高海女 姚航平 杨仕贵 李兰娟.从SARS到MERS：证据与展望
从SARS到MERS：证据与展望2016-03-05 来源：中华临床感染杂志
SARS MERS
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文章作者：高海女 姚航平 杨仕贵 李兰娟
2003年开始席卷全球的严重急性呼吸综合征（Severe acute respiratory syndrome，SARS）至今仍令人记忆犹新，这场疫情虽然仅历时8个月，却导致全球8000余人感染，700余人死亡，病死率约为10%。导致这一疫情的病毒是一种跨物种感染人类的全新冠状病毒，人感染该病毒后可表现为发热以及呼吸系统症状，至今无特效的抗病毒药物与疫苗。
2012年，沙特阿拉伯出现中东呼吸综合征（Middle East respiratory syndrome，MERS）病例。截至2015年7月24日，该病已波及全球20多个国家，导致1374人感染，至少490例死亡，病死率约为35%。2012至2015年，陆续有新增MERS病例出现。
目前，韩国已成为除沙特阿拉伯之外患病人数最多的国家，并出现四代病例，中国也有了第1例输入性MERS患者。从已有的资料和数据来看，与SARS相比，MERS的临床症状更重，病死率更高，在人群中持续存在，且仍无特效的抗病毒药物与疫苗。
目前，关于MERS的研究在病原学、动物溯源、传播机制和治疗药物等方面已经取得了一定的进展，本文将对这些研究进展进行介绍，并在此基础上对需要进一步研究的问题及研究思路进行总结。
1 病原学概述
中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）属于冠状病毒目（Nidovirales），冠状病毒科（Coronaviridae），冠状病毒属（Coronavirus），是一种具有包膜、基因组为线性非节段单股正链的RNA病毒。病毒粒子呈球形，直径为100〜160nm。MERS-CoV基因组全长约30000bp，是目前发现基因组最大的RNA病毒。
根据对病毒基因组序列的种系发生分析，MERS-CoV与扁颅蝙蝠冠状病毒（HKU4）和伏翼蝙蝠冠状病毒（HKU-5）具有较高的同源性（约80%），同属于β属冠状病毒的C亚群，但低于90%的同源性，提示MERS-CoV与HKU-4和HKU-5冠状病毒属于不同的种（Species）。以往发现的其他人感染冠状病毒中，HCoV-OC43、HCoV-HKU-1和SARS-CoV分别属于β属冠状病毒的A和B亚群，而HCoV-229E和HCoV-NL63属于α属冠状病毒。MERS4oV为目前发现的第六种人感染冠状病毒。
MERS-CoV冠状病毒体含有三种病毒结构蛋白，即刺突糖蛋白（S）、跨膜糖蛋白（M）和包膜蛋白（E）。基因组的组织形式与其他冠状病毒相似，从5'端到3'端依次为：5'-UTR-ORF1a/1b-SOE-M-N-3'UTR-多聚腺苷酸尾巴（图1）。
其中，5'-UTR和3'-UTR序列对病毒基因组的复制和转录起着重要作用；开放阅读框（Open readingframe，ORF）1a/1b的长度约占基因组的2/3，编码一系列病毒复制相关的酶（Replicase），该酶多蛋白体直接从基因组RNA翻译，随后经自身酶解作用形成有功能的复制和转录复合体。
位于ORF1a/1b下游的4个ORF分别编码S、E、M、N四种结构蛋白，其中S蛋白对病毒的吸附和侵袭过程起着关键作用，其他3种结构蛋白则对病毒的组装和释放起着关键作用。除编码冠状病毒共有的5个ORF外，MERS-CoV基因组还含有5个编码辅助蛋白的ORF（3、4a、4b、5、8b）（图1）。
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图1 中东呼吸综合征冠状病毒基因组结构以及与其他类型的冠状病毒的比较示意图
这些辅助蛋白与宿主或其他冠状病毒来源的蛋白没有同源性，目前发现4a和4b蛋白具有抗干扰素（IFN）的作用，但其他辅助蛋白的功能尚不明确。
由于MERS-CoV被发现时间较短，其病原学、生物学和分子生物学特征还有待于进一步研究。
2 动物溯源以及跨种传播机制
尽管有许多证据将MERS-CoV的源头指向骆驼，并且发现骆驼中MERS-CoV抗体阳性率极高，但科学家们到目前为止并不能确定MERS-CoV的确切传播途径。比如，有些患者在发病前并没有与骆驼接触过。此外，如果患者是被骆驼传染的，那么他们是如何感染的？究竟是因为吃了未煮熟的骆驼肉，喝了骆驼奶，还是经其他途径被感染？
目前，研究者尚未从已有的病例中找出关于MERS-CoV传播的明显规律。有研究者对骆驼中分离的病毒与人体中分离的病毒进行了比较，发现骆驼中分离的病毒存在更多的基因变异，而其中部分基因类型并不感染人类，由此可以在一定程度上解释为何人类MERS-CoV的感染率低于骆驼。
此外，在骆驼和人之间是否还存在中间宿主，这也是一个有待确证的问题。在SARS疫情中，病毒由蝙蝠传给了人，而在二者之间，可能存在一些中间宿主对传播起到放大作用，这些宿主可能包括灵猫（果子狸属于灵猫科）和貉。类似的情况可能也存在于MERS的传播过程中。在实验室里，研究者已经发现MERS-CoV病毒可以在蝙蝠之外的其他一些动物的细胞系中复制，这些动物包括骆驼科动物、山羊、猪、兔、马和灵猫。
那么，骆驼中的病毒又是哪里来的呢？首先，从系统发生树来看，MERS-CoV属于β冠状病毒属C谱系，与HKU-4和HKU-5同源性最高；其次，有研究发现HKU-4也能通过识别人体细胞的受体进而感染细胞，只是亲和力比MERS-CoV低；此外，从埃及墓蝠粪便中提取的病毒RNA样本发现，与出现在沙特的MERS-CoV病毒在相同的182个RNA片段中仅存在12个核苷酸的差异，因此可以推断蝙蝠所携带的病毒可能是MERS-CoV的近亲。
基于上述三项证据，科学家们认为MERS-CoV可能来源于蝙蝠，但人们至今未真正在蝙蝠中分离到MERS-CoV。如果MERS-CoV确实来源于蝙蝠，为什么病毒会突然从蝙蝠传到人，其确切的传播模式、地理分布和起源又是什么？这一切还有待科学家们进一步研究确证。
作为病毒进入人体细胞的第一关，人体细胞表面受体的确定至关紧要。科学家们发现，二肽基肽酶4（Dipetidyl peptide 4，DPP4）可以与MERS-CoV的刺突蛋白S1蛋白结构域特异性地结合，且DPP4在MERS-CoV非敏感细胞内重组表达能将该细胞变成MERS-CoV敏感细胞，DPP4的抗体则能阻断病毒的感染，由此确定DPP4是MERS-CoV的功能性受体。
MERS-CoV功能性受体的发现不仅在人类新冠状病毒溯源和跨种进化研究中发挥作用，也为病毒流行特征分析以及抗病毒药物和疫苗研究提供了重要基础。
DPP4存在于人体的多种细胞中，包括肺上皮细胞以及肾脏细胞，并且在哺乳动物中相对保守，可以解释该疾病为何可以导致多系统的损伤，以及可能有多种动物宿主。
MERS-CoV进入机体以后，病毒表达的辅助蛋白4a—一种双链RNA结合蛋白，参与了多种细胞抗病毒信号传导通道，构成了感染与免疫系统之间互相拮抗的复杂网络。近年研究发现，病毒拮抗细胞天然免疫中RIG4、MDA-5等上游的感染感受信号，同时又影响Ⅰ型、Ⅱ型主要组织相容性基因，进而影响淋巴细胞活化所需的主要细胞因子的表达水平。病毒同抗病毒的细胞限制因素和信号传导的拮抗机制是病毒跨种传播和宿主限制性的另一重要部分，也是抗病毒药物的潜在靶点。
因此，根据病毒与宿主细胞相互作用的过程，MERS-CoV跨种传播可归纳为两个要素：（1）病毒对细胞受体的特异性识别。病毒必须对人体细胞，特别是呼吸道上皮细胞表面的受体有一定的吸附能力。（2）病毒拮抗宿主的限制和免疫应答。病毒进入细胞后必须克服细胞天然免疫的限制，这是病毒能否进行增殖的关键。只有满足这两个条件，冠状病毒才有可能跨物种感染人类并传播。
3 临床表现
目前的资料显示，MERS以老年、男性患者居多，发病中位年龄为56岁，男女比例为3.3:1。2014年的一项研究纳入了沙特阿拉伯70例MERS患者，研究发现年龄>65岁是增加死亡风险的危险因素（OR=4.39，95%CI 2.13~9.05，P<0.001）。
男性患者居多可能跟中东地区的文化有关，如男性与骆驼等传染源接触的机会更多，而女性大多头戴面纱，减少了飞沫传播的机会。研究发现，大部分MERS患者存在一种或多种基础疾病。一项纳入47例MERS患者的研究发现，其中45例患者有基础疾病，最常见的为糖尿病，其次为慢性肾病。
从目前的研究来看，MERS的临床症状、实验室及影像学检查结果与其他严重呼吸道病毒感染比较并无特异性，且存在无症状隐性感染者。常见的临床表现包括发热、寒战、咳嗷、呼吸困难，消化道表现比如腹痛、腹泻以及急性肾功能衰竭。
但是对多项研究进行系统性分析可以发现，部分患者早期可以不发热、不咳嗷，表现为行走肺炎（Walkingpneumonia），然后快速进展，大约1/4~1/3的患者有消化道症状，近一半的患者会出现急性肾功能衰竭。
急性肾功能衰竭一般出现在疾病的第11天，绝大部分患者需要肾脏替代治疗。而在SARS患者中，仅约6.7%的患者发生急性肾功能衰竭，其中绝大部分是因为低氧血症所致，一般发生在病程的第20天，仅约5%的患者需要肾脏替代治疗。
MERS患者发生急性肾功能衰竭较多见的原因可能有两个：（1）MERS中有肾脏基础疾病的患者较多，呼吸衰竭以后导致肾脏疾病加重；（2）病毒直接侵犯肾脏：肾脏细胞存在DPP4受体，且在尿中可以检测到MERS-CoV。
尽管目前对MERS-CoV的排毒规律仍不清楚，但是临床观察到MERS的医院感染可以发生在患者起病的第一周，而SARS往往在第二周，因为呼吸道中的SARS-CoV病毒载量在第10天的时候达到高峰。
4 抗病毒药物的研究
从发现MERS-CoV起，科学家们便开始了针对MERS-CoV的抗病毒药物研究。目前，抗病毒药物的经典研发途径主要有三条：首先，检测那些具有广谱抗病毒效果的药物对新病毒的活性，尤其是在SARS-CoV治疗中有效的药物。使用这种办法，科学家们对包括IFN、利巴韦林以及亲环蛋白抑制剂在内的多种抗病毒药物抑制MERS-CoV的活性进行了研究。
结果显示，I型IFN在不同的细胞系中均显示了抗MERS-CoV活性，其中聚乙二醇干扰素（PegIFN）α对MERS-CoV的抗病毒活性比SARS-CoV强50~100倍。
IFNα-2b联合利巴韦林在SARS-CoV流行期间曾广泛使用，其在细胞试验中亦显示出对MERS-CoV的协同抗病毒效果。以恒河猴为研究对象的试验显示，IFNα-2b联合利巴韦林可减少病毒复制，降低宿主的炎症反应，改善预后。
在一项小型队列研究中，研究者将2012年10月至2014年5月沙特阿拉伯利雅得苏丹王子军区医院中的经实验室确诊的MERS-CoV感染合并肺炎需呼吸机辅助呼吸的40例患者分为治疗组和对照组（各20例），其中治疗组釆用口服利巴韦林（剂量根据肌酐清除率确定，治疗8~10d）及皮下注射PegIFNα-2a（180周，连续2周）治疗。
结果显示，14d后治疗组与对照组的存活率分别为70%（14/20）和29%（7/24），差异有统计学意义（P=0.04）；28d后，治疗组与对照组的存活率分别为30%（6/20）和17%（4/24），差异无统计学意义（P=0.54）。
除了治疗组血红蛋白下降明显超过对照组外（4.32g/Lvs.2.14g/L），两组治疗期间的不良反应相似。该研究结果提示，PegIFNα-2a联合利巴韦林治疗可以提高MERS患者14d的存活率，但其对患者28d存活率的影响似乎并不显著，需要扩大样本量做进一步验证。
此外，亲环霉素抑制剂如环孢菌素，对包括SARS-CoV在内的多种冠状病毒均有抗病毒效果，但由于其在人体内的最高血药浓度低于其对MERS-CoV的50%有效浓度（EC50），使得这类药物在MERS-CoV感染患者临床治疗中的应用受到限制。
第二种开发新的抗病毒药物的方法是筛选大型化合物库，这种方法的优点是化合物库中包含的药物有已知的药代动力学信息和完备的安全性报告。第一个用这种方法筛选出来的药物是霉酚酸，这是一种抗排异药物，但是具有广谱抗病毒活性。
该药物对MERS-CoV的EC50值非常低，这意味着临床上用很小的剂量就可以有效抑制MERS-CoV复制，而不会对免疫系统有明显的抑制作用，值得在动物试验中进一步测试。
此外，用这种方法筛选出来的药物还有洛匹那韦和氯喹。目前，这些药物对MERS-CoV的抑制作用仅停留在体外实验阶段。
第三种开发新的抗病毒药物的方法是基于对MERS-CoV基因组和结构生物学的认识上研发新的药物。与前两种方法相比，这种方法所研发的是真正意义上针对MERS-CoV的新药，可以最为有效地治疗MERS-CoV感染，但这种方法需要投入大量资金，同时研究所需的时间也较长。
目前，针对MERS-CoVS蛋白结构域（RBP）研发的单克隆抗体是最热门的，这些单克隆抗体与RBD的亲和力比PPP4与RBP的亲和力高10~450倍。目前比较有前景的是HR2P多肽以及M336单克隆抗体，两种药物均已完成动物试验。
5 总结与展望
目前，在MERS-CoV的研究中仍然存在许多问题需要解决。由于针对MERS-CoV感染的特异性药物从研发到应用还需要较长时间，为最大限度地减少MERS-CoV感染给人类带来的危害，目前仍应在流行病学以及病毒溯源方面加大研究力度，以达到控制流行的目的。
未来的研究方向以及防控要点包括：（1）动物溯源仍需继续，并且需要明确从动物到人的传播模式，才能釆取相应的措施切断传播途径；（2）对动物以及人仍需进行回顾性的血清学调查，了解疾病影响的范围，掌握隐性感染的人数，确定他们感染的可能来源；（3）密切监测病毒基因组的变化，明确病毒是否进化，毒力以及传播性是否改变；（4）在人群中开展已有抗病毒药物的随机对照研究，进一步验证效果。
中华临床感染病杂志 2015年8月第8卷第4期 谢谢分享！
目前，在MERS-CoV的研究中仍然存在许多问题需要解决。由于针对MERS-CoV感染的特异性药物从研发到应用还需要较长时间，为最大限度地减少MERS-CoV感染给人类带来的危害，目前仍应在流行病学以及病毒溯源方面加大研究力度，以达到控制流行的目的。
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