蝙蝠强大的免疫系统促进病毒进化：超声波是抑制病毒武器

                                       杨学祥，杨冬红（吉林大学）

关键提示

2020年2月3日，美国加州大学伯克利分校Cara E Brook课题组在《eLife》上发表了一项新研究，题为：“Accelerated viral dynamics in bat cell lines, with implications for zoonotic emergence”。

他们发现，蝙蝠对病毒的强烈免疫反应可能会促使病毒更快地复制，因此当传播到免疫系统正常的哺乳动物（比如人类）身上时，病毒就会造成致命的破坏。

一些蝙蝠——包括那些被认为是人类感染源的蝙蝠，它们的免疫系统永远准备着防御病毒，并迅速反应将病毒隔离在细胞外。

虽然这可能会保护蝙蝠不受高病毒载量的感染，但它会促使这些病毒在宿主体内更快地繁殖。

研究人员表示，通常，剧烈的体力活动和高代谢率会导致较高的组织损伤，这是由于活性分子（主要是自由基）的积累。

但为了能够飞行，蝙蝠似乎已经进化出一种生理机制有效地清除这些有害分子。

这样做的另一个好处是可以有效地清除炎症产生的有害分子，这或许是蝙蝠长寿的原因。有些蝙蝠可以活40年，而同样大小的啮齿动物可以活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。

许多蝙蝠免疫系统的一个关键技巧是一触即发地释放一种叫做干扰素的信号分子（干扰素α），它告诉其他细胞在病毒入侵前“做好战斗准备”。

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动物寿命往往与体型大小密切相关。大型动物的寿命通常比小型动物要长，如非洲象的寿命可达70年，普通家鼠通常只能活1～3年。然而，有些蝙蝠可以活40年之久，不仅比大小相似的哺乳动物寿命长得多，而且也比其他蝙蝠至少长4倍。这些长寿蝙蝠有菊头蝠、长耳蝠、常见的吸血蝙蝠以及一种鼠耳蝠。

      研究人员对已知与寿命相关的特征进行了分析，包括体型大小、是否有在岩洞中生活的习惯、是否冬眠等，还包括一些之前未考虑过的信息，如雄性和雌性之间的体型差异。结果发现，长寿的蝙蝠有冬眠时间长以及能够更有效地保存能量的特点。比如，吸血蝙蝠可以调节自己的体温高低，这在哺乳动物中非常少见。这种能力让吸血蝙蝠能够在无法吸血的情况下保留能量。

      科学家此前发现，这种能够忍受体温变化的能力也许能提高哺乳动物的抗感染能力。如果人类能掌握蝙蝠的这些能力，寿命可达240年之久。

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      渡冬策略还有成群拥挤在一起取暖或将体温降到与周遭环境相同。以减少维持体温所需的能量，例如大蹄鼻蝠冬眠时体温降至8 ，正常活动时为40 。冬眠时体温的代谢降为活动时的1/100，例如蝙蝠平常心跳每分钟400下，冬眠时降至11-25下。

      据美国加州理工学院（California Institute of Technology）2020年2月5日提供的消息，科学家采用超声波可以灭杀癌细胞，但是，正常细胞却安然无恙。

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      这为蝙蝠携带冠状病毒而安然无恙提供了科学解释，因为蝙蝠依靠超声波导航飞行和扑捉食物，超声波可以阻止病毒对蝙蝠的伤害。

      蝙蝠携带多种病毒，人畜共患病病毒对蝙蝠种群的影响似乎很小，它们一般不会死于病毒性疾病，这表明它们的免疫系统具有相应的适应性。

      除了携带病毒之王的美誉，超声波是蝙蝠与外界沟通和捕捉食物的有力武器。或许，这一特殊的武器使蝙蝠逃脱了病毒感染的灭顶之灾。蝙蝠昼伏夜出，很难见到紫外线，超声波是它灭菌杀毒的唯一武器。

      理论研究表明，超声波在医学方面应用非常广泛，可以 对物品进行杀菌消毒。例如，制备疫苗——将细胞或病毒借助于超声分散将其杀死以后，再用适当方法制成疫苗。

      人体组织对超声能量有比较大的吸收本领，因此当超声波在人体组织中传播过程中，其能量不断地被组织吸收而变成热量，其结果是组织的自己身体的温度升高。产热过程既是机械能在介质中转变成热能的能量转换过程。即内生热。超声温热效应可增加血液循环，加速代谢，改善局部组织营养，增强酶活力。

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      热疗利用的是纯 “萃”的物理热能，不会对人与环境产生任何不良污染，因此，它是一种绿色治疗，甚至被国外医学专家誉为 “医疗春天到来的标志”。这是因为肿瘤组织中血管扭曲扩张、血流阻力大、血管感受器不健全，对温度敏感性差，在高温作用下散热困难，热量易聚集，升温快，形成巨大的储热库，可与正常组织有5-10℃的温差;而正常细胞可以长时间耐受42.5℃-43.5℃高热，从而杀死肿瘤细胞而正常细胞不受影响，不会引起诸如骨髓抑制、脱发等不良反应。这是热疗有别于化疗、放疗的独特之处。

      冠状病毒对热敏感，当达到56℃的温度30分钟可有效灭活病毒。蝙蝠在活动时发射和吸收超声波，使自身体温升高到40℃，不能杀死病毒，只能抑制病毒感染。这为蝙蝠携带冠状病毒而安然无恙提供了科学解释。科学家此前发现，这种能够忍受体温变化的能力也许能提高哺乳动物的抗感染能力。

      人体正常体温是36.5摄氏度，细胞可以长时间耐受42.5℃-43.5℃高热，因此，适当强度超声波可以抑制冠状病毒，对临床治疗有重要意义。

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蝙蝠强大的免疫系统促进病毒进化，使它们对人类更加致命 

小柯生命

已有 108 次阅读 2020-2-11 17:07  

近年来，一些最严重的病毒性疾病——SARS、MERS、埃博拉、马尔堡病，以及新出现的新冠肺炎——都起源于蝙蝠，这并非巧合。

2020年2月3日，美国加州大学伯克利分校Cara E Brook课题组在《eLife》上发表了一项新研究，题为：“Accelerated viral dynamics in bat cell lines, with implications for zoonotic emergence”。

他们发现，蝙蝠对病毒的强烈免疫反应可能会促使病毒更快地复制，因此当传播到免疫系统正常的哺乳动物（比如人类）身上时，病毒就会造成致命的破坏。

一些蝙蝠——包括那些被认为是人类感染源的蝙蝠，它们的免疫系统永远准备着防御病毒，并迅速反应将病毒隔离在细胞外。

虽然这可能会保护蝙蝠不受高病毒载量的感染，但它会促使这些病毒在宿主体内更快地繁殖。

这使得蝙蝠成为快速繁殖和高度传播病毒的独特宿主。

虽然蝙蝠可以耐受这些病毒，但当病毒进入缺乏快速反应免疫系统的动物体内时，病毒会迅速击垮它们的新宿主，导致高致死率。

这项研究的通讯作者、加州大学伯克利分校的博士后研究员Cara Brook说：“一些蝙蝠能够产生这种强大的抗病毒反应，但同时也平衡了抗炎症反应。如果尝试同样的抗病毒策略，我们的免疫系统会产生广泛的炎症。”

研究人员指出，破坏蝙蝠的栖息地似乎会给它们带来压力，使它们在唾液、尿液和粪便中释放出更多的病毒，从而感染其他动物。

加州大学伯克利分校疾病生态学家Mike Boots说：“归根结底，蝙蝠在‘储存’病毒方面可能很特别。

很多病毒来自蝙蝠，这不是随机的。蝙蝠与我们的亲缘关系并不密切，所以它们不会携带很多人类病毒。

但这项研究证明了蝙蝠的免疫系统是如何驱动毒性克服这一问题的。”

作为唯一会飞的哺乳动物，蝙蝠会在飞行中提高它们的代谢率，使之达到与奔跑中体型相似的啮齿动物的两倍。

研究人员表示，通常，剧烈的体力活动和高代谢率会导致较高的组织损伤，这是由于活性分子（主要是自由基）的积累。

但为了能够飞行，蝙蝠似乎已经进化出一种生理机制有效地清除这些有害分子。

这样做的另一个好处是可以有效地清除炎症产生的有害分子，这或许是蝙蝠长寿的原因。有些蝙蝠可以活40年，而同样大小的啮齿动物可以活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。

许多蝙蝠免疫系统的一个关键技巧是一触即发地释放一种叫做干扰素的信号分子（干扰素α），它告诉其他细胞在病毒入侵前“做好战斗准备”。

Brook和Boots创建了一个简单的蝙蝠免疫系统模型，在电脑上对他们的实验进行建模。

研究人员注意到，许多蝙蝠病毒通过动物媒介传染给人类。SARS冠状病毒通过亚洲果子狸传染给人类，MERS病毒通过骆驼，埃博拉病毒通过大猩猩和黑猩猩，尼帕病毒通过猪，亨德拉病毒通过马，马尔堡病毒通过非洲绿猴。

尽管如此，这些病毒在最后进入人体时仍然具有极高的毒性和致命性。

研究人员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传播。“为了能够预测感染的出现和传播，了解感染的进化轨迹是非常重要的。”Brook说。

作者：

Cara E Brook, Mike Boots, Kartik Chandran, Andrew P Dobson, Christian Drosten, Andrea L Graham, Bryan T Grenfell, Marcel A Müller, Melinda Ng, Lin-Fa Wang, Anieke van Leeuwen

相关论文信息：

http://dx.doi.org/10.7554/eLife.48401

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