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毒王?伯克利最新研究:蝙蝠天生能够“培育”更毒的病毒,栖息地破坏导致向人类传播

作者: 学术君

时间: 2020-02-20 15:04

近年来导致最严重传染性疾病的 SARS 病毒、MERS 病毒、埃博拉病毒、马尔堡病毒,都起源于蝙蝠,2019 年底爆发的新型冠状病毒,也被指向源自蝙蝠。

蝙蝠与诸多致命性病毒之间,绝非巧合。本次冠状病毒的爆发,也引发了人们的思考:蝙蝠来源的病毒,为何如此致命?

近日,加州大学伯克利分校的科学家们发表在 eLife 杂志上的一项新研究,给出了惊人答案。

研究人员发现,蝙蝠对多种致命病毒的强烈免疫反应,可能会促使病毒更快地复制,并将病毒“培育”出更毒的毒力,因此,当它们传播到免疫系统一般(没有蝙蝠那么强大)的哺乳动物 (比如人类) 身上时,病毒便会造成致命的破坏。

这也就是说,蝙蝠强大的免疫系统,间接帮助了病毒向更高毒力进化,使它们一旦在人类中传播将更具致命性。

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在知名社区网站Reddit上,关于这篇最新研究的点赞数已达到6.5K。

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疾病生态学家、加州大学伯克利分校综合生物学教授迈克·博茨 (Mike Boots) 表示:「最重要的是,在病毒宿主方面,蝙蝠可能是特殊的,很多病毒来自蝙蝠,这不是偶然事件。蝙蝠与我们之间的联系并不紧密,所以我们不希望它们会携带许多人类病毒,但是这项研究证明了蝙蝠的免疫系统是如何驱动毒性来克服这个问题的。」

自然界 BUG 一般的存在

由于蝙蝠是唯一会飞的哺乳动物,它们在飞行中会把新陈代谢率提高到两倍于同样大小的啮齿动物。

通常,由于活性分子 (主要是自由基) 的积累,剧烈的体力活动和高代谢率会导致较高的组织损伤。但为了能够飞行,蝙蝠已经进化出一套生理机制来有效地清除这些破坏性分子。

这样做的一个好处,便是可以有效地清除任何原因的炎症所产生的破坏性分子的副作用,这或许也可以解释蝙蝠独特的长寿命。

一般来说,与具有较慢心率和较慢新陈代谢的大型动物相比,具有较快心率和较快新陈代谢的小型动物通常寿命较短,但蝙蝠的独特之处在于,它们的寿命比同体型的其他哺乳动物更长:有些蝙蝠可以活 40 年,而同样体型的啮齿动物则只可以活 2 年。

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这种对炎症的快速抑制可能还有另一个好处,即抑制抗病毒免疫反应相关的炎症。许多蝙蝠免疫系统的一个关键技巧,是触发一种称为干扰素-α的信号分子,能够在病毒入侵前通知其它细胞做好战斗准备。

一些蝙蝠,包括那些被认为是人类致命疾病感染源的蝙蝠,已经被证明其拥有永久免疫的免疫系统,可以对病毒进行防御。

这些蝙蝠体内发生病毒感染时,会引起迅速的反应,将病毒隔离在细胞外。这在保护蝙蝠免于高病毒量感染的同时,也会促使这些病毒在宿主蝙蝠体内更快地繁殖。

这也使得蝙蝠成为自然界中快速繁殖和高度传播性病毒的独特宿主,包括最恐怖的如狂犬病毒、SARS 病毒 (非典) 、MERS、埃博拉病毒和马尔堡病毒等超过 4100 种恐怖的 RNA 病毒。

蝙蝠自身携带如此多致命性病毒,但自己却从不生病,可谓是名副其实的「毒王」。

不仅免疫,蝙蝠还让病毒更毒

为了研究蝙蝠的快速免疫反应是如何影响它们携带的病毒的进化,加州大学伯克利分校博士后卡拉·布鲁克 (Cara Brook) 通过两种蝙蝠和猴子细胞进行了实验。其中,埃及果蝠是马尔堡病毒的天然宿主,另一种澳大利亚黑狐蝠,是亨德拉病毒的宿主。

当受到模仿埃博拉病毒和马尔堡病毒的攻击时,研究人员发现这些细胞系的不同反应是惊人的。

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如图所示,当绿猴 (Vero) 细胞被病毒入侵时,由于没有干扰素反应,它们很快死亡,细胞 (绿色) 被快速暴露、感染和杀死 (紫色)

尽管绿猴细胞系很快被病毒击垮并杀死,但得益于自身干扰素的早期预警机制,部分蝙蝠细胞成功地使自己摆脱了病毒感染。在澳大利亚黑狐蝠细胞中,免疫反应更为成功。

「想想细胞单层上的病毒,就像森林里燃烧的火焰。」布鲁克说,有些细胞有应急毛毯,大火略过却没有伤害它们,但最后,系统中仍然有一些病毒细胞。存活下来的细胞继续繁殖,为病毒提供新的攻击目标,所以病毒在蝙蝠的整个生命中形成了周期潜伏性的感染。

布鲁克及其团队还创建了一个简单的蝙蝠免疫系统模型,在电脑上模拟了他们的实验。

研究人员表示,结果表明拥有一个真正强大的干扰素系统,将有助于这些病毒在宿主体内存活。「当你有一个更高的免疫反应时,你就能使一些细胞免受感染,病毒实际上可以提高它的复制速度却不会对宿主造成伤害。但当病毒扩散到人类身上时,我们就没有这种抗病毒机制了。

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在上图的病毒感染模型中,当澳大利亚黑狐蝠细胞受到病毒入侵时,一些细胞会迅速将自己隔离起来,不受感染,因为一部分已经感染死亡的细胞会快速释放干扰素,对未被感染的细胞发出预先警告。

布鲁克及其团队目前正在设计一个更正式的蝙蝠疾病进化模型,以便更好地了解病毒对其他动物和人类的扩散。布鲁克说:「为了能够预测感染的出现、传播和传播,了解感染的发展轨迹是非常重要的。」

把病毒传给人类,是蝙蝠的错吗?

虽然蝙蝠可以耐受诸多致命性病毒,但当这些蝙蝠来源的病毒进入缺乏快速反应免疫系统的动物体内时,病毒便会迅速击垮新宿主,导致高致死率。

布鲁克说:「有些蝙蝠能够产生这种强大的抗病毒反应,而且还能与抗炎反应相平衡。如果人类机体也采取同样的抗病毒策略,那么我们的免疫系统将会产生严重的炎症,但蝙蝠似乎特别适合于避免免疫病理学的威胁。」

研究人员指出,破坏蝙蝠的栖息地似乎会给动物造成压力,并使它们的唾液、尿液和粪便中释放出更多的病毒,从而可能感染其他动物。

许多蝙蝠来源的病毒,正是通过其它动物媒介传染给人类。比如,SARS 通过果子狸传染给人类,MERS 通过骆驼传播,埃博拉病毒通过大猩猩和黑猩猩传播,尼帕(Nipah)病毒通过猪,亨德拉病毒通过马,马尔堡病毒通过非洲绿猴等传染给人类。

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埃及果蝠 (Rousettus aegyptiacus) 是马尔堡病毒 (Marburg virus) 的宿主,这种病毒可以感染猴子,并传播给人类,引发致命的出血热

虽然蝙蝠是适应性最强的哺乳动物之一,但在现代人类经济活动的影响下,自然环境发生重大变化,使原有的生态平衡遭到破坏。许多环境已不适于蝙蝠的生存,特别是山洞的旅游开发,使它们的分布范围和数量已大大减少。用于消灭昆虫的毒剂和木材保护药剂等把它们在冬眠的时候药死,许多错误的观念也使人类大批地捕杀它们。一些种类栖居的空心树木被伐掉了,废墟被拆除或者被重修得严丝无缝,使其无法生存。

据《每日邮报》报道,前段时间的澳洲大火使得大约有 65 万只蝙蝠涌入了澳大利亚多个大城市。而且据报道,在澳大利亚,已经至少有三例人感染了蝙蝠所携带的致命病毒。

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实际上,人类与蝙蝠的交集并不多,蝙蝠像大多数野生动物一样,也在避免与人类接触。但病毒更可能先从蝙蝠传到野生动物上,而很多人乱吃野味,往往一不小心就酿成悲剧。

布鲁克说:「对蝙蝠的环境威胁加剧,可能会增加人畜共患病的威胁。」她正在美国国防部高级研究计划局(DARPA)资助的蝙蝠监测项目中工作,该项目目前正在马达加斯加、孟加拉国、加纳和澳大利亚开展。这项名为「蝙蝠一号健康」的项目探索了蝙蝠栖息地的丧失与蝙蝠病毒向其他动物和人类扩散之间的联系。

消灭蝙蝠?还是保护蝙蝠?

首先,不要抱有任何幻想,去随意消灭一个成功进化出来的物种,一是不能这样做,二是对于人类来说几乎做不到。

在当今时代,保护生态系统已经是全人类的共识。蝙蝠作为世界上分布最广、种群数量最多、进化最成功的哺乳动物类群之一,一直以来在维持地球生态系统稳定性方面发挥着不可忽视的作用。

比如,作为唯一真正具有飞行能力的哺乳动物,蝙蝠帮助森林中植物传播种子的能力比其他哺乳动物更为突出,有研究发现,蝙蝠是热带被毁弃的森林的主要再造者,在有些情况下使热带森林开始再生所需的第一批「先锋植物」的种子 95%以上都是蝙蝠传播的。蝙蝠不仅是种子的传播者,还是花粉的传授者,是许多农、林及卫生害虫的天敌。

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而且,作为自然界 BUG 一般的存在,蝙蝠这一物种对于人类来说,具有巨大的科研价值。对蝙蝠的科学研究,不仅催生了众所周知的雷达技术,现在也已经极大推动了医疗技术的进步和相关药物的开发。

所以,为了保护整个生态稳定,也为了我们自己,人类不应该、也没有权力去消灭蝙蝠这一物种。

事实上,人类与蝙蝠之间最好的相处方式,便是互不打扰。解决蝙蝠病毒感染问题的关键也不是使蝙蝠灭绝,而是要保护野生动物的自然栖息地,合理利用资源,减少人类栖息地对动物栖息地的破坏。

比如,为了保护蝙蝠,也为了保护我们自己,不要去招惹他们,不要吃野味,更不要直接吃蝙蝠!

参考:

https://news.berkeley.edu/2020/02/10/coronavirus-outbreak-raises-question-why-are-bat-viruses-so-deadly/

https://elifesciences.org/articles/48401

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