ku娱乐登录页-为何蝙蝠携带的病毒对人类具有如此高的致命性?

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  来源:BioArt

  近年来,一些严重的病毒感染性疾病——SARS、MERS、Ebola、Marburg以及新近出现的新型冠状病毒肺炎均起源于蝙蝠,这并非是巧合。

  2020年2月3日,美国加州大学伯克利分校的Cara E BrookMike Boots等研究团队在eLife杂志上发表了题为Accelerated viral dynamics in bat cell lines, with implications for zoonotic emergence 的文章。他们发现,一些蝙蝠(包括那些被认为是人类最初感染源的蝙蝠)具有特殊的抵御病毒的免疫系统。蝙蝠会对感染的病毒迅速产生反应,并使病毒脱离细胞。蝙蝠对病毒强大的免疫反应反过来会促使病毒更快地复制,并增强病毒的传染性。这种特性使得蝙蝠成为储存高传播性病毒的宿主库。当病毒传播到缺乏快速抵御能力的哺乳动物(比如人类)体内时,病毒就会对其造成致命的伤害。

  这项研究的第一作者、加州大学伯克利分校的博士后研究员Cara E。 Brook认为:一些蝙蝠能够产生强大的抗病毒反应,并利用抗炎反应与之相平衡。而人类的免疫系统在对抗病毒时会产生广泛的炎症反应,蝙蝠的免疫系统巧妙地避免了这种威胁。

  研究人员指出,如果破坏蝙蝠的栖息地,似乎会给它们带来压力,可能会使蝙蝠在唾液、尿液和粪便中释放出更多的病毒,从而感染其他动物。Brook也指出,如果加剧对蝙蝠的栖息地的威胁,可能会增加人畜患病的发生率。

  加州大学伯克利分校疾病生态学家Mike Boots认为:蝙蝠在储存病毒方面很特殊。因为很多病毒都是来自蝙蝠,这并不是随机的。蝙蝠与人类之间的联系并不密切,所以我们并不希望它们携带许多人类病毒。

  研究人员表示,剧烈的体力活动和高代谢率会导致活性分子(主要是自由基)的积累,会对组织造成严重损伤。蝙蝠是唯一会飞行的哺乳动物。在飞行中,蝙蝠会提高其代谢率,使之达到体型相似的啮齿动物奔跑时的两倍。但是为了能够飞行,蝙蝠似乎已经进化出一种生理机制——可以有效地清除任何产生炎症的有害分子,这或许是蝙蝠长寿的原因。有些蝙蝠可以活40年,而同样体型的啮齿动物可能就活2年。

  这种对炎症的快速抑制可能还有另一个好处:抑制抗病毒免疫反应相关的炎症。

  蝙蝠免疫系统的一个关键防御机制是触发式释放干扰素-a的信号分子,它告诉其他细胞在病毒入侵前“做好战斗准备”。

  蝙蝠的免疫反应系统如何影响携带病毒的进化?蝙蝠携带的病毒的传播为何会对人类具有致命性?

  在该项研究中,Brook和 Boots分别进行了体内实验和体外实验。

  首先,Brook选取了两只蝙蝠和一只猴子(作为对照)的细胞进行了实验。埃及果蝠(Rousettus aegyptiacus) 是Marburg 病毒的天然宿主,它会在转录干扰素-a基因之前直接攻击病毒,该宿主体内含有高浓度的干扰素。与埃及果蝠相比,澳洲黑狐(Pteropus alecto) —Hendra 病毒的宿主的免疫反应速度稍快,它利用转录的干扰素-a RNA对抗病毒感染。而非洲绿猴 (Vero) 细胞系完全不会产生任何干扰素。

  当埃博拉病毒和Marburg 病毒入侵细胞时,这些细胞系的不同反应是令人惊讶的。绿猴细胞很快被病毒击杀死;但由于干扰素的早期预警,部分埃及果蝠细胞成功地将自己与病毒隔离开来。在澳洲黑狐细胞中,免疫反应更为成功,病毒感染的速度大大慢于埃及果蝠细胞系。此外,由于干扰素的释放,这些蝙蝠能够延长感染持续时间。

  Brook等人的研究表明,存活下来的细胞可以繁殖,为病毒提供新的攻击目标,并在蝙蝠的整个生命周期中形成感染潜伏期。

  于此同时,Brook和 Boots建立了一个体外的蝙蝠免疫系统模型,并对他们的实验进行建模。Brook指出,当具有强大的干扰素系统时,就会使细胞免受病毒感染,也会造成病毒在宿主体内持久存在。这会导致病毒具有更高的复制速度,但不会对宿主造成损害。但人类没有这种抗病毒机制。

  综上,该项研究表明,拥有一个强大的干扰素系统将有助于这些病毒在宿主体内存活。在抵抗病毒的过程中,蝙蝠的免疫系统会很快产生干扰素-a,以进行早期预警,直接对病毒进行攻击,这能够显著降低病毒浓度,避免细胞损伤。而蝙蝠产生的干扰素还具有长效的免疫能力,可以长期保护细胞免受感染。不过,这也会促使病毒的快速复制,并使病毒的传染性增强。而人类缺乏这种快速的免疫保护机制和有效抵抗炎症的能力,因此当病毒传播到人类时,会导致高致死率。

  目前,Brook和Boots的研究团队正在设计一个蝙蝠体内疾病进化模型,以便更好地了解病毒对其他动物和人类的感染。Brook认为,为了能够预测病毒感染的出现和传播,了解感染的轨迹是非常重要的。

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