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复旦袁正宏:病毒为何经常光顾人类?

新冠肺炎疫情牵动人心。最近,由钱颖一、饶毅、潘建伟三位学者共同发起的非营利性公益组织“智识学研社”联合腾讯基金会,计划邀请六位顶尖专家开展系列科普公益直播活动“2020科学抗疫”,旨在为抗击疫情留存科学的记录和贡献,使每一位关注科学、关注疫情的观众都能聆听到专业、详实的分享。
 
3月5日,医学分子病毒学家、复旦大学党委副书记、复旦大学上海医学院党委书记袁正宏为大家带来了第一讲:生命的博弈——病毒与人类,解答了病毒是什么,病毒为何经常光顾人类,为何人类能够控制病毒,面对疫情我们可以做些什么等问题。
 
《知识分子》特做整理,供读者朋友们温习。
 
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讲者 | 袁正宏 整理 | 仲英杰 杨 朔
 
非常高兴能够在直播间和大家见面。这段时间,有关新型冠状病毒疫情肯定是大家最关心的话题,它确实影响了我们每个人的生活。每天有很多新闻,大家都有很多评论,每天很多朋友来问我,都是关于新型冠状病毒的。所以利用这个机会,我想算一次集体解答,也是尽一个病毒学工作者的社会责任,希望能够通过今天的交流,帮助大家了解病毒,了解病毒的知识,来增强我们战胜新冠疫情的信心。
 
我是来自复旦大学上海医学院医学分子病毒学重点实验室袁正宏,我今天的题目实际上是饶毅教授给我起的:病毒和人类之间的博弈。
 
我主要分以下5个方面向大家介绍:什么是病毒?病毒对人类有什么危害?病毒为什么经常会光顾我们人类?然后介绍我们人类为何能够控制病毒,最后还会和大家讨论我们可以做些什么。
 
首先介绍一下病毒的基本概念。我们知道,病毒是我们自然界中最小、结构最简单的一类非细胞型的微生物。它的体积大小是以纳米来计算的,可以说只有百万分之毫米。因此假如我们要看得见的话,那就是要放大100万倍以上。病毒结构很简单,一般只有一种类型的核酸,也就是一种DNA(或者RNA)是遗传物质。
 
病毒没有细胞结构,也没有产生能量的酶的系统,所以它只能在人体内生长,或者是在活的细胞内才能生长繁殖。也就是说,它离开了细胞,离开了我们人类,是无法存活下去的。
下面我们比较一下病毒和细菌的大小。细菌大家都知道,病毒一般认为可能是细菌大小的1/1000。这里面可以看到,最大的这个球形,是个葡萄球菌,它基本上是1000个纳米。但是我们的病毒,可以看到腺病毒70个纳米,脊髓灰质炎病毒30个纳米,流感病毒也就100个纳米,所以说病毒是非常之小的。
病毒体积小,但是形态还是多种多样。我们可以稍微归纳一下,有些病毒像球形,有些病毒像子弹状,有些病毒像砖块的样子。有一类特殊病毒,像噬菌体,它是能够感染细菌的,像蝌蚪状。但一些植物病毒可能像杆状。总之一句话,它的形态是多种多样的。
刚刚提到病毒结构非常简单,怎么个简单法呢?可以有个模式图来显示,病毒最里面我们称它为核心,它里面藏了能够编码病毒蛋白的一些遗传信息,或者是DNA或者是RNA,外面有一些蛋白质形成了核衣壳,然后在核衣壳外面有些病毒可能会有包膜,形成病毒的包膜。这种包膜也可以有多种形式的。所以病毒的结构应该说非常简单。
病毒刚刚提到了,它不能够在细胞外生存,所以一般认为,它在细胞外,在体外,抵抗力是比较差的。特别它有个特征,怕热耐冷,所以很多人说天气冷了把病毒冻死,但病毒是冻不死的,在低温下面它可以保存数月,甚至数年。但是温度升高,假如是56℃的情况下,30分钟病毒就可以被灭活。同时病毒对一些溶剂是敏感的,对紫外线也是敏感的,紫外线照射一段时间以后,也能够会消灭病毒。一些有包膜的病毒,它对脂类是敏感的。pH小于5或大于9的话,病毒也会迅速灭活的。所以我们可以利用病毒的一些特性来灭活病毒,也可以保存病毒。
 
刚才提到了病毒它必须在细胞内才能生长,所以病毒和我们生命体,可以说是如影随形。左下有一张图显示了假如有些病毒进入人体细胞以后,可能在细胞内生长,同时造成细胞的危害,造成细胞的死亡。
 
那么,病毒是如何进入细胞的?下面一张示意图可以看一下。病毒可以通过它表面的一些蛋白质吸附到细胞表面的受体,所以病毒进入细胞必须有受体的。进入细胞以后,它可以把外面的衣壳脱掉,将它的核酸释放到细胞内,然后核酸可以翻译成蛋白质,同时进行核酸的复制。完成以后,病毒的核酸和蛋白质装配成熟就能释放出来。这就是一个病毒完整的周期。可以说病毒在细胞内进行复制,然后通过细胞和细胞之间的传递,不断的复制,来完成它在人体内的生活。
下面我们谈谈病毒对人类的危害。天花大家都知道,从古代开始,我们人类就遭受了天花。还有2003年的非典,这一点大家都记得吗?埃博拉是发生在非洲的。艾滋病,还有禽流感等等。所以下面我会举一些例子来说明病毒对人类有危害,还是很可怕的。(幻灯10)
 
首先我们看一下埃博拉。大家可能听说过,前几年埃博拉是在非洲的几内亚、利比里亚、塞拉利昂等国家暴发,感染以后,它会导致出血性的一些疾病,死亡率很高的,要到50%甚至90%。引起埃博拉的是一个丝状病毒。有些人说这个病毒长得像眼睛蛇一样。这个病毒是如何蔓延的?现在已经知道它可以通过蝙蝠,然后在一些动物体内进行传播,最后传播到人。埃博拉病毒感染以后,可以通过我们的口腔,可以通过黏膜来感染我们的肺部,感染我们的脾脏、肝脏,特别地会导致我们的毛细血管破裂。最后病人一般是突然发热、寒战、肌肉酸痛、最后是出血、凝血(有些人说是叫七窍出血),埃博拉的情况是非常严重的。
 
这张显示的是禽流感。大家可能还记得在1997年的时候,在香港发生了禽流感,人感染了来自禽类的流感病毒。1997年是H5N1这个病毒。禽流感病毒感染以后,引起我们人类的感染,特别是儿童感染以后引起死亡。当时在香港应该说造成了很大的经济损失,后来在全球也偶然会发生。
 
禽流感以及流感,大家都知道,应该是全球传染病,特别是呼吸道传染病的重中之重。在1918年,当时有个西班牙大流感,导致了2000万到5000万人死亡。在1957年,曾经发生过亚洲流感,它造成几百万人的死亡。最近这几年大家可以看到,禽流感不断地发生,从H5N1到H7N9到最近的H5N6。除了禽流感,我们每年都会有季节性流感,它也会导致全球的25万到50万人的死亡。所以流感,特别是禽流感,一般认为发现晚、病情重、进展快、死亡率高,对我们人类造成巨大的威胁。
 
再给大家介绍一下SARS,我们称它为“非典型肺炎”。大家知道在2002年底至2003年初,从广州开始,后来波及了我们全国部分地区,甚至到全世界总共有8000多例,有900多死亡,死亡率将近10%。病人的病情进展迅速,并且一些患者出现呼吸衰竭,休克等等。它就是由SARS冠状病毒造成的。那么它是怎么来的?当时通过了解发现SARS冠状病毒实际上通过蝙蝠后来到果子狸,然后再从果子狸进入我们人体来进行感染。
 
大家可以看到上面有ACE2。SARS冠状病毒它可以感染我们人类呼吸道上皮细胞里面的一个受体ACE2,进入到我们人类进行感染。在冠状病毒中,近几年引起大家关注的是2012年在中东发生的呼吸系统综合征,发现它是由MERS冠状病毒造成的,当时也是死亡率非常高,导致了近百人的死亡。最后研究发现了MERS病毒也是在蝙蝠里面存在的,后来通过骆驼进行传播给人,然后造成了人类之间的传播。
 
这一次的新型冠状病毒,大家可能已经知道了,它也是属于冠病毒科里面的一个冠状病毒属,从武汉开始发现,最后科学家对它的全基因组进行分析,发现它是属于β属(冠状病毒类型的一种分类),和其他的蝙蝠冠状病毒相似,但是它还是不同的病毒。
 
新型冠状病毒会引起新型冠状病毒肺炎,感染者会出现发热、干咳,重症患者的话也会出现呼吸困难,并且出现呼吸系统窘迫综合征,甚至最后死亡。
 
我以上只是举些例子,从禽流感到新冠状病毒等等,说明病毒对我们人类应该说是造成了非常大的危害。
 
病毒为何会经常光顾?
 
那么,很多人会问为什么病毒经常光顾我们人类?特别是一些新出现的病毒。我来简单介绍一下。
 
病毒很小,基因组比较小,但是病毒的基因在细胞中进行复制的时候会容易造成变异。因为病毒的基因或者特别是RNA病毒在复制过程中,自我纠正的能力比较差,复制错了就不会纠正,所以会造成氨基酸的改变、造成抗原的改变,然后会逃逸我们宿主的免疫应答对它的清除。
 
我们一般认为现在的抗原变异有两种,一种是发生几个氨基酸的变化,我们称它为抗原漂移,它不会产生一些新亚型,但是会引起一些显著的流行,像一些加重的急性流感。另一种是对部分病毒而言,可能会利用中间宿主来发生基因重配或者基因重组,像禽流感病毒就是这样的类型。这样的话可能会造成抗原替换,抗原变化比较大,它会产生一些新的亚型,毒力可能会增强,复制能力增强,或者说感染宿主的范围会扩大。
这张图给大家看一下,病毒在它的RNA核酸上面发生了一些核苷酸的变化,最后可能会导致1-2个氨基酸的变化,最后使得这个病毒发生变异。这样变异的话可能不会产生新的亚型,但是可能会引起流行。
这张图显示的就是可能会发生基因重配。一个来自于人的流感病毒核酸,一个是来自于禽的流感病毒核酸,它们在细胞中间,比方说在猪的一个细胞中间发生了基因的重配,就会产生新的病毒、新的亚型。由于人类没有免疫力,就可能导致人类全球的大流行,造成比较大的灾害。
这张图实际上显示2009年 “猪流感” 的情况。为什么称 “猪流感”?就是发现了可能来自于禽的流感病毒和我们人的流感病毒在猪里面进行混合感染,通过重组形成了包含有禽流感病毒和人流感病毒的重组病毒,它是一种新的病毒。
 
为什么病毒经常会光顾我们人类,还有另外一个很重要的原因。大家知道病毒可以寄生在我们人体内,同时病毒也可能寄生在野生动物里面,所以野生动物就是一个巨大的天然病毒库。平时这些野生动物带有病毒,但是没有症状,病毒可以说是潜伏不动。一旦野生动物的环境发生改变了,这样的病毒就可能转移到我们人体内。我们人类开山、毁林、进军大自然,就可能会把动物的栖息地破坏掉,这样动物就不得不向我们人类生活的区域转移。同时,我们现在科学技术高度发达,可以说人类可以走遍全世界所有的角落,这也增加了我们人类和带有病毒动物接触的机会。
 
但我们人类对这些病毒是没有免疫力的,所以一旦我们接触感染上了,就有可能会引起人类新的传染病。我们有时候会说,我们人类患有动物的传染病,这也是对我们人类的一种报复。
 
这一次新冠状病毒是怎么来的?现在很多人说是蝙蝠来的,但是蝙蝠如何到我们人的?有些人说穿山甲,也有一些说还不知道。但不管怎么样,我们相信这一次新冠状病毒感染人,可能还是由于我们人类,可能接触含有病毒的一些动物,造成了这样的传播。
 
所以,病毒为什么经常会光顾我们人类?一方面病毒容易造成变异。第二很重要的原因,我们人类可能使得野生动物的环境发生了改变,从而让我们自己接触了相应的病毒。
 
在此我也强调一下,对病毒变异我们还是要正确对待,因为这两天媒体上报道发现了所谓病毒又出现新的变异。应该说我们要正确对待病毒变异。新冠病毒,它是RNA病毒,它的单链是很不稳定的,它的复制没有纠错能力,所以它发生变异是很正常的事情。应该说我们很幸运,到现在为止新冠病毒还是比较稳定的。前段时间上海分离了新冠状病毒,基因测序发现它的99.99%的基因序列和武汉早期发现的病毒一样。现在虽然发现了一些变异,应该说都是个别位点,几个的,有些位点变异了,但也没有意义,因为没有造成编码蛋白上的变化。
 
特别是对分散于世界各地的病毒基因分析,发现了这种变异可能和地域分布没有关系,说明对流行或者疫情是没有影响的。到现在为止,没有证据发现新型冠状病毒发生过重大基因的变异,甚至重组,所以这一点我想大家还是要正确对待。特别有时候病毒突变了,也会向好的方向发展,有时候变异以后它感染的能力会低了,或者症状可能会轻了。当然了,我们也不能掉以轻心,现在从国家层面来说,还是布置了很多的项目研究,加强对病毒变异的监测,来了解变异病毒的传播途径和动态。
 
人类定能控制病毒
 
下面和大家介绍一下我们人类和病毒之间的博弈,最终我们人类还是会胜利的,我想这一点还是要请大家放心。
 
为什么人类能够控制病毒呢?(幻灯)上面显示的人类和病毒博弈中,我们总结了三个原则:首先早发现早诊断,就是把病毒感染的人控制住。同时我们通过早隔离来切断传播途径,让病毒不可能从一个人到另外一个人进行传播,这样它就失去了生存的空间。最后还是要保持免疫力,我们每个人要保持健康,保持免疫力。我们发现了病人以后,还要早治疗。我们要保护易感人群,同时对患者及时的治疗。通过这三个环节,可以说就应该可以控制病毒,可以在和病毒的博弈中取得胜利。
 
早发现、早诊断,具体来说,我们科学技术已经高度发达,除了传统的很多方法以外,现在有分子生物学,有PCR,有核酸测序。特别是这一次新冠状病毒的病源发现,采用了高通量的测序,使得我们在第一时间能够发现了这个病毒,确认新病毒的基因序列,这样的话使得我们可以开发诊断试剂,能够来进行诊断。临床上根据流行病学史,根据临床表现,特别是根据病原检测的话,就能够来对病人进行确诊。
 
我们确诊以后,最好的办法就是要早隔离,重要的是要尽收尽治。
 
我们国家利用好的设备和资源等,在武汉建造了方舱医院,也建造了火神山医院和雷神山医院,就是要把发现的所有轻症患者、重症患者全部收治,一方面进行治疗,更重要的也是进行隔离,避免他们再传播。
 
当然了,对于我们个人来说,切断传播途径,要注意个人卫生,戴口罩、勤洗手等等,让病毒没有造成这样(更大规模传播)的一种机会。
 
对我们人类来说,还是要保持免疫力。人类实际上是有天生的防御病毒感染的能力,也就是上面显示的天然免疫力。我们的粘膜、细胞因子等一些屏障,它们都可能在第一时间防止病毒的侵入。(病毒)进入体内以后的话,我们体内又会激活免疫系统,产生抗体,产生一些T淋巴细胞,来(应对)病毒感染。当然,我们也可以通过接种疫苗来提高我们的免疫力、保护易感人群、控制病毒感染。在临床上,一般确诊患者后就要采取对症治疗。同时我们尽可能采用一些特异性的抗病毒治疗、免疫治疗,使得病人能够清除病毒,进而康复。
 
目前,我们人类已经生产了大量的疫苗,如脊髓灰质炎疫苗、麻疹疫苗、流行性腮腺炎疫苗、甲肝疫苗、乙脑疫苗、乙型肝炎疫苗,它们都是我们人类抗击病毒感染的武器。
在针对病毒的治疗方面,现在也已经有不少的药物。有一些药物主要针对病毒的复制,如一些核苷类药物、蛋白酶抑制剂。还有干扰素,大家发现它也能够预防甚至治疗病毒感染,还有抗体(治疗)。最近,我们用康复痊愈的病人的血清来治疗重症病人,也取得了很好的效果。在我国,中草药也在抗击疾病感染中发挥了重要的作用。
 
下面我们举几个例子,说明我们人类为什么能够控制病毒感染?
 
一个是脊髓灰质炎,就是以前俗称的 “小儿麻痹症”,它是由脊髓灰质炎病毒感染以后造成的小孩的麻痹。而到今天,由病毒感染引起的脊髓灰质炎已经成为除天花以外第2个在全球消灭的传染病。
上图显示,脊髓灰质炎在全球已经基本消灭,靠的什么?疫苗!还有很多的措施。顾方舟教授在上世纪50年代开始从苏联引进疫苗,最后在中国研制了脊髓灰质炎减毒活疫苗的糖丸,可以来预防脊髓灰质炎病毒的感染,来消灭脊髓灰质炎(病毒)。
 
另一个是丙型肝炎病毒。大家可能都知道丙型肝炎,它是由丙型肝炎病毒引起的一种慢性肝炎。1989年,(科学家)获得了丙型肝炎病毒的基因序列,随后科学家通过不断的研究,在技术研究方面取得了突破,解析了病毒的复制系统,最后针对病毒的复制系统又进行了药物开发,成功开发出了针对蛋白酶的抑制剂。如今,临床上应用这样的药物已经可以实现丙肝的治愈。
 
中国在2013年抗击H7N9,应该说从发现到控制一个月左右的时间,是非常成功的案例。所以世界卫生组织高度评价中国抗击H7N9禽流感的工作,他们认为这是一个典范,给世界树立了很好的榜样。
 
综上,(我认为)人类是可以控制病毒的。目前,新型冠状病毒引起的肺炎还在进行中,我们针对病毒感染还可以做什么?
 
应该说,新冠疫情的发展趋势应该是向好的,感染、确诊不断减少,治愈的越来越多,但还不能松懈!钟南山院士说,不至疫情结束,防护不能松懈。闻玉梅院士说不能掉以轻心,疫情还在持续。为什么这么说?因为病毒和人类仍在博弈,战斗还在进行之中。
 
我们今天发生新型冠状病毒感染,明天、后天、甚至以后可能还会不断的有一些新现、再现的病毒感染。还有很多疾病还没有找到病原体,还不知道病毒感染引起的致病和免疫机制。特别是有些病毒它还会变异,还会通过中介进行传播,目前也没有疫苗。有些病毒在变异以后还可以产生耐药性,对治疗造成很大的障碍。
 
所以,我们应该加强对病毒的研究。习近平总书记最近到军科院和清华大学医学院进行考察,他指出我们人类和疾病较量最有力的武器就是科学技术。所以,我们应该加强对病毒溯源、病毒学、变异和传播力的研究,还要研究病毒感染的致病机制、免疫机制来研制有效的疫苗,还要研制一些更灵敏、更快速的诊断方法,能够最早期筛选疑似患者。当然,我们更希望开发出一些新型的、特异性的、抗病毒药物,虽然这比较难!有了他们,在临床我们就可以对病人,特别是重症病人,能够针对它的靶点、机制进行特异性的治疗。
 
当然,应对新发传染病,我们还要做好准备工作,要有议案、风险评估,还要有技术储备,这样能够使得在发生(传染)的时候可以高效有序地进行处理,最大限度的减轻疫情造成的危害,大家也能做好防护,保护人民健康,保障社会经济发展,维护社会的稳定。
我这边有两张图,假如病毒在动物中间传播,然后引起暴发,传给了人。如果我们没有做好准备、没有有效的应对,这个病毒就会在我们人类中间传播、暴发,就会形成像火山一样的暴发。
假如我们平时做好准备,比如监控一些动物,与动物和平相处。一旦人类中间有病毒感染且发病了,早期发现、快速响应,我们就可能将病毒感染控制在最基础的状态,使得人类能够免受大面积病毒感染的侵害。现在国家也正在布局,有很多这方面的准备工作。我们认为病原要监测、要防控、要有网络,我们更要有一些应对办法,很重要的一条就是要进行快速响应。
 
同时,借此机会也要提倡“一健康”的理念,人类在地球上,人类和动物、环境应该说是相互和谐,应该共生。所以,我们提倡要保障人类健康、动物健康和环境健康,这样才能够预防新发传染病的发生。
 
我想通过这次对话,希望能够传达一些很重要的信息。有效准备、有效应答,这样才能够减少伤害,即使我们可能无法阻止,或者无法预测下一场新发传染病的来临。
 
抗击新型冠状病毒是一场没有硝烟的战争,我们每个人都是战士,我相信我们最后一定会战胜新型冠状病毒,谢谢。
 
饶毅老师提问:既然病毒是生命,人也是生命。我们感染病毒了,对人还有好处,现在有些病毒让人活不下去了,我们如何来应对病毒,让它们都活不下去?
 
我们应该思考怎么样和病毒和平相处,而不是要消灭病毒,实际上人类消灭不了它。在没有人类之前,病毒就已经在地球上了。病毒它实际上是个寄生虫,必须在细胞内才能寄生,人死了,病毒也会死掉。所以,病毒实际上也不希望杀灭我们人类这样的宿主,这样它也死掉了。最后病毒它也会选择和我们人类进行妥协。
 
因此我的建议是我们人类要敬畏自然,保障环境健康、动物健康,与动物和平相处,不要随意地吃很多(野生)动物,不要任意破坏环境。同时我们要保持警惕,要进行监测,什么时候动物病毒可能进入人类,什么时候病毒有可能感染人类引起疾病。同时要做好准备,研究病毒的诊断方法,研究病毒的治疗药物,还研究一些病毒的疫苗,这样一旦有新发传染病,有病毒感染人类的话,就有可能进行控制。
 
我希望借回答这个问题让各位理解:人类还是要克制,我们不应该什么东西都吃,因为冠状病毒它不认识你是谁。只要你吃了它的宿主,它就会 “吃” 你,就会感染你。对新型冠状病毒来说,我们希望它就待在动物(身体)里面,这样的话我们人类就会安全了。我想通过今天的对话,希望大家能够对病毒有所了解,这样我们一起来抗击新型冠状病毒,谢谢你们。
 



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