新型冠狀病毒(2019-nCoV)相關研究進展

周 娟，李 丹，龍云鑄

(株洲市中心醫院感染內科，湖南 株洲 412007)

2020年1月，我國科學家鑒定出一種新型冠狀病毒，即2019新型冠狀病毒(2019-nCoV)，由此揭示了這種引起國內外廣泛關注的傳染性病毒性肺炎的元兇[1]。隨后，世界衛生組織(WHO)將這種新型冠狀病毒正式命名為SARS-CoV-2，由其引發的疾病稱為2019冠狀病毒病(corona virus disease 2019，COVID-19)。同時，另外兩種冠狀病毒SARS-CoV(2003年)、MERS-CoV(2012年)再次進入公眾視野，SARS-CoV-2與二者之間在生物學、流行病學及臨床診治上的差異也成為關注的熱點。冠狀病毒屬病毒是遺傳物質最大的正鏈單股RNA病毒，因包膜棘突類似日冕而稱為冠狀病毒[2]，在系統分類上冠狀病毒屬套式病毒目(Nidovirales)-冠狀病毒科(Coronaviridae)-冠狀病毒屬(Coronavirus)。基因功能研究發現，冠狀病毒5’段約2/3基因用于編碼非結構性蛋白，這些非結構蛋白形成多聚體，行使復制酶和翻譯功能；剩余1/3基因編碼四種冠狀病毒結構蛋白，包括S蛋白(spike protein)、M蛋白(membrane protein)、 E蛋白(envelope protein)和N蛋白(nucleocapsid protein)。非結構蛋白在不同冠狀病毒中較為保守，而結構蛋白在與各種宿主的作用中發生多樣性變異[3]。在冠狀病毒的結構蛋白中，N蛋白與病毒基因組折疊相關，M蛋白和E蛋白功能主要涉及病毒組裝，S蛋白的作用主要是識別宿主細胞受體，打開病毒進入細胞的門戶。依據目前遺傳進化研究，冠狀病毒屬分為α、β、γ和δ亞家族，γ、δ屬宿主主要為鳥類和魚類，而α、β屬主要感染哺乳類動物[4]。SARS-CoV-2、SARS-CoV和MERS-CoV三種冠狀病毒均為β屬[2]。最新研究[5]顯示，SARS-CoV-2在基因序列上的同源性更接近SARS-CoV，熟悉SARS-CoV致病機制及相關研究進展，能為SARS-CoV-2感染的臨床診治研究和疫情防控提供值得借鑒的經驗。

1 SARS-CoV-2與SARS-CoV比較

自2003年首次鑒定出引起全球衛生警戒的冠狀病毒SARS-CoV以來，人類便拉開了與人高致病性冠狀病毒抗爭的序幕。此后，研究[6]發現，多種與SARS-CoV相似的冠狀病毒天然宿主均為蝙蝠。但依然未發現SARS-CoV的直系先祖，推測SARS-CoV可能經歷了基因重組進化而來。SARS-CoV基因發生基因重組的高變區是編碼S蛋白的序列，該蛋白正是與人體細胞受體相互作用的核心分子[7]。SARS-CoV-2基因序列與SARS-CoV同源性接近80%，二者主要的差異在于開放閱讀框ORF1a和編碼S蛋白的基因序列[5]。冠狀病毒ORF1a編碼蛋白與病毒自身復制相關，這些非結構蛋白的功能目前尚未完全明確[8]。冠狀病毒S蛋白根據所在位置，分為長的胞外作用域、單鏈跨膜錨定域和短的胞內短尾結構，而胞外域依據功能又分為受體結合亞基S1和膜融合亞基S2[9]。盡管基因序列上有差異，但結構學分析顯示，SARS-CoV-2 S1亞基的RBD區域(與人類細胞受體結合域)與SARS-CoV幾乎一樣，由此推測SARS-CoV-2 可能與SARS-CoV同樣通過S蛋白-呼吸道上皮細胞ARE2相互作用進入細胞。其中，RBD區域479和487位點決定了SARS-CoV的組織親和力和感染進程，動物試驗證實這兩個位點的改變會導致更快速的畜-人或人-人傳播過程[10]。此次SARS-CoV-2與SARS-CoV 在S蛋白RBD區域的不同分別位于442、472、479、487和491位點，涵蓋了479和487兩個位點。最新結構學研究[11]表明，SARS-CoV-2 S蛋白與ACE2受體的親和力明顯高于SARS-CoV S蛋白，SARS-CoV-2組織親和力以及人際傳染性可能遠強于SARS-CoV。

1.1 流行情況對比 2019年12月底，湖北省武漢市首次通報發現不明原因肺炎27例，均診斷為病毒性肺炎(病原體不明)。在2020年1月9日中國專家組初步鑒定此次病毒性肺炎病例的病原體為一種新型冠狀病毒。截至1月11日，武漢市通報累計報告新型冠狀病毒感染病例41例，國內其他地方暫未報告病例；依據國家衛生健康委員會公布數據，截至2020年2月20日全國共累計報告確診病例75 465例，死亡2 236例(約2.9%)，其中湖北地區確診62 662例，死亡2 144例(約3.4%)。同時，日本、泰國、韓國、美國等國家均發現SARS-CoV-2感染病例，發病特點大多以有疫源地旅居史的患者為中心，呈現聚集性發病。

回顧SARS-CoV流行概況，自2002年11月16 日廣東省佛山市發現首例病因不明肺炎后，至2003年2月10日，共發現該類患者305例，死亡5例，在感染患者中部分為一線醫務工作者[12]。隨后，在中國香港、越南、加拿大等地均發現了類似患者。2月28日WHO將在全球眾多國家和地區出現類似的傳染性非典型肺炎稱為嚴重急性呼吸綜合征(severe acute respiratory syndrome，SARS)，并于3 月12 日向全世界發布警報。此后WHO組建了全球實驗室網絡，3月22日中國香港首次鑒定出導致疾病暴發流行的禍首-冠狀病毒[13]。截至2003年8月7日WHO報告疫情涉及32個國家和地區，全球病例合計8 422例，死亡916例(約11.1%)，其中亞洲為主要疫區，包括中國和新加坡等，中國大陸報告病例為5 327例，死亡349例(6.6%)[14]。截至2003年9月29日，我國(包含港澳臺地區)報告累計病例達7 429例，死亡685例(9.2%)[12]。相較于SARS-CoV，在不到2個月時間SARS-CoV-2感染病例達7萬余例，并在多個省、市相繼出現，提示SARS-CoV-2有著更強的傳染性。SARS-CoV、SARS-CoV-2和MERS-CoV對人類具有高致病性，三種病毒的流行病學資料比較見表1。

表1 三種人致病性冠狀病毒流行病學資料比較

注：a 包含港澳臺地區；b 數據來源于國家衛生健康委員會官網數據,截至2020年2月20日；c 依據文獻[15] 報道。

1.2 發病機制與臨床表現 一般人群對SARS-CoV普遍易感，但低齡兒童感染率相對較低，是否與兒童體內淋巴細胞比例相對較高有關，有待進一步研究。SARS-CoV感染患者和病原攜帶者(已感染病原體但尚未發病者)為此類疾病的主要傳染源[14]，其感染患者的臨床特點：發熱(100%)、乏力不適(70%)、干咳(約70%)、呼吸困難(50%)，實驗室檢查白細胞和淋巴細胞計數稍低[16]。SARS-CoV-2感染患者的主要臨床特點包括發熱(約90%)、流涕、干咳(80%)、呼吸急促(15%)、呼吸窘迫(20%)，大多數患者血液檢查白細胞和淋巴細胞計數正常[1]。由此可知，在臨床表現上SARS-CoV-2、SARS-CoV感染癥狀較為相似，僅從臨床表型區分鑒別診斷SARS-CoV-2感染相當困難。呼吸功能不全和呼吸衰竭是SARS-CoV-2、SARS-CoV感染者病情加重和死亡的主要原因。諸多的共同點說明SARS-CoV-2感染與SARS-CoV感染在發病機制方面也可能存在相似之處。

體外細胞模型和體內研究[10]均證實，ACE2是SARS-CoV感染人體細胞的功能性受體，SARS-CoV S蛋白通過與呼吸道上皮細胞ACE2蛋白結合，致使病毒雙層磷脂與人體細胞膜發生融合，介導病毒進入胞內。對人體組織中ACE2表達情況分析發現，除了動、靜脈上皮細胞和動脈平滑肌細胞以外，ACE2在肺泡上皮細胞和小腸上皮細胞分布廣泛，這些都可能成為SARS-CoV進入人體組織的通路[17]。對4例因SARS-CoV死亡患者組織學進行分析，發現僅在表達ACE2的肺部和其他組織中檢測到SARS-CoV S蛋白及病毒RNA。同樣，在這些細胞中也高表達促炎性細胞因子，如MCP-1、TGF-β、TNF-α、IL-1β、IL-6等，未感染細胞則無此現象[18]。動物試驗證實，小鼠體內注入SARS-CoV S蛋白會導致急性呼吸衰竭更加惡化，而阻斷ACE2相關腎素-血管緊張素通路可明顯緩解這種現象，提示ACE2在疾病發生中起關鍵作用[9]。另外，SARS-CoV感染細胞后能抑制細胞表面ACE2分子表達[19]，而在細菌感染性肺炎模型中肺部ACE2表達水平能決定肺部炎癥的嚴重程度，活化的ACE2減少引起促炎性細胞因子CXCL5(C-X-C motif chemokine 5)、 MIP2(macrophage inflammatory protein-2)、 KC (C-X-C motif chemokine 1)、TNF-α等釋放，導致大量的中性粒細胞浸潤以及過度的炎性反應[20-21]。病理學檢測[22]顯示，死亡患者肺泡內明顯炎性細胞滲出，肺泡上皮細胞大量脫落與增生，其中均可見病毒顆粒。此外，SARS-CoV致病機制可能與機體固有免疫系統活化緊密相關[23]。對COVID-19死亡患者病理學研究發現，患者主要為肺部損傷，表現為肺泡脫屑和透明膜形成，這些病理改變與SARS極為相似[24]。已有的研究結論有助于了解COVID-19的發病機制，目前，引起疾病發生、發展的病理和生理過程也還在繼續研究中。

2 診療進展

徐小元等[16]研究顯示，SARS-CoV感染潛伏期中位日數為6(1～20)d，初期患者100%出現發熱，并有肌肉痛，全身不適等常見病毒感染癥狀；起病后1～2周達極期，患者體溫繼續升高，呼吸道癥狀如干咳、胸悶、氣短等陸續出現，肺部胸片可見炎性滲出，發展迅速。患者死亡的高危因素包括：年齡大，糖尿病、心臟病等基礎疾病者。除此之外，患者血液淋巴細胞越低者，普遍預后較差。王鳴等[25]對廣州地區SARS患者回顧性調查顯示，病毒感染發病潛伏期、臨床癥狀等與北京地區基本一致，死亡患者40歲以上者占比約80%，其中原有基礎疾病者約39%。目前，關于SARS-CoV-2流行病學研究[26]顯示，COVID-19潛伏期中位日數為3(0～24)d，人群普遍易感，患者的中位年齡為47歲，男性占比50.1%，絕大部分患者有流行病學史，這些特點與SARS類似，均因密切接觸發病；最常見的臨床癥狀為發熱(87.9%)和咳嗽(67.7%)，部分患者出現如腹瀉、乏力、氣促等癥狀。在SARS-CoV-2感染患者中，同樣發現淋巴細胞數目減少與病情嚴重程度和預后密切相關，提示淋巴細胞檢測在病情評估中有重要的應用價值[24]。

除了依據患者流行病學史、臨床癥狀和肺部影像學檢查外，實驗室檢查確定病原體是明確COVID-19診斷的主要手段。基于三代基因測序技術的應用，武漢不明原因肺炎在發生10余天即明確致病病原體，并向國內外公開測序數據，為實現疾病快速、精準診斷提供了基礎。利用免疫學技術檢測特異性抗體，需要一段時間開發、制備相關抗體；而利用RT-PCR技術直接檢測病原體基因則更為快速、便捷，對于早期診斷意義重大[27]。基于PCR技術的檢測方法存在一定的漏檢率，目前迫切需要開發新的診斷方法，以協助提高病原體檢測的敏感性和特異性。

目前研究仍未闡明COVID-19發病機制，尚無明確的藥物應用，臨床治療多以對癥、支持為主。既往SARS治療中，除支持治療和輔助通氣外，抗病毒藥物、糖皮質激素和中成藥的應用也引起了許多學者的關注。使用過的抗病毒藥物包括抗艾滋病病毒藥洛匹那韋/利托那韋(亦稱克力芝)、IFN-α和IFN-β。研究[28-29]認為，上述三種藥物在臨床治療中均可顯著改善SARS-CoV、MERS-CoV感染患者的預后，但確切的療效仍需要進一步的臨床數據研究。此外，研究[30]發現，一種新型核苷類似物抗病毒藥Remdesivir(RDV，GS-5734)能有效抑制蝙蝠來源的冠狀病毒復制，包括SARS-CoV與MERS-CoV，在冠狀病毒肺炎動物模型中能降低病毒載量，并改善患者呼吸功能不全等癥狀。目前，上述藥物治療SARS-CoV-2感染病例的效果還有待進一步研究。除抗病毒藥物以外，李興旺等[31]研究了SARS重癥患者應用糖皮質激素的療效，發現糖皮質激素能明顯減輕患者肺部感染中毒癥狀。值得注意的是，應用糖皮質激素，患者會出現血糖升高和白蛋白下降，并且大劑量應用糖皮質激素明顯增加二重感染的發生[32]。SARS患者應用糖皮質激素治療后，股骨頭壞死的發生率高達53.5%，其中90%為治療后3～6個月內發病，多數患者無明顯臨床癥狀而是通過影像學檢查被發現[33]。其他學者的研究發現了相似的現象，提示SARS-CoV-2感染患者應用糖皮質激素應提高警惕，早期發現、減輕后遺癥[34]。在中成藥治療方面，陸海英等[35]對北京地區37例SARS患者應用復方甘草酸苷治療后發現，該復方制劑能夠緩解患者肺部癥狀，減少糖皮質激素用量以及住院日數，此或許對治療SARS-CoV-2感染者同樣有指導意義。此外，在國家衛生健康委員會發布的《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第六版)》中，明確了中藥方劑在COVID-19治療中的應用策略。

3 總結

截至目前，COVID-19疫情發生已2個月，科學技術的發展雖然為快速診斷病原體提供了技術保障，然而，交通便利也對傳染性疾病的疫情管控帶了前所未有的挑戰。在SARS發病初期，病例主要集中局部暴發，如醫院內，家庭內等，隨著控制手段的加強，疾病后期以散發病例為主。因此，控制傳染源與切斷傳播途徑依然是管控疫情的基本手段。針對這些特點，國家采取對應的聯防聯控措施，有效的遏制了病毒擴散[36]。作為新發傳染病，SARS-CoV-2疫情暴發與流行給全球公共衛生健康都帶來了重大的威脅，從SRAS的發生到MERS，再到今日COVID-19，冠狀病毒似乎并未與人類漸行漸遠，反而對人類的影響更加顯著[2]。隨著人類對自然界的開發日益深入，與冠狀病毒的抗爭任重道遠。目前，對這種RNA病毒的認識仍然有限，還有諸多的問題迫切需要解決，如病毒的進化起源、致病機制、病毒檢測、藥物和疫苗研發等[37]，均有待深入研究。