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新型冠狀病毒研究進(jìn)展

2020-01-11 22:47
中國動(dòng)物檢疫 2020年7期
關(guān)鍵詞:核酸標(biāo)本抗體

(吉林大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 130062)

2019年12 月底,我國湖北省暴發(fā)了一種由新型病毒感染引起的病毒性肺炎[1]。隨后,全球科研團(tuán)隊(duì)確認(rèn)此類肺炎由一種新型冠狀病毒感染引起。最終,國際病毒分類委員會(huì)將這種病毒命名為新型冠狀病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2),世界衛(wèi)生組織將該病毒引起的疾病命名為新型冠狀病毒?。╟oronavirus disease 2019,COVID-19)[2]。疫 情首發(fā)后,我國各省區(qū)市及全球多個(gè)國家均出現(xiàn)感染病例。截止到2020年4 月20 日,全球共有202個(gè)國家和地區(qū)發(fā)現(xiàn)確診病例,累計(jì)確診病例達(dá)2 405 536例,死亡病例達(dá)165 701 例。SARS-CoV-2 對(duì)全球公共衛(wèi)生安全造成了巨大威脅。本文綜述了疫情發(fā)生以來,相關(guān)科研人員對(duì)SARS-CoV-2 的病原學(xué)特點(diǎn)、流行病學(xué)特點(diǎn)、病原學(xué)檢測(cè)、治療與愈后癥狀等方面的研究成果,以期為后續(xù)研究和疫情防治提供參考。

1 病原學(xué)特點(diǎn)

冠狀病毒(coronavirus,CoV) 是直徑為80~120 nm 的正鏈RNA 病毒,是人類及許多動(dòng)物的重要病原,可以引起多種急、慢性疾病。CoV種類繁多,其中感染哺乳動(dòng)物的為α 屬(包括CoV-229E、CoV-NL63) 和β 屬(包 括CoV-OC43、CoV-HKU1、SARS-CoV、MERSCoV 和SARS-CoV-2)。急性呼吸綜合征冠狀病毒(SARS-CoV)和中東呼吸綜合征冠狀病毒(MERS-CoV)都曾引起嚴(yán)重急性呼吸道疾病的暴發(fā);冠狀病毒CoV-229E、CoV-OC43、CoVHKU1 則可起引兒童和老年人的普通感冒以及下呼吸道感染;CoV-NL63 可造成(偽)小兒麻痹和細(xì)支氣管炎[3]。

SARS-CoV-2 是目前發(fā)現(xiàn)的第7種可感染人類的冠狀病毒,基因組大小為29 891個(gè)核苷酸,包含兩端非編碼區(qū)序列(untranslated regions,UTR)和一個(gè)完整的開放閱讀框基因(open reading frame,ORF)[4],可編碼 9 860個(gè)氨基酸。其中ORF1a 編碼木瓜蛋白酶樣蛋白酶(papainlike protease,PLpro)和3C 樣蛋白酶(coronavirus main proteinase,3CLpro),ORF1b 編碼多聚蛋白酶(pp1a 和pp1ab)。PLpro、3CLpro 切割pp1a、pp1ab 后產(chǎn)生依賴性RNA 聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase,RdRp)和解螺旋酶(helicase),以參與病毒的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制。病毒結(jié)構(gòu)相關(guān)蛋白包括,刺突糖蛋白(spike glycoprotein,S),包膜蛋白(envelope protein,E),膜蛋白(membrane protein,M)和核衣殼蛋白(nucleocapsid protein,N)。

2 流行病學(xué)特征

2.1 傳播途徑

2.1.1 跨物種傳播 Zhou 等[5]經(jīng)過生物信息學(xué)對(duì)比發(fā)現(xiàn),SARS-CoV-2 與云南地區(qū)蝙蝠所攜帶的RaTG13 相似性達(dá)96%,但其S 蛋白的RED 結(jié)構(gòu)域卻有明顯差異。有學(xué)者進(jìn)一步使用S1 蛋白序列在基因庫里篩選到匹配相似度更高的,來自馬來穿山甲的序列(YP009724390.1),并認(rèn)為穿山甲是SARS-CoV-2 的中間宿主[6-8]。Xiao 等[9]證實(shí)馬來穿山甲上的CoV 是SARS-CoV-2 病毒的一個(gè)亞型,其與SARS-CoV-2 基因相似度為90.3%,并且S 蛋白的受體結(jié)構(gòu)域(RED)與SARS-CoV-2 相似性極高。因此 SARS-CoV-2 有兩種可能的跨物種傳播途徑:第一種是蝙蝠—人類,第二種是蝙蝠—中間宿主—人類。

2.1.2 人際傳播 疫情暴發(fā)以來,人員流動(dòng)使全球大多數(shù)國家出現(xiàn)SARS-CoV-2 感染病例。德國和英國的研究團(tuán)隊(duì)收集了全球各國病例樣本進(jìn)行基因檢測(cè),發(fā)現(xiàn)了SARS-CoV-2 的基因根源和演化途徑。他們對(duì)世界各地的160個(gè)SARS-Cov-2 基因組進(jìn)行了系統(tǒng)進(jìn)化分析,發(fā)現(xiàn)了3個(gè)SARS-Cov-2 變體,并根據(jù)氨基酸變化不同將其命名為A、B 和C型,其中A 型為原始病毒類型,B 型衍生自A 型,C 型衍生自B 型。A 型的兩個(gè)子群通過同義突變T29095C 區(qū)分。A 型通過兩個(gè)突變衍生出B 型,分別為同義突變T8782C 和非同義突變C28144T,即亮氨酸突變?yōu)榻z氨酸。C 型又在B 型基礎(chǔ)上發(fā)生非同義突變G26144T,即甘氨酸突變?yōu)槔i氨酸。三類變體在全球的分布范圍不同,差異極大。A 和C 型多發(fā)現(xiàn)于歐洲和美國,B 型常見于東亞[10]。從中可以看出,人際傳播成為SARS-CoV-2 的主要傳播途徑,并且在感染動(dòng)物和人類過程中會(huì)不斷產(chǎn)生基因重組和基因突變,最終導(dǎo)致毒力更高和感染力更強(qiáng)的變異體存在并傳播。人際傳播的主要傳染源為COVID-19 確診患者及處于潛伏期感染者和無癥狀感染者[11]。人際傳播的主要途徑:一是飛沫傳播,即吸入感染者咳嗽、說話時(shí)噴出的飛沫;二是接觸傳播,即接觸患者或病毒攜帶者的黏膜或破損皮膚,或接觸物品表面上攜帶的感染者的飛沫[12];三是氣溶膠傳播,即吸入感染者咳嗽、說話時(shí)噴出的飛沫而形成的氣溶膠;四是其他可能的傳播途徑,包括糞口傳播[13]。

2.2 致病機(jī)理

SARS-CoV-2 的致病機(jī)理主要是病毒通過內(nèi)體途徑和細(xì)胞表面非內(nèi)體途徑進(jìn)入細(xì)胞,復(fù)制合成新的病毒顆粒完成對(duì)細(xì)胞的感染,進(jìn)而以胞吐的形式再感染更多的細(xì)胞,造成組織器官損傷甚至衰竭。研究發(fā)現(xiàn),SARS-CoV-2 可以通過內(nèi)體途徑進(jìn)入細(xì)胞。SARS-CoV-2 的S 蛋白可與肺上皮細(xì)胞、肺泡細(xì)胞、腸積層細(xì)胞、腸血管平滑肌細(xì)胞等的表面受體血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2 結(jié)合,并利用細(xì)胞絲氨酸蛋白酶TMPRSS2 激活S 蛋白,之后通過內(nèi)體途徑進(jìn)入細(xì)胞釋放基因組[14];然后由ORF1a 編碼的PLpro 和3CLpro 蛋白酶切割ORF1b 編碼的多聚蛋白質(zhì)pp1a 和pp1ab,產(chǎn)生復(fù)制轉(zhuǎn)錄復(fù)合物,以參與病毒的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制,從而合成新的病毒顆粒,完成對(duì)細(xì)胞的感染;最后以胞吐的形式釋放到細(xì)胞外進(jìn)行新一輪的病毒增殖[15]。近期研究發(fā)現(xiàn),SARSCoV-2 的S 蛋白通過與宿主細(xì)胞上的受體CD147結(jié)合,從而介導(dǎo)病毒入侵[16]。

2.3 臨床癥狀

目前研究發(fā)現(xiàn),SARS-CoV-2 的易感人群遍布各個(gè)年齡段,其中患有慢性疾病的老年人更容易發(fā)展成危重病人。SARS-CoV-2 感染后的臨床特征與先前所發(fā)現(xiàn)的β-CoV 感染后的臨床特征相似,根據(jù)患者自身身體狀況,會(huì)產(chǎn)生不同的首發(fā)癥狀和并發(fā)癥狀。SARS-CoV-2 感染的潛伏期為1~14 d,多為3~7 d[11]。輕型患者的典型首發(fā)癥狀表現(xiàn)為發(fā)熱、干咳、乏力,無肺炎癥狀;普通型患者表現(xiàn)為鼻塞、流涕、咽痛、肌痛和肺炎癥狀。少數(shù)患者以腹瀉[17]或結(jié)膜炎[18]為首發(fā)癥狀。部分重癥或危重癥患者的主要癥狀為發(fā)熱、咳嗽,肺部透明膜形成、肺泡脫落、肺斑片狀灰白色改變,淋巴細(xì)胞如CD45+、CD19+B 細(xì)胞等計(jì)數(shù)減少,出現(xiàn)呼吸困難和/或低氧血癥,部分出現(xiàn)乏力、全身肌肉酸痛、腹瀉等。部分危重病人還會(huì)出現(xiàn)因炎癥因子風(fēng)暴而導(dǎo)致的多器官功能衰竭,甚至休克[11]。與MERSCoV 的部分無癥狀病例相似[19],部分SARS-CoV-2攜帶者由于自身產(chǎn)生抗體以無癥狀體征出現(xiàn),而成為隱形傳染源。

3 病原學(xué)檢測(cè)

3.1 樣品采集

診斷SARS-CoV-2 感染,首先要采集患者各種標(biāo)本,然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行病毒擴(kuò)大培養(yǎng),以提高標(biāo)本的陽性率[20];分離出毒株后,要先利用電子顯微鏡觀察病毒顆粒,再以不同方法進(jìn)行檢測(cè)。

對(duì)任何病例,上、下呼吸道標(biāo)本都必須采集。此外根據(jù)臨床需要,還可以留取糞便標(biāo)本、全血標(biāo)本、血清標(biāo)本。具體標(biāo)本種類如下:上呼吸道標(biāo)本為,鼻咽拭子、咽拭子等;下呼吸道標(biāo)本為,深咳痰液、肺泡灌洗液、支氣管灌洗液、呼吸道吸取物等;糞便標(biāo)本為,糞便或肛拭子;血液標(biāo)本為,發(fā)病后7 d 內(nèi)的急性期抗凝血;血清標(biāo)本為,急性期和恢復(fù)期雙份血清[21]。

3.2 分子診斷

第一種是基因測(cè)序技術(shù)。用于患者樣品中核酸分子的病毒鑒定和后期的深入研究,診斷準(zhǔn)確度高,但測(cè)序所需時(shí)間長(zhǎng),設(shè)備要求高,適合后期精確診斷[22]。

第二種是逆轉(zhuǎn)錄實(shí)時(shí)熒光定量PCR(RT-qPCR)技術(shù)。該方法主要針對(duì)SARS-CoV-2 基因組中開放讀碼框1ab 和核殼蛋白。確認(rèn)陽性病例必須滿足如下條件:同一份標(biāo)本中的2個(gè)靶標(biāo)實(shí)時(shí)熒光 RTPCR 檢測(cè)結(jié)果均為陽性,若單靶標(biāo)連續(xù)兩次陽性,也可判定為陽性[21]。由于其操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)快,目前被國家衛(wèi)生健康委員會(huì)確定為確診檢測(cè)手段。

第三種是以CRISPR/Cas 系統(tǒng)為代表的基因編輯技術(shù)進(jìn)行病毒核酸檢測(cè)。張鋒等[23]設(shè)計(jì)了兩個(gè)向?qū)NA(gRNA),分別識(shí)別SARS-CoV-2 的S基因和Orf1ab 基因,并切割特異的RNA,使其直接在可視化試紙條上形成條帶。

第四種是基因芯片技術(shù)。利用核酸雜交原理,將特異性的寡核苷酸探針與熒光素標(biāo)記的標(biāo)本核酸進(jìn)行雜交,通過檢測(cè)信號(hào)的有無和強(qiáng)弱來分析標(biāo)本中核酸的數(shù)量和組成[24]。目前,博奧生物已研發(fā)了能同時(shí)檢測(cè)包括 SARS-CoV-2 在內(nèi)的 6種呼吸道病毒的核酸檢測(cè)試劑盒和基因芯片[25]。

第五種是環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增(LAMP)技術(shù)。該方法原理與PCR 類似,但擴(kuò)增效率是PCR 的10~1 000 倍[26]。魯東大學(xué)宣布成功研發(fā)出基于LAMP 的SARS-CoV-2 檢測(cè)試劑盒[27]。

3.3 免疫學(xué)檢測(cè)技術(shù)

SARS-CoV-2 感染人體后,其表面的S 蛋白、N 蛋白會(huì)作為抗原刺激人體免疫細(xì)胞產(chǎn)生免疫球蛋白M(IgM)和免疫球蛋白G(IgG)兩類抗體[28]。IgM 是首次免疫產(chǎn)生的抗體,在感染病毒后1 周左右出現(xiàn),特點(diǎn)為濃度低、時(shí)間短、親和力低,是早期急性期感染的診斷指標(biāo);lgG 是二次免疫產(chǎn)生的抗體,在感染病毒3 周左右出現(xiàn),持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),主要作為感染和既往感染的指標(biāo)??乖瓩z測(cè)的樣本主要是咽拭子、痰液和血液,而抗體檢測(cè)的樣本則是血清、血漿或全血[29]。

免疫學(xué)檢測(cè)技術(shù)主要包括3種:第一種是化學(xué)發(fā)光免疫分析技術(shù),可用于檢測(cè)SARS-CoV-2 的特異性抗體和抗原,具有特異性高、線性范圍寬、速度快等特點(diǎn),一直被廣泛應(yīng)用于臨床樣本的快速檢測(cè)[30]。第二種是免疫膠體金法,可用于檢測(cè)SARS-CoV-2 的特異性抗體和抗原,具有操作方便快速、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于基層醫(yī)療單位及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等[31],但敏感度和特異性較低,核酸檢測(cè)弱,假陽性率、假陰性率較高。第三種是酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)法,通常用于進(jìn)展期和恢復(fù)期患者的血清抗體檢測(cè)[32],但檢測(cè)速度慢、步驟繁瑣,較少用于臨床。

此外,由于不同種冠狀病毒的抗原會(huì)發(fā)生免疫交叉反應(yīng),以及類風(fēng)濕因子、嗜異性抗體、補(bǔ)體和外源性干擾等因素的存在,也可能造成試驗(yàn)結(jié)果的假陽性[33],因此臨床檢測(cè)時(shí)聯(lián)合核酸和抗原抗體檢測(cè),將有助于進(jìn)一步提高SARS-CoV-2 感染的檢出率,排除其他冠狀病毒感染的可能性。

4 臨床治療與愈后狀況

4.1 針對(duì)病毒復(fù)制周期的藥物

根據(jù)SARS-CoV-2 的致病機(jī)制,可采用抑制S 蛋白與宿主細(xì)胞表面受體ACE2 結(jié)合而抑制病毒入胞[34],以及抑制基因復(fù)制所需要的PLpro 和3CLpro 蛋白酶的藥物即可起到治療效果。針對(duì)ACE2 靶點(diǎn)的藥物有磷酸氯喹,它可以干擾ACE2受體的糖基化,增加胞內(nèi)pH、增加干擾素反應(yīng),從而抑制SARS-CoV 復(fù)制[35];而阿爾比多則通過誘導(dǎo)宿主體內(nèi)IFN 生成,激活體內(nèi)2,5-寡聚腺苷酸合成酶,從而特異性抑制S 蛋白與受體ACE2 融合,阻斷病毒基因穿入細(xì)胞核[36]。

目前已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)的多種廣譜抗病毒藥均以3CLpro和RdRp作為抗SARS-CoV-2的主要靶點(diǎn)。例如,靶向RdRp 的藥物有Favipiravir、Ribavirin、Remdesivir,靶 向3CLpro 的藥物有Lopinavir、Ritonavir、Darunavir、Cobicistat 等。此外α-IFN 霧化也在臨床上被廣泛應(yīng)用,它可與被感染細(xì)胞的特異性受體結(jié)合,激活抗病毒蛋白基因,合成多種抗病毒蛋白,從而有效抑制病毒復(fù)制[37]。

4.2 中醫(yī)藥

在抗擊瘟疫的歷史進(jìn)程中,發(fā)現(xiàn)多種中草藥具有抗病毒作用。因2003年曾成功使用中藥治療SARS 肺炎,所以此次COVID-19 治療中,對(duì)大量的輕重癥狀患者也使用了中藥。例如,金銀花、連翹可通過阻斷人血管緊張素轉(zhuǎn)化酶與 SARS-CoV-2的結(jié)合位點(diǎn),從而減輕病毒對(duì)宿主細(xì)胞的損傷[38];甘草酸二胺可抑制CoV 復(fù)制,還可抑制病毒吸附和入胞[39]。因此,針對(duì)此次疫情,國家衛(wèi)生健康委員會(huì)根據(jù)中醫(yī)辨證施治的原則,臨床使用了金花清感顆粒、連花清瘟膠囊(顆粒)、疏風(fēng)解毒膠囊(顆粒)、防風(fēng)通圣丸(顆粒)、藿香正氣膠囊(丸、水、口服液)等中成藥[11]。

4.3 其他治療方法

目前臨床上最有效的COVID-19 治療方法是血漿療法[40],但因康復(fù)者血漿制品中的中和抗體滴度低、來源少,僅可用作個(gè)別危重癥患者的挽救性治療。人工肝療法及使用干細(xì)胞移植免疫療法均可有效改善病毒顆粒誘發(fā)細(xì)胞因子風(fēng)暴給肺部造成的炎癥,且可有效減少激素使用,避免電解質(zhì)紊亂、繼發(fā)感染、消化道出血等不良作用[41-42]。此外疫苗仍然是預(yù)防和治療SARS-CoV-2 感染最有效的措施之一。自2020年1 月起許多國家就開始研究SARS-CoV-2 疫苗。根據(jù)病毒疫苗的研究策略,我國現(xiàn)已同步開展了5 條技術(shù)路線,分別為滅活疫苗、基因工程重組亞單位疫苗、腺病毒載體疫苗、核酸疫苗、減毒流感病毒載體疫苗[43]。其中,腺病毒載體疫苗已進(jìn)入二期臨床試驗(yàn)[44],部分滅活疫苗已獲得一、二期合并的臨床試驗(yàn)許可[45]。

4.4 患者愈后狀況

根據(jù)全國收治的病例情況看,大多數(shù)患者愈后狀況良好,復(fù)查多次為陰性;少數(shù)患者由于是老年人或有慢性基礎(chǔ)疾病,且本身免疫力較差或心肺等器官本身存在病變而導(dǎo)致愈后較差[15]。

值得注意的是,國內(nèi)外都有部分患者在符合出院標(biāo)準(zhǔn)康復(fù)出院后,經(jīng)過一段時(shí)間復(fù)查時(shí)核酸卻為陽性。其原因可能有以下幾種:第一,患者自身抗體較少,再次暴露時(shí)不能有效抵抗病毒感染;第二,患者體內(nèi)還有少量殘留病毒,在出院檢查時(shí),取樣量太少導(dǎo)致陰性或?yàn)榧訇幮?。因此,?yīng)進(jìn)一步完善出院標(biāo)準(zhǔn),要求康復(fù)患者出院后仍要自我隔離14 d 以上,以防止復(fù)陽階段再次傳播病毒。

5 小結(jié)

SARS-CoV-2 以其遺傳多樣性和重組頻繁的特點(diǎn)不斷產(chǎn)生有益突變,使毒力和感染力增強(qiáng),進(jìn)而在世界范圍內(nèi)大規(guī)模傳播。SARS-CoV-2 主要通過內(nèi)體途徑和細(xì)胞表面非內(nèi)體途徑進(jìn)入細(xì)胞合成新的病粒,進(jìn)而對(duì)組織器官造成損傷。飛沫傳播和接觸傳播是SARS-CoV-2 人際傳播的主要傳播途徑,因此佩戴口罩,勤洗手,物品、衣物消毒成為阻斷病毒傳播的主要手段。在SARS-CoV-2 全球大暴發(fā)的嚴(yán)峻現(xiàn)況下,病毒核酸和抗原抗體檢查是隔離確診患者與健康人群的最重要一步,但要正確操作,防止出現(xiàn)假陰性。目前尚未有治療COVID-19 的特效藥物,但臨床上已廣泛使用廣譜抗病毒藥物磷酸氯喹以及中藥連花清瘟顆粒(膠囊)等治療SARSCoV-2 引起的各種癥狀。目前有效預(yù)防SARSCoV-2 感染的疫苗尚未進(jìn)入市場(chǎng),但許多國家都已開始研發(fā),部分疫苗已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。相信不久,在世界衛(wèi)生組織協(xié)調(diào)下,全球科學(xué)研究者終將研發(fā)出有效的抗病毒藥物及疫苗。

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