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商周:病毒从动物转移到人类身上,会发生什么?

撰文 | 商 周 责编 | 陈晓雪
 
01 病毒和宿主:两个不同的生命世界
 
如果把世上的物种比作树叶,按照它们之间的关系安排一棵树上,那么我们大致可以得到一棵这样的 “进化树”。
 
这棵进化树有三个主要的枝桠:右边那个枝桠是真核生物,左边那个枝桠是各种细菌,而位于中间的是古菌家族。细菌和古菌都是原核生物,但它们有着明显的不同。具体地说,古菌是一种介于细菌和真核生物之间的生命,它兼有两者的一些特点。
 
 
那么病毒呢?病毒在进化树上的哪个位置?
 
病毒不是完整的生命,它无法独自繁殖,必须进入细胞并利用宿主细胞的资源才能繁衍后代。病毒既不是原核生物,更不属于真核生物,所以从这个意义上来说,病毒在上面的进化树上并没有位置。
 
但因为病毒必需依靠宿主细胞才能生存,每一种生物(包括细菌、古菌、真核生物)都可能成为病毒的宿主。从这个意义上来说,病毒又在这棵进化树上有自己的位置:它们藏在树上的每一片树叶里。
 
换句话说,我们可以大致这样理解病毒和宿主的关系:病毒的宿主(细菌、古菌、真核生物)组成了一个多姿多彩的生命世界,这个世界里的生命都可以独立繁衍;而各式各样的病毒则组成了另外一个生命的世界,它们必须依赖宿主才能生存。
 
宿主和病毒两个生命的世界可以做这样一个比喻:宿主是有房一族,根据房子的形态可以把这个世界分成几大类:窑洞、茅草房、楼房、别墅;而病毒没有自己的房子,只能住在别人家里。
 
 
02 病毒从哪里来,又将去哪里?
 
既然连独自繁殖后代的能力都没有,病毒又是如何进化出来的呢?
 
通过分析基因,我们可以找到很多生命的起源。比如人和猩猩有着共同生活在大约一千多万年前的祖先。我们细胞里有着自己的基因的线粒体,通过分析我们知道它们来源于远古时期寄生在真核细胞里的原核细胞。
 
但病毒的起源,通过分析基因的方法却找不到一个确定的答案。一是因为病毒的基因变化太快,不利于我们去追溯它们的源头;二是因为病毒的基因和宿主的基因不一样,很难鉴定它们和宿主在进化上的关系。
 
所以,关于病毒的起源,到现在科学界也没有给出一个确定的答案,只是有几种可能的猜测 [1]。
 
第一种假设是先有了病毒。认为病毒比宿主先出现,因为它们的出现所需要的条件更为简单。但这种假设有一个地方难以自圆其说:在没有宿主的情况下,病毒如何能生存?
 
第二种假设认为病毒是由原本寄生在大细胞的里的小细胞退化而成的。但这个假设也有解释不通的地方,就是病毒和现有的一些寄生在细胞里的东西完全不像。
 
第三种假设是说病毒可能本来是宿主的一部分。说它是从宿主细胞里逃离出去的东西,有点像是 “人身上掉下去的一块肉” 的意思。但这个通俗易懂的假设也遇到了麻烦,就是病毒和宿主细胞的成分差异太大,不太可能是宿主细胞身上掉下去的“一块肉”。
 
上面三个关于病毒起源的经典假设独有一定道理,但也各自存在重要的缺陷。所以近来一些病毒学家又提出了一些新的假设,包括 “病毒-宿主共同进化” 假设和 “嵌合起源假设”,虽然显得更合理一些,但也同样没有得到一致的认可 [2]。
 
不过对百姓来说,病毒怎么来的不重要,完全可以交给科学家慢慢去琢磨。大众更加关心的是病毒的将来:它们会消失吗?
 
相比于在病毒起源上的不确定,病毒的未来这个问题的答案非常清晰:病毒作为一个整体将永远伴随宿主细胞存在,虽然单个品种的病毒会不断消亡。
 
病毒作为一个整体不会消亡,这个事实可能会让人感到沮丧,因为这意味着我们还将面临更多的病毒的威胁。继大家熟悉的天花、狂犬病、乙肝、麻疹、艾滋病、猪流感、SARS、新冠肺炎之后,我们还将会迎来一系列新的病毒性传染病。
 
03 病毒对宿主有用吗?
 
面对这源源不断的病毒性传染病,有人可能会问:既然病毒必须要靠宿主细胞才能生存繁衍,为什么还要让人得病甚至死亡呢?宿主死了,那它们不也完蛋了吗,这样的进化没有道理啊?
 
这是一个好问题,当把生物学问题上升到进化层面,不仅容易从本质上去思考,而且能够帮助寻找到问题的真正答案。
 
的确,病毒给我们带来了一系列的疾病,而且病毒需要依靠宿主才能生存。所以,作为一个合理的进化结果。病毒应该和它们的宿主和平共处,至少对宿主无害,最好对宿主有益才好。
 
事实的真相是:大多数病毒的确对宿主无害、甚至有益,只有少数的病毒才会让宿主得病 [3]。
 
这个事实可能会让读者吃惊,因为大家耳熟能详的病毒都是那些臭名昭著的家伙:天花病毒、艾滋病毒、SARS病毒……。
 
之所以病毒会给人以 “坏蛋” 的印象,是因为只有能让我们得病的病毒才会引起我们的注意,科学家研究病毒的时候,也大多数集中到了那些致病的病毒身上。
 
如果把病毒按照它们和宿主的关系来分类,大致可以分成下面三类。
 
第一类是对宿主有害。这一类病毒大家都知道,就是让我们得病的那些家伙。
 
第二类是对宿主无害。举个例子,在90%以上的人的口腔里存在的罗斯洛韦病毒 (Roseoloviruses ) 就属于这一种,这些病毒安静地生活在人身上,一般不会让人得病(极少数情况例外),病毒中大多数都属于这种类型。
 
第三类是对宿主有利。一个例子是C亚型的GB病毒,它不仅不会让我们得临床症状,反而能帮助我们抵抗其它病毒(比如艾滋病毒)的感染。
 
病毒对宿主有利还可以有另外一种更重要形式,就是不断地把基因融合到宿主的基因组里。就像上面提到过的,病毒的基因宿主一般没有,而且病毒的基因变异很快,所以从病毒身上源源不断地获得基因对宿主的进化来说非常有用。就好像宿主需要建房,病毒能够为之不断地提供稀有的建材。
 
还是拿人来举例子吧,我们的基因组上有大约8%的序列来源于病毒 [4],这都是在漫长的进化过程中向病毒 “借” 来的。在这8%的序列所编码的基因里,最有名的例子就是合体素(syncytin)基因,它原本就是病毒的包膜(env)基因 [5]。不仅是人类,哺乳动物独有合体素基因,而且也都是从病毒那里借来的 [6]。合体素在胎盘的形成过程中起到了至关重要的作用,如果没有这个从病毒那里借来的基因,就不会有胎盘的形成,也因此就不会有哺乳动物的诞生。
 
人是哺乳动物,猴子猩猩、猪马牛羊、老鼠兔子、海豚鲸鱼全都是哺乳动物。这些动物能够出现,都应该感谢病毒的 “慷慨”。
 
如果病毒会说话,它们可能会这么对人类说:“哼,你们还有资格抱怨!”
 
04 依然有病毒会让我们得病,怎么办?
 
虽然病毒对我们的确贡献大于害处,但贡献归贡献,害处归害处,我们还是要问:“为什么还是会不断有病毒让我们得病?”
 
我们再仔细看一下那些 “坏蛋” 病毒,也就是那些让我们得病严重甚至死亡的家伙:天花病毒、艾滋病毒、埃博拉病毒、SARS病毒、新冠肺炎病毒……
 
我们可以发现一个规律,大多数致病性的病毒都是刚从动物身上转到人身上不久的新病毒。这并不是说从动物那里转移来的病毒都会让人得病,而是其中容易让人得病(尤其是致死)的病毒很快就被发现;致病性不强的病毒,被人类发现就会晚得多;至于那些不会让人得病的病毒,发现得会更晚一些,甚至还没有被发现。
 
在生命的进化树上,人类这片树叶出现得很晚,大概相当于一篇刚冒出不久的树叶。所以,从某种意义上来说,感染人类病毒都是在不同时期从其它动物那里转移过来的。
 
那么,当一种病毒从动物身上转移到人的身上,将会发生什么呢?
 
如果这些病毒对人无害或者有益,毫无疑问,它们可以和人类和平相处。这些病毒一般都在人体细胞里处于潜伏状态,人体的免疫系统一般不会对它们进行打击,就像上面说的罗斯洛韦病毒和C亚型的GB病毒那样。
 
如果这些病毒对人有害,也就是能让人出现疾病,那就要分情况了。首先只要病毒对我们的身体有害,我们的免疫系统就要对它们开展围剿。所以作为病毒,如果要继续在人群里继续生存下去,它可能会有不同的策略。
 
当病毒斗不过人类的免疫系统,那么一些病毒的策略是在人的身体的某处潜伏起来,一个例子就是单纯疱疹病毒,它们可以躲到免疫系统打击不到的神经细胞里去。还有一些病毒的策略是让自己有较强的传染力或变异力,这样即使在个体里被消灭,也依旧能在人群之间不停地传染,这一类的代表是感冒病毒和流感病毒。
 
真正让人感到麻烦的是那些有能力和人类免疫系统决一死战的病毒,比如历史上杀人无数的天花病毒、可以摧毁我们免疫系统的艾滋病毒、导致急性肺炎和近10%病死率的SARS病毒等。一开始,这些病毒会导致疫情,让人得病和部分死亡。然后这些病毒会发生变异,人类对这种病毒的抵抗也会发生变化,从而开始病毒和人类的共同进化过程。
 
但这种共同进化的结果不好预料。可能像天花病毒一样,在人群里流传了很长时间(几千年,也有说是几百年)后依然保持了很强的致病性,在人类历史上造成大大小小的疫情,直到疫苗的出现才被消灭;也有可能像SARS病毒一样,在人类的严加防控下归隐山林;还有可能它们的毒性会随着时间减弱,从而能够和人类和平共存。
 
不仅这些病毒和人类共同进化的结果难以预料,而且我们也同样很难阻挡病毒从动物向人类转移的脚步。
 
病毒在不同宿主间的转移,是病毒这个生命进化的一部分。它在过去发生了,现在也正在进行,而且还将继续下去。作为人类,我们不仅不能阻止动物病毒向人类进军,也不能预测这种进军何时发生、以及是否会给人带来瘟疫。
 
但我们大概知道病毒为什么会转移。
 
通常来说,病毒感染它们各自的宿主。一种病毒是否能够在不同宿主间转移,主要取决于三个因素:第一是两个宿主的亲近关系,一般来说关系越近可能性越大,也是因为这一点,人类的病毒大多是从同是哺乳类的那些动物那里过来的;第二点是病毒自身的变异,当这些变异让它们变得能够在新的宿主细胞里生存的时候,它们就做好了准备伺机而动;第三点是有一个合适的环境让做好了准备的病毒能够完成这这种转移,不幸的是现代的人类社会为病毒的转移提供了更好的环境,比如密集的人口、变化的气候、还有人类对野生动物空间的侵犯和挤占。
 
在上面三点里,我们对前两点无能为力。唯一能努力改变一些的,就是第三点。
 
通过改变一些环境因素去降低病毒向人类转移的速度,比如不要让那么多的野生哺乳动物出现在农贸市场。
 
幸运的是,我们还可以去做的是从科学的角度去了解病毒,并做出相应的对策。比如对应一些变异得相对缓慢的病毒(比如一些DNA病毒,乙肝、天花病毒等),我们可以开发疫苗,疫苗的普及可以让这些病毒消亡。对于那些变异较快的病毒(比如RNA病毒,艾滋病毒、SARS病毒等),开发疫苗的难度要大的多,因为它们的变化可能会让疫苗无效;但我们依然可以去采用药物去治疗病毒性的疾病,比如采用抗病毒的药物,还有调节免疫反应的药物。
 
虽然从生物学上来看人类和其它物种并没有高低,但智慧让我们与众不同。利用日益增多的科学知识,开发针对致病性病毒的药物和疫苗,这就是人类抵抗这些病毒的保障。
 
参考文献:
 
1.Nasir et al. Mobile Genetic Elements. 2 (5): 247–252.
 
2.Krupovic ey al. Nature Reviews Microbiology. 17 (7): 449–458.
 
3. Roossinck et al. Nat Rev Microbiol. 2011 Feb;9(2):99-108.
 
4. Lander et al. Nature (2001) 412:860–921.
 
5. Blond et al. J. Virol. 74:3321-3329.
 
6. Malik et al. PNAS February 14, 2012 109 (7) 2184-2185.
 



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