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病毒的轮回

已有 5105 次阅读 2009-10-14 11:26 |个人分类:未分类|系统分类:科研笔记|关键词:学者| 新病毒来源, 病毒的转化

 
病毒的轮回
 
世界万物,代代相传;以进化论为矩,在生死中轮回。当今世界上绝大多数物种,不管简单与复杂,经历了亿万年的发展,均已完善至最适宜自我生存的高级水平,不存在进一步进化的问题。从广义上说,物种间只有结构简单与复杂之差,不存在高低等级之分,生物链链环环相扣,成循环之状,我们是不能得出前者比后者高等的结论。人类因为有智慧而成了万物之灵,有了改造自然环境甚至改造自身的能力,但在生物学意义上,人类也仅是一个物种而已,在大自然的灾难面前(地震、风灾、水灾、火灾、病灾、饥饿等),人类同样会受到损害,抵御能力可能还不如某些物种。病毒的结构是最简单的,但病毒的生存能力与基因组成之精练却是哺乳动物所远远不能比拟的。达尔文理论只是阐明物种顺从环境的改变而演化,没有进退的概念,如我们不能把有的物种失去尾巴看作退化一样,“evolution”是逐渐演化的意思,而“进化”的“进”有了先进的意思,这是汉字翻译对“evolution”一定程度的曲解。由于环境的变化是永恒的,物种的演化体现在代代相传过程中,由于病毒的快速传代,因此病毒的演化也是万物中最快速的。
 
1.新病毒的概念
 
讲述病毒的演化得从新病毒开始,新病毒的发生有两种完全不同的概念,一是指最初从细胞分化或衍生出来的原始病毒样结构,在获得进入细胞和自我复制的机会后,通过长期的进化发展成为一种成熟的病毒,这是一种真正意义上的新病毒,是远古时期病毒起源时代新病毒的产生方式,但在经过亿万年的发展,生命世界已进入高度发展和多样化的阶段,自然界已经没有远古时代那样的条件、空间以及时间,容以这样的方式形成的新病毒慢慢进化成今天这样的病毒了。即使有的话,如1998年法国科学家发现的含有911个基因的巨型病毒,似乎是刚刚从细胞退化而来的尚未进化的新病毒,很难想象如细胞样大的病毒在细胞内寄生,有何种生存优势能进化成当今传统意义上的病毒,而且不知道地球上有否场所任其进化?在深海某处地球大部分物种无法到达的地方也许可以发生这样的过程,与现今地球上已有病毒的种类与数量上相比,除了能证实原始病毒的发生过程,已经微小得没有任何意义了。
 
当今新病毒实质上是一种相对的新病毒,是自然界原有的病毒因变异而来,新是相对于某一物种而来的,如一个物种的寄生病毒通过变异跨越物种障碍攻击人类,就成了攻击人类新的外源病毒,如目前在某些地区发生的的禽流感病毒;另一种情况是寄生于人类的病毒因变异而与宿主细胞或免疫系统发生新的冲突,有了新的概念,如前几年忽然在人群中流行的SARS病毒,是人类感染率很高的寄生病毒---冠状病毒的一株变异种;去年从北美发生的甲型N1H1流感病毒,是几乎人人都感染过流感病毒的变异株,冠状病毒和流感病毒都是属于人类的长驻病毒群,因为变异而成了新病毒,所以这些病毒的新是相对的,用“新”字并不十分确切,英语用”emerging” 比用”new”或”creating”含义上更贴切,汉语尚无贴切的相应词汇。
 
2.新病毒向长驻病毒群演化
 
病毒要克服“物种障碍”入侵一个新的宿主是很困难的,两种物种之间关系越远,物种障碍就越高,也就越难以克服,如人类几乎不考虑植物病毒的入侵,一般也不会被鱼类或爬行类动物的病毒所感染,节支动物与人类的物种差异也很大,其仅仅是某些病毒的中间传媒,禽与人类物种相差也较大,禽类的病毒一般也不易跨越这种障碍,禽流感感染人类是一种个案,入侵人类的新病毒主要来源于哺乳动物,而人类与灵长类物种关系最接近,因此猩猩(大猩猩和黑猩猩)的病毒就非常容易逾越这种障碍。
 
新病毒获得感染人类的机会只是病毒扩展寄生宿主物种的第一步,要进一步延续发展必须向长驻病毒群演化,这样才能以人类为长期宿主而延续,并在人群中发展,病毒每一次对新的个体的感染,都是一次适应与选择的过程,“毒性大”而与宿主不相容的病毒株因宿主细胞死亡得不到充分发展,而“毒性小”的与宿主相容的病毒株更具生存优势而得到充分的时间延续传代,因此病毒在稳定的状态下有传代“减毒”的特点,病毒以准种存在的形式是这种演化的物质基础与理论依据。不能完成这样演化的病毒就只能停留在外源病毒群范围,如禽流感至今尚不能以人类为长期宿主发展,因此获得攻击人类的这株禽流感病毒是否能成为一株新的人流感病毒,取决于能否完成这样的演化,否则将被时间所淘汰。而从猿扩展至人的HIV病毒就完成了这样的演化,由猿HIV病毒逐步发展为人HIV病毒,以人类为其长期宿主而在人群中广泛传播。
 
由长驻病毒群突变而来的新病毒也需经历这样的演化,不然也会被淘汰,如SARS病毒由于与宿主冲突激烈,毒性大,没有足够的机会和时间完成减毒演化,很快为人类控制,这株冠状病毒的变异株就此被淘汰了,如再因随机变异发生已不是原先的那株病毒了。而甲型H1N1流感病毒并没有迹象发生SARS病毒样的毒力(与细胞的相蓉性)变异,仅仅是H1抗原性发生改变,因此只相当于一次新的流感发生,当与免疫系统达成新的平衡后,仍然作为一人流感病毒株长期残存体内,不需要经历病毒群性质的演化。发生毒力强大的变异是不利于病毒发展的,所以尽管流感病毒存在随机发生毒力变异的概率,但这不是病毒的常规演化规律,因此我们不必抱着一种恐惧的心理“期待”一株强大毒力的甲型H1N1流感病毒发生。
 
3.长驻病毒群向内源病毒群演化
 
长驻性病毒在妊娠早期由母体感染下一代则可发展为内源病毒群,这类病毒伴随着宿主的胚胎发育、组织分化和个体成熟,则与宿主的免疫系统也完全相容,不会诱发与宿主的免疫冲突而发病。乙肝病毒就是这样一株从长驻病毒群向内源病毒群演化中的病毒。乙肝病毒以人为唯一宿主,人类是病毒的携带者与传染源,人群感染率很高,在我国达到60~80%, 病毒入侵可以激发人体的免疫反应,导致一系列与病毒感染有关的病理变化与临床表现。表现为长驻病毒群的一般特征。但乙肝病毒在人类中有一种很特殊的显性感染现象,即感染后血清中乙肝病毒或乙肝病毒表面抗原持续阳性,在我国约占10%,在妊娠早期,孕妇恰好是血清病毒标志阳性,就可能会影响下一代,使新生儿对病毒抗原耐受,因此其免疫系统与入侵的乙肝病毒是相容的而不发生免疫攻击,病毒以显性方式与人体长期共生,在这部分人群中乙肝病毒已经演化为内源病毒群了,所以临床上有相当部分的感染者终生携带乙肝病毒而不表现肝组织的损害。遗憾的是这种转化还很不彻底,病毒内部的核心抗原因其隐蔽性未能为免疫系统耐受,感染者一般对其有正常的免疫应答,如病毒因变异使核心抗原的隐蔽性被破坏,则将导致免疫攻击而诱发免疫病理现象,这是乙型肝炎发病机理的根本所在。(本人在“HBV的异质性和抗病毒治疗的个性化”一文中有详细描述,“肝脏”2008年8月第4期,329页。)
 
总之,同一种病毒没有急性感染与慢性感染的概念,长驻病毒群的病毒一旦感染人体均长期留驻体内,但有显性与隐性之分;外源病毒群只能造成急性感染,病毒不能在机体内长期存在。
 
新病毒不是突兀其来的,病毒的跨物种传播和长驻病毒群的变异是新病毒产生的主要起因,根据相容性分类的四大病毒群是可相互转化的,禽流感是跨物种传播而来的新外源病毒,HIV是外源病毒群向长驻病毒群演化的代表,乙肝病毒是长驻病毒群向内源病毒群演化的代表,而SARS病毒是长驻病毒群向外源病毒群突变的个案,甲型H1N1流感病毒也是新病毒,是人流感病毒的新的变异株,因只是抗原性改变,仅与人体免疫系统发生冲突,还是回到长驻病毒群,由内源性病毒转化为新病毒的机理是存在的,但我尚未在人类病毒学中发现这样的案例。“新病毒”的发生又将诱导了新一轮病毒与宿主的相容性演化过程,周而复始,这就是病毒的轮回,人类与所有的物种一样,过去、现在与将来,永远会面对病毒的挑战。阐明病毒群之间的转化规律,以及各类病毒与人类疾病的相应关系,有利于我们对人类病毒整体的理解,有利于病毒性疾病的发病机制和相应预防措施的研究,进而利用某些病毒为人类各种疾病的治疗与预防服务。
 
 病毒群演化(轮回)图:
 
            外源性病毒→ →长驻性病毒→ →内源性病毒
 
                                  ↖          ↑↓           ↙?
 
                                              新病毒
 


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