《Critical Reviews in Microbiology》:Bat–rodent–human interfaces in the Americas: a synthesis of zoonotic pathways
编辑推荐:
新兴人畜共患病(emerging zoonoses)通常出现在野生动物与人类的交界面上,然而现有的预防工作仍将野生动物宿主孤立对待。本综述综合了美洲地区蝙蝠和啮齿动物中检测到的RNA病毒(RNA viruses)的证据,并考察了蝙蝠-啮齿动物-人类传播背后的生
新兴人畜共患病(emerging zoonoses)通常出现在野生动物与人类的交界面上,然而现有的预防工作仍将野生动物宿主孤立对待。本综述综合了美洲地区蝙蝠和啮齿动物中检测到的RNA病毒(RNA viruses)的证据,并考察了蝙蝠-啮齿动物-人类传播背后的生态界面(ecological interfaces)。本研究并非进行详尽的病毒目录编撰,而是采用一种基于界面的视角来审视跨物种传播(cross-species transmission)。我们聚焦于星状病毒(astroviruses)、冠状病毒(coronaviruses)、汉坦病毒(hantaviruses)和狂犬病病毒(lyssaviruses)——这些病毒组兼具高遗传多样性、广泛的宿主范围以及已证实或疑似的人畜共患潜力。研究人员描述了由土地利用变化(land-use change)、城市化、共享食物和水资源、在人工建筑中共栖、环境污染(鸟粪和尿液形成的气溶胶)以及季节性排毒所创造的界面。主要的研究空白包括地理采样偏差、有限的感染性数据,以及对宿主移动、接触生态学和人类实践整合不足。预防重点包括沿城乡梯度开展纵向监测、对跨物种传播进行基因组追踪、针对可能充当蝙蝠与人类桥梁的共生啮齿动物开展实验研究,以及共同设计的社区干预措施。鉴于该地区卓越的生物多样性和快速的社会生态变化,美洲代表着一个热点区域,在此蝙蝠-啮齿动物-人类的病毒相互作用可能会增加溢出风险。识别并监测这一被忽视的界面可以加强早期预警,并为成本效益高的预防措施提供信息。
引言
新兴传染病是全球重大健康挑战,其中很大比例是人畜共患病(zoonoses),即病原体从动物传播给人类。因此,理解驱动病原体从储存宿主向人类传播的生态学和流行病学机制,对于预测和减轻未来疫情暴发至关重要。这对病毒性病原体尤为关键,其高突变率增强了它们跨越宿主屏障并感染广泛宿主物种的能力。在野生动物储存宿主(即病原体能长期维持并在其中生存的种群,且可由此向其他宿主传播)中,蝙蝠因其携带的高度病毒多样性与多种高影响人类传染病的关联而备受关注。蝙蝠已被确定为狂犬病病毒(rabies virus)的关键储存宿主,尤其在拉丁美洲仍是重大公共卫生问题。此外,研究显示美洲新热带区的蝙蝠种群中存在广泛的α冠状病毒(alpha-)和β冠状病毒(betacoronaviruses)循环。蝙蝠还携带高度遗传多样的星状病毒(astroviruses)、副黏病毒(paramyxoviruses)及其他RNA病毒(RNA viruses),引发对其人畜共患潜力的担忧。然而,这些病毒从蝙蝠直接传播给人类并不总是显而易见,表明在某些情况下存在中间宿主或桥接宿主。多个例子突显了中间宿主在人畜共患传播中的作用,例如马作为亨德拉病毒(Hendra virus)的扩增宿主,猪作为尼帕病毒(Nipah virus)的扩增宿主,以及果子狸在SARS-CoV-1出现过程中充当蝙蝠与人之间的关键桥接宿主。同样在美洲,牛已被确定为蝙蝠向人类传播狂犬病的中间宿主。尽管如此,在其他地理区域如美洲(已确定多个新兴疾病热点)的具体传播途径仍知之甚少。在此背景下,啮齿动物是另一类重要的病毒储存宿主,它们也与蝙蝠和人类共享栖息地。在城市和城郊环境中,多种啮齿动物与人类共享栖息地和资源,为病毒传播和潜在跨物种传播创造了机会。在这些相同环境中,蝙蝠常与啮齿动物共存,进一步增加了病毒跨越物种界限溢出的可能性,支持了蝙蝠传啮齿动物和啮齿动物传蝙蝠两种传播途径的合理性。尽管尚未记录到蝙蝠病毒通过啮齿动物中间宿主传播给人类的事件,但美洲大陆是研究此问题的关键区域。该地区是全球哺乳动物多样性的主要热点之一,拥有全球近32%的蝙蝠多样性和约45%的啮齿动物物种。因此,美洲也被认定为新兴传染病的热点区域,这是由其非凡的生物多样性加上强烈的人为压力(特别是森林砍伐、农业扩张和城市化)共同驱动的,这些因素重塑了生态网络并放大了人畜共患溢出风险。这些生态干扰可能促进蝙蝠、啮齿动物、家养动物和人类之间的相互作用,从而增加病毒溢出机会。本综述并非旨在提供美洲蝙蝠和啮齿动物中所有报告病毒的详尽清单,而是聚焦于为生态界面和潜在传播途径提供信息的研究。不同于以往主要关注宿主-病毒清单或单一宿主群体的综述,我们的方法强调了构建蝙蝠、啮齿动物和人类之间相互作用的生态界面。我们提出了一个概念框架,以蝙蝠-啮齿动物-人类传播链为中心,通过不同界面将其视为美洲人畜共患病出现的一条未被充分探索但合理的途径。
综述方法与结果
本次文献检索的目标并非提供美洲蝙蝠和啮齿动物中所有报告病毒的详尽清单,而是识别与理解蝙蝠、啮齿动物和人类之间生态界面和潜在传播途径相关的研究。检索策略使用了关键词组合,如“virus AND bat AND America”、“virus AND rodent AND America”、“bat AND transmission AND humans”、“rodent AND transmission AND human”、“bat AND transmission AND rodent”和“zoonotic AND disease”。在PubMed和Web of Science数据库以及Google Scholar搜索引擎中进行检索,时间范围为2005年1月至2025年12月。符合条件的文章需提供原始数据确认病毒检测、分离或基因组特征,明确识别宿主物种,指定美洲内的地理来源,并报告在蝙蝠和/或啮齿动物中已有确定存在的病毒,且具有已记录或推断的对人类的相关性。排除标准包括仅依赖血清学证据而无病毒存在确认的文章、缺乏明确宿主物种鉴定的研究,以及非基于美洲野外采集标本的综述、评论或实验工作。初步检索产生超过5000篇文章,经筛选后,33项研究符合所有资格标准并被纳入最终综合。
美洲病毒储存宿主的生态学与生物学
蝙蝠作为关键病毒储存库和病原体传播媒介: 蝙蝠是第二多样化的哺乳动物群体,具有独特的生理特征,如长寿命、飞行能力和高代谢适应性,这些被认为能促进持续感染而不引起明显病理,并在种群内维持高度病毒多样性。其生态和行为特征,尤其是飞行能力、广泛的地理分布和长距离季节性迁徙,使其具备非凡的病原体传播潜力。例如,墨西哥游离尾蝠(Tadarida brasiliensis)在冬季迁徙中可飞行超过1000公里,促进病毒的区域间广泛传播。分子流行病学研究已证明狂犬病病毒谱系可跟随美洲食虫和吸血蝙蝠的迁徙运动扩散数百公里。病毒在蝙蝠中的流行率和排毒受生态和生理因素如应激的影响。栖息地干扰和人为土地改造与蝙蝠种群中病毒流行率升高有关。繁殖周期、生理或环境应激、种群聚集、气候变异和种群免疫力均影响蝙蝠病毒感染动态。
啮齿动物作为人畜共患病毒的主要储存库和扩增器: 啮齿动物是多样性最丰富、数量最多的哺乳动物目,被认为是主要的病毒储存库,宿主多种人畜共患病原体,如汉坦病毒(hantaviruses)、沙粒病毒(arenaviruses)和正痘病毒(orthopoxviruses),也参与冠状病毒和星状病毒的循环。大约12%的啮齿动物物种已知是人畜共患病的储存宿主,其中一些被认为是“超级储存库”,例如黑鼠(Rattus rattus)、挪威鼠(Rattus norvegicus)和家鼠(Mus musculus),每种都与超过二十种人畜共患病毒相关。与蝙蝠一样,某些啮齿动物携带的病毒不引起明显疾病,可能反映了长期的共进化和独特的免疫特征。然而,病毒流行率和排毒高度动态,受种群周期、环境压力和资源可用性影响。在美洲,共生啮齿动物在城郊和城市环境中繁盛,它们与人类和家养动物的紧密邻近可能促进其作为病毒跨物种桥接的角色,特别是在经历快速土地利用变化或非正规城市扩张的地区。
在美洲蝙蝠和啮齿动物储存库中循环的人畜共患RNA病毒
星状病毒(Astroviruses): 星状病毒是非包膜的单股正链RNA病毒,分为哺乳动物星状病毒属(Mamastrovirus)和禽星状病毒属(Avastrovirus)。在人类中,它们引起胃肠道疾病。蝙蝠被认为是关键储存库,但在美洲的数据仍然有限。在巴西和美国均有在蝙蝠中检测到星状病毒的报道。啮齿动物也宿主星状病毒,美国在家鼠粪便中检测到,系统发育分析显示其与蝙蝠、人类、水貂和绵羊的病毒聚类。这表明啮齿动物可能在人类改造环境中促进星状病毒的跨物种传播和环境持久性。
冠状病毒(Coronaviruses): 冠状病毒是单股正链包膜RNA病毒,分为α、β、δ和γ四个属。α和β冠状病毒感染包括人类在内的多种哺乳动物。三种β冠状病毒导致了重大人类疫情:SARS-CoV-1、MERS-CoV和SARS-CoV-2。近60%已知的α和β冠状病毒在蝙蝠中被发现,蝙蝠被视为主要自然宿主。自2007年以来,美洲各地广泛检测到蝙蝠冠状病毒。在啮齿动物中,美洲大陆也有冠状病毒存在的良好记录,但频率低于蝙蝠。阿根廷在蝙蝠和啮齿动物中都检测到了α冠状病毒序列。北美实验感染证明鹿鼠(Peromyscus maniculatus)可有效复制SARS-CoV-2。纽约市下水道系统中的挪威鼠显示出SARS-CoV-2暴露的血清学和基因组证据。系统发育证据表明啮齿动物只宿主两个明确的冠状病毒分支,而几乎所有其他哺乳动物冠状病毒都源自蝙蝠,凸显了啮齿动物在冠状病毒多样化中的次要但独特作用。
汉坦病毒(Hantaviruses): 汉坦病毒是包膜的负单链RNA病毒。在美洲,它们引起汉坦病毒肺综合征(Hantavirus Pulmonary Syndrome, HPS),致死率高达30%-60%。辛诺柏病毒(Sin Nombre virus, SNV)首次于1993年在美国四角地区发现,宿主为鹿鼠,是HPS的主要病原体。虽然啮齿动物长期被认为是汉坦病毒的主要储存宿主,但最近的分子和宏基因组证据表明其他哺乳动物,特别是蝙蝠,也可能参与其生态循环。巴西在叶口蝠科(Phyllostomidae)蝙蝠中首次检测到汉坦病毒RNA,随后在其他蝙蝠物种中也得到证实,这拓宽了汉坦病毒的潜在宿主范围并引发了关于蝙蝠在其自然维持中作用的疑问。
狂犬病(Rabies): 狂犬病是由狂犬病病毒(lyssaviruses)引起的致命人畜共患病,主要通过被感染哺乳动物咬伤传播。在美洲,蝙蝠相关的传播是少量但显著的溢出源。常见吸血蝠(Desmodus rotundus)被认为是农村传播循环中狂犬病病毒的主要野生储存宿主,导致多次影响牲畜和人类的疫情。狂犬病病毒已在具有不同食性的蝙蝠中得到记录,食虫蝙蝠占阳性物种数量最多。尽管罕见,狂犬病病毒也在啮齿动物中有报道,主要是体型较大的物种,如土拨鼠(Marmota monax)和北美河狸(Castor canadensis)。跨物种传播是这些物种感染狂犬病病毒的最可能来源。
塑造病毒溢出的生态界面
蝙蝠-啮齿动物界面: 美洲蝙蝠和啮齿动物之间的病毒传播可能通过生物、生态和人为因素的结合发生。人类驱动的土地利用变化迫使两者适应新的栖息地,往往彼此靠近。例如,从天然栖息地迁移的蝙蝠可能在谷仓、阁楼或桥梁等人工建筑中定居,而这些地方也常有共生啮齿动物出没。食物资源是另一个关键接触驱动力。水果作物吸引食果蝙蝠,其丢弃的部分被食用水果可能被唾液或粪便污染,后被啮齿动物食用,为间接病毒交换创造途径。水源也是共享界面。捕食和食腐行为进一步联系了两个群体。更重要的是,排泄物中脱落的病毒颗粒可雾化并被共享同一环境的个体吸入。积累的鸟粪与啮齿动物筑巢共同创造了环境污染热点。
蝙蝠-人类界面: 蝙蝠与人类之间的直接接触可能发生在蝙蝠居住于人类住宅部分时。人类也可能在狩猎、偷猎或食用丛林肉及受污染水果时接触到受污染的蝙蝠体液。吸入受污染气溶胶是另一种传播途径。间接接触通常涉及中间宿主。多种生态和人为因素促进了蝙蝠与人类之间的界面。人口增长、森林砍伐和土地利用改变增加了接触的可能性。在巴西的森林砍伐地点,蝙蝠物种多样性下降而病毒流行率上升。最后,蝙蝠的病毒排泄并非恒定,可能随繁殖周期、土地利用变化、气候周期和种群动态而变化。当病毒排毒高峰与增加人类接触风险的因素相吻合时,溢出风险加剧。
啮齿动物-人类界面: 啮齿动物与人类之间也存在类似的界面类型。森林砍伐、农业扩张和人类定居点减少了啮齿动物可用的栖息地和资源,导致一些物种转向共生行为,利用人类改造环境提供的丰富庇护所和食物资源。这一过程不仅增加了与人的接触机会,也使啮齿动物群落趋向于由少数适应人类环境的广适性分类群主导。总体而言,对人类改造环境耐受性最强的啮齿动物物种往往也携带最多的人畜共患病原体。在农村环境中,吸入雾化的啮齿动物排泄物是主要暴露途径,与严重的病毒性疾病如HPS直接相关。直接接触是另一个重要界面,例如捕捉、处理或猎杀啮齿动物时可通过咬伤或抓伤传播病毒。消费啮齿动物丛林肉也被记录为人类感染的来源。
讨论
基于界面的人畜共患风险理解: 本综述强调了美洲蝙蝠和啮齿动物所宿主的显著病毒多样性及其在人畜共患溢出中作为储存库的潜在作用。这种基于界面的视角使我们能够超越特定宿主的方法,更好地把握塑造跨物种传播的生态条件。尽管蝙蝠和啮齿动物在生活史特征上存在差异,但两者都能在没有明显病理的情况下维持病毒循环。这些对比鲜明却又互补的策略表明,蝙蝠可能是病毒多样性和长距离传播的来源,而啮齿动物则在人类-野生动物界面上充当局部扩增器,尤其是在城郊和城市环境中。这些角色的汇聚为病毒溢出进入人类种群创造了机会,这在很大程度上是由栖息地丧失、破碎化和土地利用变化驱动的,这些变化增加了蝙蝠、啮齿动物、家养动物和人类之间的接触。
一个未被充分探索的界面:蝙蝠-啮齿动物研究的空白: 历史上,蝙蝠-啮齿动物界面受到的关注远少于野生动物-家畜或家畜-人类界面,因为研究和监测主要优先考虑家养动物作为通向人类种群的桥梁。