吸血蝙蝠叮咬了某种动物,导致动物被传染,这叫直接接触传布;若是被叮咬的动物充任了前言物,又将病毒传给了人类,那么这叫间接接触传布。别的,一些蝙蝠本家儿要以生果为食,当携带病毒的蝙蝠吸食了生果的汁液今后,若是人类很快取食了这个生果而被病毒传染,这也叫做间接接触传布。病毒传布的第三个要素是易动人群,对于某种病原体缺乏免疫力而轻易传染的人都称为易动人群。病原体的种类和毒力以及人体的内涵身分,如免疫力和受体的表达程度等,都影响人体的易感性[5]。

图2. 流行症三要素|图片来历于收集

有人可能会问,蝙蝠源病毒是否会直接传染人类呢?这是有可能的,但可能性极低。一是因为病毒入侵人体是一个特异性的过程,它需要有响应的受体才能让细胞开启便利的大门,并非所有蝙蝠城市携带对人类易感的病毒;二是因为蝙蝠凡是喜好幽居在洞窟、树缝等处所,这种“夜游侠”接触到人类的几率很小。可是良多野活泼物的栖息情况和蝙蝠的有所重叠,若是动物被吸血蝙蝠叮咬,或是接触了蝙蝠的分泌物,则都可能被传染。我们已经知道,很多蝙蝠源病毒都是以某种动物为中心前言进而传染给人类的,这些动物又被称为中心宿本家儿,譬如SARS经由过程果子狸传染给人类,MERS经由过程骆驼传染给人类,埃博拉病毒经由过程大猩猩和黑猩猩传染给人类,尼帕病毒(Nipah)经由过程猪传染给人类,亨德拉病毒经由过程马传染给人类,马尔堡病毒经由过程非洲绿猴传染给人类……尽管多了一道中心程序,这些病毒在最终入侵人体之时仍然具有极高的毒性和致命性[2]。

图3. MERS病毒由蝙蝠传布到人的各类路子|图片来历于收集

蝙蝠可否杀之尔后快?

既然蝙蝠身上携带如斯之多的病毒,还有些蝙蝠可以或许吸血,那么是否可以扑杀宿世界上的所有蝙蝠呢?谜底显然是否认的。

起首,蝙蝠的种类繁多,是除啮齿类动物以外的第二大类哺乳动物,约占所有哺乳动物数目的1/5。它的分布规模也很广,除了极地和大洋中的一些岛屿外,几乎宿世界各地都有蝙蝠,完全扑杀是不实际的。其次,当然也是最主要的一点,蝙蝠是生态链中的很主要的一环。大部门蝙蝠以虫豸为食,尤其是害虫。有些蝙蝠以生果、花朵、花粉和花蜜等为食,可以帮忙传粉。有些花朵甚至进化出 “花蜜标的目的导”,这莳花蜜可以反射蝙蝠的超声波,从而吸引蝙蝠更好地为其传粉[1]。是以,蝙蝠可谓是农业的好辅佐,我们不克不及将其无情地扑杀。

图4. 分歧种属蝙蝠的分布规模,颜色越深暗示分布越多(Bat Flies and Their Microparasites: Current Knowledge and Distribution)[6]

预防人畜共患病的启迪

若何更好地防控蝙蝠源病毒呢?Brook认为,领会传染的成长轨迹对展望传染的呈现、扩散以及传布具有很是主要的感化。是以,该研究团队正在测验考试设计一个更完美的蝙蝠疾病进化模子,以便更好地领会蝙蝠源病毒标的目的人类和其他动物传布的过程[2]。别的,成立蝙蝠的研究收集和病毒的监测收集也常有需要。

科学家肩负起了责任和任务,我们通俗人又该做些什么呢?

从泉源来看,蝙蝠携带的病毒激发人畜共患病的原因有良多,除了肆意捕获和食用野活泼物外,最本家儿要的还有人类对蝙蝠领地的入侵和粉碎。丛林砍伐使得动物的天然栖息地削减,蝙蝠和其他动物损失了赖以保存的安泰窝,不得不迁移到更广的规模去。保存情况的改变也迫使蝙蝠的觅食和行为体例发生转变,更可能逐渐接近或进入人类糊口圈,与人类的勾当规模呈现部门重叠,病毒经由过程直接或间接的体例传染人的几率就会变大[3]。同时,当一些人畜共患病原传染蝙蝠,也可能在蝙蝠免疫系统的驱动下快速进化,发生极其严重的后果。别的Brook等人也指出,粉碎蝙蝠的栖息地会给它们带来压力,促使更多的病毒释放到唾液、尿液和粪便中,从而更易于传染其他动物。是以,庇护生态情况,在人类与病毒的抗争中也能起到主要感化[2]。

蝙蝠源病毒因为其致死性高,激发了人们的普遍存眷。事实上,其他动物源性流行症也一样不容轻忽。在与流行症的持久战中,成立杰出的防控系统只是此中的一个方面,同样主要的是让更多的人成立起对野活泼物的科学熟悉,拒绝残忍猎杀,不肆意粉碎栖息地。所谓命运配合体,远不止是人类命运配合体,人与天然和平共处才是可持续成长之道。

参考文献

[1] Lin-Fa Wang and Christopher Cowled, Bats and viruses.

[2]https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-02/uoc--cor021020.php

[3] V. Beena, G. Saikumar, Emerging horizon for bat borne viral zoonoses. VirusDis 2019; 30(3):321-328.https://doi.org/10.1007/s13337-019-00548-z

[4] A comparison of bats and rodents as reservoirs of zoonotic viruses: are bats special?

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3574368/

[5] 俞东征,流行症的预防与节制

[6] Tamara Szentiványi et al., Bat Flies and Their Microparasites: Current Knowledge and Distribution. Frontiers in Veterinary Science 2019. doi: 10.3389/fvets.2019.00115

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