在过去的二十年中，冠状病毒已引起两次大规模大流行，包括SARS和MERS（中东呼吸综合征）。人们普遍认为SARSr-CoV的天然宿主主要是蝙蝠，未来仍可能会导致疾病暴发。
自2002年SARS暴发以来，在天然宿主蝙蝠体内发现多种急性呼吸系统综合征（SARS）相关冠状病毒（SARSr-CoV）。之前的研究表明，其中一些蝙蝠来源的SARSr-CoV具有感染人类的潜力。
2月3日，《Nature》杂志在线发表一项中国科学院武汉病毒研究所石正丽团队的研究，根据来自于新冠肺炎暴发早期的5例患者的新冠病毒（2019-nCoV）的全基因组测序及相关分析，指出这5例患者的病毒基因几乎完全一致，并且与SARS-CoV有79.5%的序列一致性。此外，2019-nCoV在全基因组水平上与一种蝙蝠冠状病毒具有96%的一致性。对七个保守的非结构蛋白的成对蛋白序列分析表明，该病毒属于SARSr-CoV。从重型患者支气管肺泡灌洗液中分离出的2019-nCoV，其可被几名患者的血清中和。并且2019-nCoV与SARS-CoV一样，均通过受体ACE2进入宿主细胞。
在过去的二十年中，冠状病毒已引起两次大规模大流行，包括SARS和MERS（中东呼吸综合征）。人们普遍认为SARSr-CoV的天然宿主主要是蝙蝠，未来仍可能会导致疾病暴发。新冠肺炎的最早一批患者主要来自于武汉的华南海鲜批发市场（售卖海鲜及野生动物）。感染者的典型临床症状包括发烧、干咳、呼吸困难、头痛和肺炎。疾病发作可能会造成肺损伤，如CT所见肺磨玻璃影，进而导致进行性呼吸衰竭，甚至死亡。根据临床症状和其他标准，包括体温升高、淋巴细胞及白细胞减少（有时为正常）、胸部X光片上出现肺浸润，并且抗生素治疗三天后未见病情明显好转，临床医师可怀疑其为病毒性肺炎。
研究样本来自于新冠肺炎暴发初期入住重症监护病房（ICU）的7例患者，其中6例患者为华南海鲜市场的商户或送货商，送研究者所在单位武汉病毒所（WIV）实验室进行病原体诊断。患者样本分别命名为WIV01-07。作为病毒实验室，考虑到疾病的暴发与冬季以及野生动物市场有关，与SARS暴发的环境类似，于是使用泛冠状病毒PCR引物来测试这些样品。检测发现其中5位患者样本PCR呈阳性，分别为WIV02、WIV04、WIV05、WIV06和WIV07。
使用新一代测序（NGS），通过宏基因组分析对从支气管肺泡灌洗液（BALF）收集的样品WIV04进行分析，以鉴定潜在的病原体。在10038758个总读数，或人类基因组过滤后获得的1582个总读数中，有1378个（87.1%）匹配SARSr-CoV序列（图1a）。通过从头组装和靶向PCR，获得29891 bp的CoV基因组，与SARS-CoV 的BJ01（GenBank登录号AY278488.2）有79.5%的序列一致性。该序列已提交给全球流感共享数据库（GISAID，Global Initiative on Sharing All Influenza Data），登录号EPI_ISL_402124。根据世卫组织WHO的命名，暂时将其称为新型冠状病毒2019（2019-nCoV）。随后从其他四例患者（WIV02，WIV05，WIV06和WIV07）中获得了另外四个2019-nCoV全长基因组序列（GISAID登录号EPI_ISL_402127-402130），彼此之间的同源性高达99.9%。
2019-nCoV基因组由冠状病毒常见的六种主要开放阅读框（ORF）和许多其他辅助基因组成（图1b）。 进一步的分析表明，2019-nCoV与SARS-CoV共享的核苷酸序列一致性低于80%。用于CoV物种分类的ORF1 ab基因中的七个保守复制酶结构域，在2019-nCoV和SARS-CoV之间94.6%的氨基酸序列相同，这意味着两者属于同一物种。
研究者团队早期从蝙蝠冠状病毒中发现了一个短的RNA依赖性RNA聚合酶（RdRp）区域，即蝙蝠冠状病毒RaTG13，并在云南省的犀牛中检测到了该病毒，分析显示该病毒序列与2019-nCoV的序列高度一致。Simplot基因重组分析显示，WIV02的2019-nCoV在整个基因组中与RaTG13非常相似（图1c），整体基因组序列一致性为96.2%。使用2019-nCoV、RaTG13、SARS-CoV、蝙蝠SARSr-CoV的比对基因组序列，在2019-nCoV基因组中未检测到重组的证据。全长基因组、RNA依赖性RNA聚合酶（RdRp）基因和受体结合蛋白刺突（S）基因序列的系统发育分析均显示，RaTG13与2019-nCoV关系最近，与其他SARSr-CoV形成明显的世系（图1d）；2019-nCoV 的S基因核苷酸序列除了与RaTG13有93.1%一致性，其他CoVs高度不同，与所有先前描述的其他SARSr-CoVs的核苷酸序列一致性低于75%；2019-nCoV和RaTG13的S基因比其他SARSr-CoVs长。与SARS-CoV相比，2019-nCoV的主要区别是N末端结构域中的三个短插入，以及五个受体残基中的四个关键残基发生了变化；2019-nCoV在N末端结构域的插入是否具有类似于MERS-CoV的唾液酸结合活性，需要进一步研究。2019-nCoV与RaTG13密切的系统发育关系，为其蝙蝠起源提供了证据。
S基因是基因组中变化最大的区域（图1c）。基于S基因的受体结合结构域，研究者快速开发了一种qPCR检测方法。进一步的分析表明，该引物可以将2019-nCoV与包括MERS-CoV等其他人类冠状病毒（包括蝙蝠SARSr-CoV WIV1）区分开。在这7例患者中，通过qPCR和常规PCR进行的首次采样期间，在六个支气管肺泡灌洗液（BALF）和五个口腔拭子样本中发现2019-nCoV阳性。但是再次采样时，无法在这些患者的口腔拭子、肛门拭子和血液中检测到病毒阳性（图2a）。因此，常规检测中将其他定量PCR靶标（包括RdRp或E基因）用于常规检测可能是必要的。根据这些发现，研究者认为该疾病应通过呼吸道传播，但如果调查范围扩大到包括更多患者，不能排除其他可能性。
为了对2019-nCoV进行血清学检测，研究者使用先前开发的蝙蝠SARSr-CoV Rp3核衣壳蛋白（NP），其与2019-nCoV NP具有92%的氨基酸一致性，作为2019-nCoV NP IgG和IgM ELISA测试抗原；除外SARSr-CoV，SARSr-CoV Rp3 NP 与其他人类冠状病毒无交叉反应。作为研究实验室，研究者未获得全部血液样本。检测一例患者（ICU-06）疾病发作（2019/12/23）后第7天、8天、9天和18天的2019-nCoV 的IgG和IgM滴度，疾病发作后抗体水平呈上升趋势（除外IgM抗体在9至18天呈下降趋势），图2b。研究者对7例病毒阳性患者中的5例在疾病发作后约20天左右进行了病毒抗体检测，相对于健康对照，所有患者样品的2019-nCoV IgG均强阳性（图2b）；3例患者2019-nCoV IgM阳性，提示是急性感染。
使用ICU-06患者的支气管肺泡灌洗液样本，成功在Vero和Huh7细胞中成功分离出了病毒（命名为2019-nCoV BetaCoV / Wuhan / WIV04 / 2019）。孵育三天后，观察到明显的致细胞病变作用。通过交叉反应性病毒NP抗体的免疫荧光显微镜以及宏基因组测序，在Vero E6细胞中成功识别到病毒株WIV04，其中绝大部分读数和2019-nCoV一致，qPCR提示在孵育第1天至第3天病毒载量升高。电子显微镜下，被感染细胞的病毒颗粒显示出典型的冠状病毒形态。为了进一步确认病毒IgG阳性样品的中和活性，使用五例IgG阳性患者血清在Vero E6细胞进行了血清中和测定。研究表明，所有样品均能够以1：40～1：80的稀释度，中和120 TCID 50（组织半数感染量）2019-nCoV。有趣的是，该病毒可以被1:80的稀释度下的马抗SARS-CoV血清交叉中和，但与SARS-CoV抗体交叉反应的潜力需要通过人抗SARS血清来确认。
血管紧张素转化酶II（ACE2）是SARS-CoV的细胞受体。为了确定2019-nCoV是否通过ACE2进入细胞，研究者使用HeLa细胞进行病毒感染性研究，包括多种表达或不表达人、马蹄蝠、麝猫、猪和小鼠ACE2蛋白的HeLa细胞。结果表明，2019-nCoV能够感染小鼠ACE2以外的所有表达ACE2的细胞，而不表达ACE2的细胞均不受感染，这表明ACE2是2019-nCoV的细胞受体（图3）。研究还证明2019-nCoV不通过其他冠状病毒受体与宿主细胞结合，包括氨肽酶N和二肽基肽酶。
这项研究提供了关于2019-nCoV的一份详细报告，在所有测试的患者中观察到的病毒特异性核苷酸阳性和病毒蛋白血清抗体阳性，提供了该疾病与2019-nCoV存在关联的证据。
由于缺乏特定的治疗方法，并考虑到SARS-CoV与2019-nCoV之间的相关性，某些药物和抗SARS-CoV的临床前疫苗或许可以应用于该病毒。此外，考虑到SARSr-CoV在其自然宿主中的广泛传播，未来的研究应集中在对这些病毒进行主动监视。从长远来看，应该为未来冠状病毒引起的新兴传染病准备广谱抗病毒药物和疫苗。最重要的是，应对野生动植物的驯养和消费制定严格的法规。
（报道：贾盛崧）
参考文献：Nature. 2020 Feb 3. doi: 10.1038/s41586-020-2012-7