蝙蝠与啮齿动物实验感染病毒后疾病结局无显著差异：对“蝙蝠免疫特例”假说的系统性检验

《PLOS Biology》：Viral disease outcomes are indistinguishable between experimentally infected bats and rodents

　　

摘要专业翻译 蝙蝠作为人畜共患病毒的重要来源，其常见解释被认为是蝙蝠具有与病毒共存而不表现明显疾病的能力。关于蝙蝠具有不寻常抗病毒特性的观点被广泛接受，这推动了蝙蝠免疫系统独特特征的发现，这些特征可能具有广谱抗病毒药物的转化价值，特别是如果这些特征作为蝙蝠独特生活史的副产品而进化，而非通过常规的共同进化过程。令人惊讶的是，蝙蝠与其他宿主群体相比，是否在感染共同进化的病毒或一般病毒时表现出更少的疾病，尚未得到正式评估。本研究综合了86年的实验感染数据，涉及54种病毒、85个宿主物种和超过5600只动物，记录了蝙蝠在接种分类学上多样的病毒（包括对人类相对温和的病毒）后的疾病表现。蝙蝠出现明显疾病、死亡可能性及疾病严重程度与啮齿动物（另一个与多种人畜共患病毒相关的群体）所经历的无显著差异。当仅考虑将蝙蝠相关病毒接种至蝙蝠、啮齿动物相关病毒接种至啮齿动物，以及缺乏共同进化历史的接种时，这些模式保持一致。相反，感染后的疾病结局受实验设计、病毒宿主范围和进化背景的影响。蝙蝠在新型或共同进化感染中疾病表现并无特殊之处，这表明目级宿主生活史特征（如飞行）对抗病毒免疫的影响并不一致，并强调需要在体内评估蝙蝠免疫独特特征的功能特性。虽然这些结果不排除从蝙蝠免疫系统开发更广谱或更强效抗病毒药物的可能性，也不削弱蝙蝠免疫机制见解的潜在价值，但它们表明蝙蝠免疫系统是由常规共同进化过程塑造的，而非通过赋予特殊抗病毒防御的独特环境。

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一、研究背景与科学问题

蝙蝠长期被视为人畜共患病毒的重要储存宿主，一个广为流传的解释是蝙蝠具有与病毒共存而不表现明显疾病的特殊能力。这一“蝙蝠免疫特例”假说催生了大量关于蝙蝠免疫系统独特特征的研究，例如蝙蝠来源的ASC2（凋亡相关斑点样蛋白，含CARD结构域）蛋白被发现在体外可抑制冠状病毒和正黏病毒引起的炎症反应，某些蝙蝠物种在感染埃博拉病毒、尼帕病毒等对人类高致死性病毒时仅表现亚临床感染。部分研究者进一步推测，蝙蝠的某些免疫特征（如限制炎症的能力）可能是其飞行能量需求的副产品，因而可能提供针对多种病毒的广谱保护，具有开发突破性广谱抗病毒药物的潜在价值。

然而，这一假说面临一个根本性的未解问题：蝙蝠与其他宿主群体相比，是否真的在感染共同进化的病毒或一般病毒时表现出更少的疾病？此前缺乏系统性评估。野外观察蝙蝠感染结局多为轶事性证据，受蝙蝠体型小、生活史隐蔽等限制，难以可靠检测病毒导致的发病和死亡。实验感染虽可精确监测已知暴露后的感染结局，但已有研究仅覆盖少数病毒种类，无法判断蝙蝠表现温和疾病是例外还是普遍规律。此外，正式测量“耐受性”（tolerance，即在给定病毒载量下限制疾病的能力）需要非侵入性量化生理相关组织中的病毒载量并长期监测宿主适应性代价，这在现有实验和自然感染研究中难以实现。

二、研究内容与核心结论

研究人员通过系统检索并综合1936年至2022年间发表的112项实验感染研究，构建了包含54种病毒（来自15个病毒科，其中53种RNA病毒、1种DNA病毒）、85种易感宿主物种、149个宿主-病毒组合、总计5622只实验动物的数据集。研究排除了实验室培育的啮齿动物，因其可能缺乏野生个体的完整免疫能力。通过分层贝叶斯模型（hierarchical Bayesian models）控制实验设计差异（接种剂量、途径、动物数量等）、宿主特异性、宿主-病毒共同进化关系以及物种间系统发育非独立性后，研究发现：蝙蝠与啮齿动物在疾病发生率、死亡率和疾病严重程度三个维度上均无显著差异。这一结论在仅考虑蝙蝠相关病毒接种蝙蝠、啮齿动物相关病毒接种啮齿动物的同源感染，以及缺乏共同进化历史的异源感染中均保持一致。研究还发现，病毒宿主范围（宿主系统发育多样性）、宿主进化隔离度（host evolutionary isolation, HEI）以及实验设计因素（接种剂量、动物数量）显著影响疾病结局，而宿主目级分类（蝙蝠目vs啮齿目）本身不具预测力。

这一研究具有重要的科学意义。它首次对“蝙蝠经历较低病毒诱导疾病发生率”这一长期假设进行了定量检验，结果不支持蝙蝠拥有“一刀切”式广谱抗病毒防御机制的观点。研究提示，蝙蝠免疫系统可能是通过常规共同进化过程塑造的，而非源于飞行等独特生活史特征所赋予的特殊抗病毒防御。这并不意味着蝙蝠免疫研究没有生物医学价值——蝙蝠ASC2等候选分子的开发仍可能产生有用的抗病毒药物——但研究质疑了蝙蝠将“不成比例地”成为广谱强效抗病毒药物来源的预期，提示其他生物体的免疫系统同样值得关注。

三、主要技术方法

研究人员首先通过Web of Science（WOS）数据库进行文献检索，检索日期为2022年4月14日，获得2955篇文章；随后补充CLOVER数据库（整合全球哺乳动物寄生虫数据库2.0、EID2数据库、宿主-寄生虫系统发育项目数据集等来源）中报道的蝙蝠和啮齿动物病毒关联文献，合并去重后共获得3495篇唯一文章。经筛选排除细胞系实验、商业实验室动物研究等不符合免疫能力标准的文献后，获得240篇核心出版物，再通过综述论文引文追溯和引文检索扩展，最终纳入246篇原始研究文章进行详细数据提取。数据提取涵盖个体水平和物种水平两类数据：个体水平记录每只动物的宿主物种、病毒物种、病毒株、传代历史、接种途径、接种剂量及疾病结局；物种水平记录整个研究群体的最大疾病表现。病毒名称通过NCBI统一至ICTV（国际病毒分类委员会）接受名称，宿主名称通过哺乳动物多样性数据库v1.9统一至Upham哺乳动物超树。疾病严重程度采用1至5分的序数评分体系。统计分析采用分层贝叶斯回归模型，在Stan 2.21.0中通过R包brms 2.16.3实现，模型纳入宿主和病毒物种的系统发育与非系统发育分层效应，并控制文章层级效应。

四、研究结果

多种病毒在蝙蝠和啮齿动物中引起明显疾病。 在宿主-病毒组合层面，48%（40/83）的啮齿动物-病毒组合和73%（48/66）的蝙蝠-病毒组合出现疾病。15个病毒科的病毒均可在宿主中引起疾病，严重疾病分布在整个宿主系统发育树上而非集中于特定支系。丝状病毒科（Filoviridae）和副黏病毒科（Paramyxoviridae）病毒通常被认为极少在蝙蝠中引起临床疾病，但研究数据显示，6个蝙蝠-副黏病毒组合中有2个（Sosuga副腮腺炎病毒接种埃及果蝠、新城疫病毒接种小棕蝠）分别导致严重临床疾病和死亡。其他导致蝙蝠严重或致死性疾病的病毒组合包括口蹄疫病毒接种吸血蝠、科卡尔水疱性病毒接种小棕蝠、Kaeng Khoi病毒接种皱唇蝠、Tacaribe病毒接种短尾叶口蝠和牙买加果蝠等。

蝙蝠与啮齿动物的疾病发生率、死亡率和严重程度无显著差异。 在物种水平模型（n=193个独特宿主-病毒-研究组合）中，控制实验设计、生态进化变量和系统发育非独立性后，宿主目级分类对疾病存在、死亡率和严重程度均无显著效应（80%可信区间包含零）。剔除狂犬病毒属（lyssaviruses，占数据集23%）后的敏感性分析结果一致。个体水平模型（1620只个体，涵盖44种病毒、75种宿主物种、128个宿主-病毒组合）同样未发现蝙蝠与啮齿动物在任一疾病指标上的差异。

感染背景塑造疾病结局。 系统发育广谱型病毒（即感染进化上多样化宿主物种的病毒）导致疾病、死亡和严重疾病的可能性较低，支持“广谱代价”假说——专性病毒引起更严重疾病。宿主进化隔离度（HEI，即从所有已知宿主到接种宿主的平均系统发育距离）与疾病结局呈正相关，在物种水平死亡率模型中80%可信区间排除零，提示将病毒接种至已知易感物种的远缘亲属可能更常导致严重疾病。然而，基于36种已知储存宿主目级分类的“储存宿主匹配”（reservoir match）分析未发现同源或异源感染中疾病结局的显著差异，仅个体水平疾病存在模型显示同源感染增加疾病概率。将同源和异源感染分别建模的敏感性分析均未发现蝙蝠与啮齿动物的差异。实验设计因素方面，物种水平模型中接种个体数量与所有三种疾病结局正相关；个体水平模型中，按体重校正的接种剂量增加显著提高疾病概率和严重程度。直接脑内接种在蝙蝠中更常见且与更严重疾病相关，但剔除此类接种后重新拟合模型仍无宿主目级效应。

蝙蝠、啮齿动物与人类的疾病严重程度比较。 实验接种蝙蝠所用病毒的人类病死率（case fatality rate, CFR）总体上高于接种啮齿动物所用病毒，但控制病毒层级效应后该差异不再稳健。在异源接种或排除蝙蝠相关病毒后，蝙蝠与啮齿动物所用病毒的人类CFR无差异。高人类致死率但蝙蝠疾病温和的区域仅包含蝙蝠来源的丝状病毒（在蝙蝠中最多引起亚临床疾病，严重度评分2）和亨尼帕病毒。更令人意外的是，一些对人类致死率较低的非蝙蝠相关病毒（如黄病毒属、甲病毒属和汉坦病毒，CFR<20%）有时在蝙蝠中引起包括死亡在内的严重疾病（严重度评分5）。

五、讨论与结论总结

研究人员指出，研究结果支持蝙蝠某些物种进化出了限制特定共同进化病毒所致疾病的防御机制，但现有文献没有证据表明这些防御在蝙蝠中的频率、效力或跨病毒泛化性应被视为相对于其他哺乳动物不寻常。蝙蝠不太可能拥有“一刀切”式的解决方案，即由生活史驱动的选择产生泛化机制来降低病毒疾病的频率或严重程度。如果蝙蝠的独特特征（相对于体型的更长寿命、飞行）确实导致了独特抗病毒机制的进化，这些机制要么不足以在机体水平保护蝙蝠（相对于体外观察到的效应），要么仅保护特定病毒。

研究人员推测，“蝙蝠具有与病毒共存而无明显疾病的非凡能力”这一假说之所以被广泛接受，可能源于蝙蝠与对人类高致病性病毒的关联、蝙蝠体型小且行为隐蔽导致自然条件下难以观察病毒诱导死亡，以及基于亨尼帕病毒和丝状病毒等少数研究充分系统的理论外推。研究同时指出，实验感染数据的固有局限性包括：实验时间尺度短无法量化长期适应性影响、无法在不牺牲个体或采用高侵入性采样的情况下量化感染组织中的病毒载量、病毒传代历史可能影响毒力等。研究识别了当前实验接种数据的主要证据空白：很少有蝙蝠相关病毒被接种至啮齿动物、对人类中等致死率的啮齿动物相关病毒未接种至蝙蝠或野生啮齿动物、相对较少的人类相关病毒被接种至蝙蝠或啮齿动物。

研究结论指出，蝙蝠中疾病结局符合常规进化预期，这与蝙蝠具有特殊病毒耐受性的普遍观念之间的不一致，强调了加强病毒学家、免疫学家、生态学家和进化生物学家之间沟通的必要性。研究人员建议未来研究应使用类比基线（如比较蝙蝠与其他野生动物而非与人类或实验室动物比较）、在宿主个体内明确测量耐受性与抵抗性机制、并纳入宿主系统发育、病毒系统发育和共同进化关联的稳健定量考量，以区分特定结果与可推广的结论。