《Cell》进化病毒学家张永振教授和Edward C. Holmes教授评价COVID-19溯源

　　

昨日（3月26日）《Cell》发表了由上海市（复旦大学附属）公共卫生临床中心的张永振教授和名誉客座教授Edward C. Holmes（悉尼大学Marie Bashir传染病和生物安全研究所教授）共同撰写的有关COVID-19起源的基因组学观点。

在试图解决COVID-19新型冠状病毒如何从动物飞跃到人类、解开SARS-CoV-2基因密码、寻找COVID-19有效疫苗的科技竞赛中，张永振教授和Edward C. Holmes教授都奋战在第一线。两位专家过去长期致力于人畜共患疾病的监测和预防工作。

进化病毒学家Edward C. Holmes教授以他对传染病的出现和进化研究而闻名，特别是跨物种界限的RNA病毒，如禽流感病毒、登革热病毒、艾滋病病毒、丙型肝炎病毒、粘液瘤病毒、兔出血症病毒和鼠疫耶尔森菌等病原体的出现和传播研究Holmes都有建树。著有586篇同行评议论文和两本书，出版物被引用超过64000条。今年，Holmes教授就合作撰写了四篇关于新型冠状病毒的论文，包括最早描述的那两篇《Nature》（Nature. 2020; 579: 265-269）和《The Lancet》（Lancet. 2020; 395: 565-574）。

张永振教授团队是最早向全球公布新型冠状病毒全基因组序列的研究团队。2019年12月26日，上海市公共卫生临床中心收集了一份来自武汉市中心医院的患者标本（出现症状后6天入院），2020年1月5日，他们分离检测出一种新型SARS样冠状病毒，随后通过下一代亚转录组测序提交了该病毒的全基因组序列（之后还对其进行了校正）。最近五年，张永振研究团队通过对9个动物门超过220种无脊椎动物标本进行宏转录组测序已经发现了1445种全新RNA病毒（过去两百年，全世界总共才发现2200多种病毒），填补了RNA病毒进化上的重要空缺。

问题一：病毒是否来自华南海鲜市场

在这篇《Cell》评论中作者写道，尽管首次报告的COVID-19病例与武汉市华南海鲜和野生动物市场（我们几年前都去过该市场）之间存在重要的早期联系，在疫情爆发的时候该市场在售卖多种哺乳动物。鉴于SARS-CoV-2有人畜共患嫌疑，与这样一个“潮湿”的市场有联系应该不足为奇。不过，并非所有早期病例都与市场有关，因此实际的可能情况比最初怀疑的更为复杂。

（资料来源: E.C.H，两位作者拍摄于2014年10月。尽管早期的COVID-19病例中有许多与这个市场有关，但该市场在SARS-CoV-2出现中的作用仍不确定。）

“环境样本”基因组序列的系统发育分析表明，它们与最早从武汉患者身上采集的病毒非常密切。这再次表明市场在病毒的出现方面发挥了重要作用，但尚不清楚这些样本是从无意识暴露于感染物的人身上衍生出来的，还是直接来自市场的动物或动物源物质。

可惜的是，市场中缺乏直接的动物取样，也就是说现在无法在华南海鲜市场确认任何动物病毒库。

问题二：SARS-CoV-2溯源与“非典”的关系

临床病例出现后，作者研究团队和其他研究团队试图确定致病病原体的基因组序列。基因组序列数据表明SARS-CoV-2是β冠状病毒属的一员，属于Sarbecovirus亚属，这个亚属包括SARS-CoV（MERS-CoV属于Merbecovirus亚属）。在核苷酸水平，SARS-CoV-2和SARS-CoV的相似度约为79%，由于基因差异很大，SARS-CoV与SARS-CoV-2的宿主细胞受体相互作用关键表面糖蛋白刺突蛋白（spike，S蛋白）的核苷酸序列相似性仅为72%。

问题三：SARS-CoV-2溯源与野生蝙蝠的关系

2013年，Zhou等人在中国云南一只菊头蝠属蝙蝠身上采集并鉴定出一株名为RaTG13的相关病毒，该病毒在核苷酸序列水平上与SARS-CoV-2的相似为96%。尽管序列相似，SARS-CoV-2与RaTG13在许多基因组特征上有所不同，其中最重要的一点是SARS-CoV-2更像其他人类冠状病毒（包括HCoV-HKU1）和高致病性的禽流感病毒——S蛋白的S1和S2亚基的结合处有RRAR酶切位点，可以让弗林蛋白酶和其他内切蛋白酶有效切割——这决定了SARS-CoV-2独特的病毒感染性和宿主范围。

SARS-CoV-2和RaTG13的受体结合域（RBD）只有85%的相似性，只占六个关键氨基酸残基中的一个，SARS-CoV-2非常适合与人ACE2受体结合。

蝙蝠是多种冠状病毒的重要宿主，但蝙蝠在SARS-CoV-2的人畜共患传染源中所起的确切作用尚未确定。我们对哪些物种携带这些病毒以及哪些病毒可能出现在人类身上仍知之甚少。特别是这种动物来自距离武汉1500多公里的云南，湖北本地蝙蝠身上的冠状病毒在系统发育树上与SARS-CoV-2相去甚远，更多的采样将发现更多的蝙蝠病毒，最关键的是这些病毒是否含有RBD突变和类似SARS-CoV-2的弗林蛋白酶裂解位点插入。

SARS-CoV-2似乎与SARS-CoV和MERS-CoV密切相关，并且存在动物病毒库（蝙蝠），但它们的生物学差异是惊人的。SARS-CoV-2的传染性更强（MERS-CoV未完全适应人传人），所以病例增长飞快。

根据过去的冠状病毒研究，在SARS-CoV-2进入人传人阶段之前需要在动物宿主中进化，但不能排除2019年12月首次检测到它之前该病毒在人类“隐性”传播期间获得了一些关键突变。具体而言，该病毒在人群中出现的时间可能比设想的更早（那时可能武汉都没有），只不过因为监测疏忽未被发现，甚至散布在其他肺炎病例中。秘密传播期间，病毒逐渐获得了上述关键突变，使它完全适应了人类。回顾性的呼吸道感染血液检测或亚基因组研究也许能帮助破解这种判断是否正确。

问题四：SARS-CoV-2是否是“人造病毒”

研究人员在2019年从云南省采集的另一只菊头蝠身上鉴定出了RmYN02病毒，该病毒的S1-S2之间的切割位点包含一个独立的PAA氨基酸插入。表明这些插入事件可能来自于冠状病毒的自然进化。尽管RmYN02与SARS-CoV-2的S蛋白质序列相似度仅为72%，但它的长复制酶基因与人类病毒的亲缘最近（97%的核苷酸序列相似性）。

由于冠状病毒本身经历了广泛的重组，因此区分辅助病毒的“重组”和背景“重组”并非易事。这些病毒的多个位点都可以看见重组痕迹，甚至有证据表明云南蝙蝠和马来穿山甲（被怀疑的中间宿主）病毒之间也存在重组。

试图确定重组事件的确切模式和进化祖先是困难的，特别是因为许多重组区域可能很小，并且很可能随着我们对更多与SARS-CoV-2相关的病毒进行取样而改变。为了解决这些问题，有必要对动物种群中的病毒多样性进行更广泛的取样。

问题五：如何解释武汉样本单一的遗传多样性

随着COVID-19的爆发，各种各样的SARS-CoV-2基因组在全球各地陆续被报道出来。中国样本的遗传学单一性一方面证明武汉市的公共卫生防控工作做得非常出色，另一方面不排除一种可能性：这些病毒的最近共同祖先存在于疫情爆发之前的人类隐形传播。

根据现有的遗传多样性所推导的SARS-CoV-2系统发育簇很难确定病毒在全球传播时是否存在固定的表型重要突变，任何这样的说法都需要经过仔细的实验验证。

鉴于RNA病毒的高突变率，很明显病毒基因组将出现更多的突变，从而帮助我们追踪SARS-CoV-2的传播。然而实际情况是，序列样本量相对病例总数过于渺小，以至于很难跟踪到单个传播链。

有人可能说冠状病毒的突变率小于其他RNA病毒，但它较低的突变率在一定程度上是由于宿主体内的高病毒复制率所补偿的，没有证据表明这种突变能力会导致表型根本变化（如遗传力和毒力），COVID-19病例数量或致死率的下降可能是剩余人类群体和流行病背景下的免疫力增强所致，而非病毒任何变异变化导致。

问题六：未来是我们的，更是冠状病毒的，防范大于防治

可以肯定的是，未来会出现更多冠状病毒，它们越来越适应跨物种界限，并在新宿主（比如人类）体内如鱼得水。因此，对动物冠状病毒的监测必须包括蝙蝠以外的动物，中间宿主尤显重要。鉴于野生动物病毒的巨大多样性和不断进化，最简单和最具成本效益的减少未来爆发风险的方法是尽可能限制接触动物病原体。人与动物的密切关系意味着我们无法建立坚不可摧的堡垒，但对非法野生动物贸易我们可以采取更有力的打击，清除市场上贩卖的所有野生哺乳动物（也许还有鸟类）将提供重要缓冲。

原文标题：A Genomic Perspective on the Origin and Emergence of SARS-CoV-2

（生物通：伍松）