针对新冠病毒SARS-CoV-2COVID-19Nature期刊最新研究进
时间:2020-05-04 08:09

  2020年4月30日讯/BIOON/---自2019年12月8日以来,中国湖北省武汉市报告了几例病因不明的肺炎。大多数患者在当地的华南海鲜批发市场工作或附近居住。在这种肺炎的早期阶段,严重的急性呼吸道感染症状出现了,一些患者迅速发展为急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)、急性呼吸衰竭和其他的严重并发症。2020年1月7日,中国疾病预防控制中心(China CDC)从患者的咽拭子样本中鉴定出一种新型冠状病毒,最初被世界卫生组织(WHO)命名为2019-nCoV。大多数2019-nCoV肺炎患者的症状较轻,预后良好。到目前为止,一些患者已经出现严重的肺炎,肺水肿,ARDS或多器官功能衰竭和死亡。

  SARS-CoV-2(之前称为2019-nCoV)的透射电镜图,图片来自NIAID RML。

  2020年2月11日,世卫组织将这种疾病病重命名为2019年冠状病毒病(COVID-19)。同一天,负责分类和命名病毒的的国际病毒分类学委员会的冠状病毒研究小组在bioRxiv上发表了一篇文章,指出该研究小组已经决定,新型冠状病毒2019-nCoV是导致2002-2003年爆发严重急性呼吸综合征(SARS)冠状病毒(SARS-CoV)的变种。因此,将这种新病原体重新命名为严重急性呼吸综合征冠状病毒2号(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2),或SARS-CoV-2。值得注意的一点是,尽管国际病毒分类委员会冠状病毒研究小组将病毒命名为SARS-CoV-2,但该研究小组John Ziebuhr认为这个名字(SARS-CoV-2)和SARS(严重急性呼吸综合征,也称型肺炎)没有关联。不过,这种病毒的重新命名引起了不少争议。据《科学》网站报道,世界卫生组织不满意SARS-CoV-2这个名字,而且不打算采用此名称。

  冠状病毒可引起多种动物的多系统感染。在此之前已有6种冠状病毒可以感染人类,它们主要引起人类的呼吸道感染:两种高度致命性的冠状病毒,即严重急性呼吸道综合征(SARS)冠状病毒(SARS-CoV)和中东呼吸综合征(MERS)冠状病毒(MERS-CoV);4种可导致温和的上呼吸道疾病的冠状病毒,即HCoV-OC43、HCoV-229E、HCoV-NL63和HCoV-HKU1。

  基于此次疫情给中国和全世界带来严重的危害,小编针对Nature期刊上发表的2019-nCoV/COVID-19研究进行一番梳理,以飨读者。

  新型冠状病毒SARS-CoV-2,是导致COVID-19呼吸道疾病的病原体,已经感染了230多万人,死亡16万多人,并在全球范围内造成了社会和经济混乱。目前还没有临床疗效确切的抗病毒药物,也没有预防它的疫苗,而开发药物和疫苗的努力因对SARS-CoV-2感染的细节的认识有限而受到阻碍。为了解决这个问题,研究人员在人体细胞中克隆、标记和表达了29种SARS-CoV-2蛋白中的26种,并利用亲和纯化质谱(AP-MS)鉴定了与每种蛋白物理上相互作用的人类蛋白,确定了332种高可信度的SARS-CoV-2-人类蛋白-蛋白相互作用(PPI)。其中,他们确定了可69种化合物(29种FDA批准的药物、12种临床试验中的药物和28种临床前化合物)靶向的66种人类蛋白或宿主因子。在多种病毒检测中筛选其中的一部分化合物,确定了两组显示出抗病毒活性的药理药物:mRNA翻译的剂和预测的针对Sigma1和Sigma2受体的调节剂。对这些靶向宿主因子的试剂的进一步研究,包括它们与直接靶向病毒酶的药物联合使用,可能导致开发出治疗COVID-19的治疗方案。

  正在爆发的COVID-19疫情已在全球范围内迅速蔓延。虽然SARS-CoV-2通过人的呼吸道飞沫和直接接触的途径很明显,但对气溶胶的可能性了解甚少。在一项新的研究中,我国研究人员通过测量2020年2月和3月COVID-19疫情期间武汉两所医院不同区域的气溶 胶中病毒RNA的含量,调查了SARS-CoV-2的空气动力学性质。在隔离病房和通风的病人房间中检测到的气溶胶中SARS-CoV-2 RNA的浓度很低,但在病人的卫生间区域中,SARS-CoV-2 RNA的浓度却有所升高。除了在两个容易拥挤的区域外,大部分公共区域的空气的 SARS-CoV-2 RNA含量都无法检测到,这可能是由于人群中的病毒携带者在人群中感染所致。他们发现,一些医务人员区域最初的病毒RNA浓度较高,气溶胶大小分布显示出亚微米及/或超微米区域的峰值,但在实施严格的消毒程序后,这些水平已降至无法检测到。虽然他 们没有确定在这些医院区域检测到的病毒的传染性,但他们提出SARS-CoV-2有可能通过气溶胶。这些研究结果表明,房间通风、开阔的空间、防护服的消毒,以及厕所区域的正确使用和消毒可以有效地气溶胶中SARS-CoV-2 RNA的浓度。今后的工作应探讨气溶胶 病毒的传染性。

  突发性、大规模和扩散性的人口迁移可以将局部的疫情扩大为广泛的流行病。 因此,对总的人口流动进行迅速和准确的追踪,可能提供流行病学方面的信息。在一项新的研究中,我国研究人员利用手机数据对2020年1月1日至1月24日期间从武汉市迁往中国296个县的 11478484人进行了统计。首先,他们记录了隔离措施在停止人口流动中的功效。第二,他们发现,从武汉地区人口流出的分布情况可以准确预测到2020年2月19日之前全中国各地COVID-19感染的相对频率和地域分布。第三,他们开发了一个时空 风险源 模型,利用人口 流动数据(可操作性地预测来自疫情中心的风险),不仅可以预测确诊病例,还可以在早期识别高风险地区。第四,他们利用这个风险源模型,根据武汉市人口流出的情况,统计得出COVID-19的地理分布和增长模式,得出了不同地区COVID-19社区风险的基准趋 势和评估指标。任何国家的政策制定者都可以利用这种方法,利用现有数据进行快速、准确的风险评估,并在持续的疫情爆发前对有限的资源分配进行规划。

  在一项新的研究中,来自联邦国防军微生物研究所、慕尼黑施瓦宾格医院、大学夏丽特医学院和慕尼黑大学医院的研究人员详细分析了来自慕尼黑的9名患上COVID-19呼吸道疾病且症状相对较轻的成年患者。这项研究表明冠状病毒SARS-CoV-2在这些患者的上 呼吸道中活跃复制,这表明患者在症状出现的第一周内可能较高水平地‘脱落’或者说排泄这种病毒。相关研究结果于2020年4月1日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Virological assessment of hospitalized patients with COVID-2019”。

  论文共同通讯作者Christian Drosten及其同事们研究了9名诊断为COVID-19的中青年成年人的病毒脱落情况,这些患者因轻度上呼吸道症状在慕尼黑的一家医院接受治疗。他们分析了在临床治疗过程中从这些患者体内采集的喉部和肺部样本、痰液(即呼吸道粘液)、粪 便、血液和尿液。

  这些作者发现在上呼吸道组织中SARS-CoV-2病毒复制水平较高,并且报告在症状发作的第一周内在上呼吸道中病毒脱落的水平也较高。他们都可以从这些患者体内采集的喉咙和肺部样本中分离出这种病毒的传染性形式,直到症状消失的第八天。其中的两名表现出一些早 期肺炎症状的患者持续在痰液中脱落较高水平的SARS-CoV-2直到症状消失的第十天或第十一天。在症状结束后,痰液中仍可检测到这种病毒的RNA。

  血液和尿液样本中未检测到这种病毒,而且这些作者发现粪便样本中虽然存在较高浓度的病毒RNA,但是并未发现这种病毒的复制形式,这支持了它可能无法通过粪便的理论。但是,还需要在较大样本中进一步研究这种可能的途径。

  一种新型高致病性冠状病毒(SARS-CoV-2)自2019年12月以来肆掠全球,应对这一疫情的关键是了解病毒的受体识别机制,调节其感染性、发病机制和宿主范围。而在和原子水平了解SARS-CoV-2如何感染细胞有利于科学家们更快开发出更有效地预防或者治疗性药物。

  为了在原子水平上更好地理解感染的初始步骤,我们泉课题组和琦课题组以2.45 A的分辨率确定了与细胞受体ACE2结合的SARS-CoV-2 刺突蛋白受体结合域(spike receptor binding domain,RBD)的晶体结构。SARS-CoV-2 RBD和ACE2的整体结合模式与SARS-CoV RBD几乎相同,后者也利用ACE2作为细胞受体。研究人员在SARS-CoV-2 RBD中结构分析发现了对ACE2结合至关重要的残基,其中大部分要么高度保守,要么与SARS-CoV RBD中的残基具有类似的侧链性质。研究人员发现虽然SARS-CoV-2不会在SARS和SARS相关的冠状病毒中聚 集,但这种结构和序列上的相似性有力地证明了SARS-CoV-2和SARS-CoV RBDs之间的趋同进化可以改善它们与ACE2的结合。研究人员还分析了以RBD为靶点的两种SARS-CoV抗体的表位,为今后交叉反应性抗体的鉴定提供了思。

  在另一项研究中,李放教授课题组确定了与hACE2配合物中SARS-CoV-2受体结合域(RBD)的晶体结构(利用一种可以促进结晶的工程化RBD)。研究人员发现与SARS-CoV RBD相比,在SARS-CoV-2 RBD中,hACE2的结合具有更紧密的构象;此外,SARS-CoV-2 RBD中的几个残基变 化稳定了RBD/hACE2界面上的两个病毒结合热点。SARS-CoV-2 RBD的这些结构特征增强了其与hACE2的结合亲和力。此外,研究人员还发现与SARS-CoV-2密切相关的蝙蝠冠状病毒RaTG13也使用hACE2作为其受体。在hACE2识别中,SARS-CoV-2、SARS-CoV和RaTG13的差异 了SARS-CoV-2在动物和人类之间潜在的途径。本研究为SARS-CoV-2靶向受体识别的干预策略提供指导。

  总的来说,这两项研究利用X光晶体衍射技术,了SARS-CoV-2与ACE2结合的微观晶体结构,有助于科学家了解ACE2受体介导的SARS-CoV-2识别和感染细胞的过程,可以加快科学家开发治疗性药物和疫苗的进程。

  6.全文编译!中科院武汉病毒所石正丽课题组发表Nature发文正在中国的肺炎疫情很可能由蝙蝠起源的新型冠状病毒导致

  在过去的二十年中,冠状病毒已引起两次大规模疫情:严重急性呼吸综合征(SARS)和中东呼吸综合征(MERS)。一般认为,主要在蝙蝠中发现的SARS 相关冠状病毒(SARSr-CoV)可能会导致未来疫情暴发。

  在一项新的研究中,来自中国科学院武汉病毒研究所、武汉金银潭医院和湖北省疾病预防控制中心的研究人员报道了位于中国中部的湖北省武汉市发生了一系列病因不明的肺炎疫情。从当地的一家海鲜市场开始,到2020年1月26日为止,疫情已蔓延至中国有2050人感染, 其中56人死亡,其他11个国家有35人感染。相关研究结果于2020年2月3日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin”。重要的是,Nature期刊在2020年1月20年收到这篇论文的手稿,1 月29日就接受了这篇论文,并以“加快评审文章(Accelerated Article Preview)”的形式在线发表了这篇论文。论文通讯作者为中国科学院武汉病毒研究所石正丽(Zheng-Li Shi)研究员。

  2019-nCoV的基因组特征,图片来自Nature, 2020, doi:10.1038/s4-7。

  这些患者的典型临床症状是发烧、干咳、呼吸困难、头痛和肺炎。疾病发作后可因肺泡损伤导致进行性呼吸衰竭(如横向CT图像所观察到的那样),甚至死亡。根据临床症状和其他标准,包括临床体温升高,淋巴细胞和白细胞减少(有时白细胞正常),X光片上 出现新的肺部浸润,三天抗生素治疗无明显好转,临床医师将这种疾病确定为病毒性肺炎。大多数早期病例似乎都与最初的那家海鲜市场有接触史,但是如今这种疾病已发展为人与人之间的。

  在疫情开始时就进入了重症监护病房(ICU)的7名重症肺炎患者(其中有6名是海鲜市场销售者或送货者)的样本被送至中国科学院武汉病毒研究所(WIV)实验室进行病原体诊断。考虑这次疫情发生的与SARS相同,即在冬季和在一家海鲜市场里,石正丽及其课题组 在冠状病毒(CoV)实验室中首先使用泛冠状病毒PCR引物来测试这些样本。他们发现了5个PCR阳性样本。通过使用下一代测序(NGS)对从支气管肺泡灌洗液(BALF)中收集的样本(WIV04)进行宏基因组分析以鉴定潜在的病原体。

  在总共10038758个读取片段(read),或者说人类基因组过滤后的总共1582个读取片段中,有1378个读取片段与SARSr-CoV序列相匹配(图1a)。通过从头组装和靶向PCR,他们获得了一个大小29891bp的冠状病毒基因组,它与SARS-CoV BJ01(GenBank登录号AY278488.2) 具有79.5%的序列一致性(sequence identity)。将这些1582个读取片段与所获得的基因组进行重新映射可取得较高的基因组覆盖。这个基因组序列已被提交GISAID网站(登录号EPI_ISL_402124)。根据世界卫生组织(WHO)的名称,他们暂时将它称为新型冠状病毒 2019(2019-nCoV)。随后从其他四名患者中使用下一代测序和PCR获得了另外四个2019-nCoV全长基因组序列(WIV02,WIV05,WIV06和WIV07)(GISAID登录号EPI_ISL_40),彼此之间的一致性高于99.9%。

  这项研究提供了关于2019-nCoV的第一份详细报道,其中2019-nCoV是造成中国中部武汉市正在发生的急性呼吸道综合征疫情的可能病因。在所有测试的患者中观察到的病毒性核苷酸阳性和病毒蛋白血清提供了这种疾病与这种病毒的存在之间存在关联性的。 但是,仍然有许多紧急问题需要解决。尚未通过动物实验来2019-nCoV与这种疾病之间的关联性以充分符合科赫(Kochs Postulates)。他们还不知道这种病毒在宿主之间的途径。这种病毒似乎在人与人之间的可能性越来越大了。人们应当密切这 种病毒是否继续演变成更强的毒性。由于缺乏性治疗,并考虑到SARS-CoV与2019-nCoV之间的亲缘性,一些针对SARS-CoV的药物和临床前疫苗可能可以用于抵抗这种病毒。最后,考虑到SARSr-CoV在它们的天然病毒库中的广泛,未来的研究应当集中在更广泛的地 理区域对它们进行主动。从长远来看,应当为这类病毒引起的未来新兴传染病准备广谱抗病毒药物和疫苗。最重要的是,应对野生动物的驯养和消费制定严格的法规。

  7.全文编译!复旦大学张永振课题组发表Nature论文新型冠状病毒2019-nCoV与中国正在爆发的人类呼吸道疾病有关

  在一项新的研究中,来自中国复旦大学、中国疾病预防控制中心、华中科技大学和武汉市疾病预防控制中心的研究人员研究了一名在这家海鲜市场工作的患者,该患者于2019年12月26日入住武汉市中心医院,出现了严重的呼吸综合征,包括发烧、头晕和咳嗽。相关研究 结果于2020年2月3日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“A new coronavirus associated with human respiratory disease in China”。重要的是,Nature期刊在2020年1月7年收到这篇论文的手稿,1月28日就接受了这篇论文,并以“加快评审文章(Accelerated Article Preview)”的形式在线发表了这篇论文。论文通讯作者为复旦大学公共卫生学院张永振(Yong-Zhen Zhang)教授。

  这名接受研究的患者是一名41岁的男性,无肝炎、结核病和糖尿病病史。他在病发六天后即2019年12月26日入住武汉市中心医院。这名患者在就诊一周后就出现发烧、胸闷,无力咳嗽、疼痛和虚弱。心血管、腹部和神经系统检查均正常。观察到轻度的淋巴细胞减少(每 立方毫米少于900个细胞),但在全血细胞计数(CBC)测试中,白细胞和血小板计数正常。在血液化学测试中,观察到C反应蛋白(CRP,血液41.4 mg/L,参考范围0~6 mg/L)升高,并且天冬氨酸转氨酶、乳酸脱氢酶和肌酸激酶的水平略有升高。动脉血气(ABG)测试显 示这名患者患有轻度低氧血症,血氧水平为67mmHg。在入院的第一天(发病后第6天),X线照片异常,伴有气腔阴影,如磨玻璃样阴影(ground glass opacity),双肺局灶性实变和斑片状实变。CT扫描显示双侧局灶性实变、大叶性实变和斑片状实变,尤其是下肺 。X线天)双侧弥漫性斑块状的模糊阴影。

  为了研究与这种疾病相关的可能病原体,这些研究人员收集了支气管肺泡灌洗液(BALF)并进行了深度宏组测序。这名患者的临床样本在上海公共卫生临床中心的生物安全3级实验室中进行处理。从200μl BALF样本中提取总RNA,并使用Illumina MiniSeq进行双端( 150 bp)测序,从而构建出宏组文库。他们总生了56565928个读取序列(sequence read),从头开始组装这些读取序列并筛选潜在的病原体。在利用Megahit组装出的384096个片段重叠群(contig)中,最长的片段重叠群(30474个核苷酸[nt])具有很高的丰度 ,并且与之前在中国采样获得的蝙蝠SARS样冠状病毒分离株bat-SL-CoVZC45(GenBank登录号MG772933)具有密切的亲缘关系,核苷酸序列同一性为89.1%。这种新型病毒的基因组序列及其末端分别通过RT-PCR9和5/3 RACE Kit(TaKaRa)加以确定和确认。它被命名为 WH-Human 1冠状病毒(WHCV,也被称为2019-nCoV)。它的全基因组序列(29903 nt)的GenBank登录号为MN908947。将这些RNA测序(RNA-seq)数据与这种组装出的WHCV完整基因组进行重新映射导致123613个读取片段发生组装,并且在平均深度为6.04X(范围:0.01X- 78.84X)的条件下可实现99.99%的基因组覆盖率。

  为了更好地了解WHCV感染人类的潜力,将它的刺突蛋白(S)的受体结合结构域(RBD)与SARS-CoV和蝙蝠SARS样冠状病毒中的RBD进行了比较。WHCV的RBD序列与SARS-CoV的RBD序列(氨基酸一致性为73.8%~74.9%)和包括毒株RB4874、Rs7327和Rs4231在内的能够利用人 ACE2受体进入细胞的SARS样冠状病毒(氨基酸一致性为75.9%~76.9%)存在更为密切的亲缘关系。此外,WHCV RBD仅比SARS-CoV RBD长一个氨基酸。相反,与SARS-CoV相比,包括毒株Rp3在内的不能使用人ACE211的其他蝙蝠SARS样冠状病毒在473-477和460-472位点发生 氨基酸缺失。先前确定的与人ACE2(PDB 2AJF)结合在一起的SARS-CoV RBD的晶体结构显示,区域473-477和460-472与人ACE2直接相互作用,因此可能在确定性中起着重要的作用。

  在这篇论文中,这些研究人员从中国武汉市一名患有严重呼吸系统疾病的患者的BALF样本中描述了一种新型冠状病毒:WHCV(2019-nCoV)。系统进化树分析表明WHCV是β冠状病毒属(Sarbecovirus亚属)中的一种新型病毒,因此与SARS-CoV1表现出一些基因组和系统进 化相似性,尤其是在RBD中。2019-nCoV与SARS-CoV之间存在的基因组和临床相似性,以及它在临床样本中的大量存在,为WHCV与武汉市正在发生的呼吸道疾病疫情之间存在关联性提供了。尽管仅从一名患者中分离出这种病毒不足以得出导致呼吸道症状的结论,但是这些发现已在其他患者中得到。

  世界范围内正在爆发的SARS-CoV-2引起的肺炎COVID-19正在给全球人民带来巨大的灾难,了解其来源对于开发治疗和防止以后的再次流行具有重要意义。尽管蝙蝠很可能是SARS-CoV-2的宿主,但是我们仍然不知道可能促进其转移到人类身上的中间宿主。3月26日,大学/汕头大合病毒研究所著名病毒学家管轶教授领衔的团队在Nature杂志上发文,报道了他们在马来亚穿山甲中发现与SARS-CoV-2相关的冠状病毒,他们在来自马来亚穿山甲的样品中发现了SARS-CoV-2相关冠状病毒的两个亚种,包括一个在受体结合域与SARS-CoV-2表现出很强的相似性(97.4%),这些结果表明穿山甲可能是新型冠状病毒转染给人的中间宿主。该研究题为“Identifying SARS-CoV-2 related coronaviruses in Malayan pangolins”。

  研究人员先对2017年8月至2018年1月来自广西的18只马来亚穿山甲的冷冻血液样本以及肺、肠样本进行了分析。通过RNA高通量测序,研究人员发现43个样本中有6个样本(两个肺,两个肠,一个肺肠混合,五只穿山甲的血液)存在冠状病毒。

  通过序列数据并用扩增子测序填充间隙后,研究人员进行了系统发育分析,最终得到了六个属于SARS-CoV-2谱系的完整的或接近完整的基因组序列--GX/P1E、GX/P2V、GX/P3B、GX/P4L、GX/P5E和GX/P5L。病毒分离出的序列(GX/P2V)的基因组序列与原样本的宏基因组测序得到的5个序列具有很高的相似性(99.83-99.92%),均具有与SARS-CoV-2相似的基因组框架,共有11个预测阅读框。

  接下来研究人员对2018年5月至7月对收集到的另一批穿山甲标本进行了qPCR检测,来自12个动物的19个样品中,有3个样品出现了冠状病毒。(生物谷

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