过去对冠状病毒的研究经验提示，需要用病毒在动物宿主（包括宿主和中间宿主）的进化来解释SARS-CoV-2在人类中的出现，但不能排除的是，在2019年12月首次检测到冠状病毒之前，该病毒在人类中“隐秘”传播期间获得了部分关键突变。

持续流行的新型冠状病毒-严重急性呼吸综合征冠状病毒2 （severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2）引起了全球的极大关注。复旦大学的张永振教授与合作者Edward C. Holmes参与了该病毒的初始基因组测序工作，描述了SARS-CoV-2的基因组数据，并对其起源进行了讨论。

一种新型冠状病毒

2019年12月下旬，中国湖北省武汉市报告了第一例2019冠状病毒病（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）病例，回顾性研究表明：早在12月1日，一名患者已出现相关症状。当前的数据显示，COVID-19的死亡率显著高于季节性流感，但低于2002年~2003年的SARS-CoV和2015年的中东呼吸综合征冠状病毒（Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus，MERS-CoV）。然而，有证据表明：SARS-CoV-2的传染性比SARS-CoV和MERS-CoV更强。

首批报告的COVID-19病例与武汉的华南海鲜市场之间有重要关联，他们曾去过或在该市场工作。毫无疑问，鉴于SARS-CoV-2是人畜共患性病毒，与这样一个“潮湿”且环境差的市场有关也就不足为奇了。然而，由于并非所有早期案例都与该市场有关，因此实际情况可能比最初怀疑的更为复杂。目前，已经从该市场上采集了样本并做了基因组测序分析，且遗传分析表明：来自这些样本的病毒与武汉最早的COVID-19病人身上的病毒密切相关。尽管这再次表明该市场在病毒的出现中发挥了重要作用，但尚不清楚这些病毒是来自被感染的人，还是源自该市场的动物。

SARS-CoV-2与其他冠状病毒比较

早期基因组测序表明，SARS-CoV-2是β属冠状病毒的一个亚属（Sarbecovirus），该亚属还包括SARS-CoV，而MERS-CoV属于β属冠状病毒的merbecovius亚属。实际上，核苷酸水平初步比较的结果显示，SARS-CoV-2与SARS-CoV相似度约79%。当然，基因之间的相似性模式差异很大，SARS-CoV和SARS-CoV-2的刺突蛋白（与宿主细胞受体相互作用的关键表面糖蛋白）序列相似性约为72%。

相比之下，2013年在中国云南中华菊头蝠体内发现的病毒RaTG13在核苷酸序列水平上与SARS-CoV-2的相似性高达96%。尽管它们在核苷酸序列水平上高度相似，但是SARS-CoV-2和RaTG13在许多关键的基因组特征上是不同的，其中最重要的是SARS-CoV-2在刺突蛋白的S1和S2亚基结合处含有一个多碱基（furin）切割位点插入（PRRA残基）。这种插入可以增加病毒的传染性，研究显示，该插入序列存在于高致病性的禽流感病毒和其它的人类冠状病毒中（包括HCoV-HKU1），但不存在于β冠状病毒中。此外，SARS-CoV-2和RaTG13的受体结合域（receptor binding domain, RBD）仅有约85%的相似性，并且仅共享六个关键氨基酸残基中的一个。序列和结构比较均表明，SARS-CoV-2 RBD非常适合与人类血管紧张素转换酶2(angiotensin converting enzyme 2, ACE2)受体结合，SARS-CoV也可以与该受体结合。重要的是，在2019年中期从云南省中华菊头蝠获得的另一种病毒（RmYN02）中观察到在刺突蛋白S1和S2亚基交界处的酶切位点存在独立的PAA核苷酸片段的插入，这表明插入事件是冠状病毒进化过程中的一个自然过程。虽然RmYN02与SARS-CoV-2中的刺突蛋白相对不同（约72%的序列相似），但在长链的复制酶基因中RmYN02与SARS-CoV-2最接近（约97%的核苷酸序列相似）。

虽然在进化上SARS-CoV和MERS-CoV都与SARS-CoV-2密切相近，并且都有蝙蝠宿主，但这几种病毒之间的生物学差异却很明显。与SARS-CoV和MERS-CoV比较，SARS-CoV-2的传染性明显更强，导致其与SARS-CoV和MERS-CoV的流行病学特征截然不同。在后两种病毒中，病例数的增长相对较慢，MERS-CoV从未完全适应人传人：大多数病例由阿拉伯半岛的骆驼传播，只有个别的人传人现象。相比之下，SARS-CoV-2在全球的传播速度令人惊讶。当务之急显然是确定引起这种较强人传人能力的病毒学特征。

SARS-CoV-2的人畜共患起源

COVID-19的出现和迅速传播导致了其全世界范围的大流行。这是一种具有较高毒力的呼吸道病原体，具有跨越物种界限的特性。事实上，流行病学模型显示，武汉封城之前，SARS-CoV-2就已经在中国广泛传播。

早期的基因组比较结果显示，与SARS-CoV-2最相关的病毒来自蝙蝠，这个结果不足为奇。因为近年来的研究已经发现了一系列令人印象深刻的蝙蝠冠状病毒，包括RaTG13和RmYN02。因此，蝙蝠无疑是多种冠状病毒的重要宿主。尽管如此，蝙蝠在SARS-CoV-2的人畜共患病起源中所起的确切作用却仍不清楚。特别是，与SARS-CoV-2关系最密切的蝙蝠病毒是从距离武汉1500多公里的云南省的动物身上取样的。来自于湖北省蝙蝠的冠状病毒相对较少，且在系统进化上与SARS-CoV-2的序列相对较远。此外，尽管蝙蝠病毒与SARS-CoV-2的序列相似性为96%～97%，它们之间似乎密切相关，但实际上这种相似性可能是SARS-CoV-2经过了20多年的进化才产生的。因此，几乎可以肯定的是，更多的采样将发现更多与SARS-CoV-2亲缘关系更近的蝙蝠病毒。一个关键的问题是，这些病毒是否含有关键的RBD突变和SARS-CoV-2中发现的类似于furin的酶切位点插入。

尽管蝙蝠很可能是这种病毒的宿主，但它们的生活环境远离人类，这暗示其他哺乳动物物种很可能充当了“中间”或“扩增”宿主，在这些宿主中，SARS-CoV-2能够获得有效人类传播所需的部分或全部突变。为了确定中间宿主物种，需要对来自潮湿环境或生活在人口密集地区的动物进行更广泛的采样。最近在非法输入中国南部（广东和广西省）的马来穿山甲（Manis javanica）中发现了与SARS-CoV-2密切相关的病毒。值得说明的是广东来源的穿山甲体内病毒的RBD与SARS-CoV-2中的RBD密切相关，且包含与ACE2受体结合的全部六个关键突变，并且有97%的氨基酸序列相似性（尽管它们在基因组其余部分中与SARS-CoV-2的差异很大）。尽管穿山甲因其频繁被非法贩运和濒危状态而备受关注，但它们携带与SARS-CoV-2相关的病毒这点强烈表明，各种哺乳动物中的β属冠状病毒存在着巨大的差异，但尚未从这些动物中取样分析。

过去对冠状病毒的研究经验提示，需要用病毒在动物宿主（包括宿主和中间宿主）的进化来解释SARS-CoV-2在人类中的出现，但不能排除的是，在2019年12月首次检测到冠状病毒之前，该病毒在人类中“隐秘”传播期间获得了部分关键突变。具体来说，该病毒在人群中出现的时间可能比设想的更早（甚至在人群中出现的时间早于在武汉出现的时间），但没有被发现，因为目前用于监测和病原体鉴定的标准系统无法发现无症状感染者、轻微呼吸道症状感染者，甚至偶发性肺炎患者。在这段隐秘传播阶段，病毒可能已经逐渐获得了关键的突变，这些突变可能就包括RBD和furin酶切割位点的插入，使其能够完全适应人类。直到一系列肺炎病例出现，才能够通过常规监测系统检测到COVID-19。显然，对呼吸道感染患者的血清学或宏基因组进行回顾性的研究在很大程度上将有助于确定上述假说是否正确，尽管这种早期病例可能永远不会被发现。

另一个备受关注的问题是SARS-CoV-2是否是一种重组病毒。在sarbeviruses病毒基因组中存在多个位点的重组，包括刺突蛋白。此外，与SARS-CoV-2密切相关的蝙蝠病毒中也观察到了多个位点的重组。例如，有证据表明SARS-CoV-2病毒、RaTG13病毒和广东来源的穿山甲中的冠状病毒之间存在重组，RmYN02的基因组也同样受重组影响。然而，试图确定重组的确切模式和基因组起源是困难的，特别是许多区域的重组较小且容易改变，随着对更多SARS-CoV-2相关的病毒进行分析，我们可能会有所发现。为了解决这些问题，有必要对动物种群中的病毒进行更广泛的取样。

SARS-CoV-2的基因组进化

随着COVID-19的流行，更多的病毒被测序。正如预期的那样，鉴于它们近期的共同起源，武汉最早的样本中病毒含有的遗传多样性相对较少。虽然这阻碍了详细的系统发育和系谱的推断，但是这种相对较少的遗传多样性表明，武汉市公共卫生系统在发现第一批COVID-19患者方面做了出色的工作。但是，这种看似近期的共同起源并不能排除大暴发前的人类隐秘传播时期。尽管随着样本的增加COVID-19的遗传多样性增加了，这表明现在可以检测到SARS-CoV-2序列的系统发育簇，但仅用比较基因组的方法很难确定病毒在全球传播的过程中是否获得了重要的表型突变，任何此类的声明都需要严谨的实验验证。

鉴于RNA病毒的高突变率，显然，病毒基因组中将出现更多的突变，这将有助于追踪SARS-CoV-2的传播。然而，随着SARS-CoV-2的流行，相对于总感染人数来说，我们用于测序的患者样本量却非常少，以至于很难甚至不可能检测出人与人之间的传播链。因此，在试图推断准确的传播事件时，必须始终保持谨慎。另外，尽管由于冠状病毒的3’-5’核糖核酸外切酶具有一定的校正功能，其突变率可能比其他RNA病毒更低，但其长期核苷酸替换（即分子进化）率仍处于其他RNA病毒的核苷酸替换率分布范围内。这表明，病毒较低的突变率在一定程度上能通过病毒在宿主体内的高复制率所弥补。尽管没有证据表明RNA病毒的这种弥补低突变的能力会导致表型的任何根本性变化（例如传播性和毒型），但监测表型的任何变化显然还是重要的。在任何可能的情况下，COVID-19的病例数和/或病死率的下降都可能是由于人类群体免疫力的增强，而不是病毒的变异所导致的。

小结

不可避免的是，SARS-CoV-2将与HKU1、NL63、OC43和229E一起成为在人类中传播的第五种冠状病毒。SARS-CoV-2显然具有跨越物种界限和适应新宿主的能力，因此，很容易预测未来会出现更多的冠状病毒患者。尽管与其他一些RNA病毒相比，SARS-CoV-2具有这种能力的原因尚不清楚，但至关重要的是，对动物冠状病毒的监测应包括蝙蝠以外的动物，因为中间宿主的作用非常重要，它们为病毒在人类中的出现提供了更直接的途径。鉴于野生动物中病毒的多样性及其不断的进化，减少未来暴发风险最简单也最具成本效益的方法是尽可能限制人类接触动物病原体。虽然人类与动物世界的密切关系意味着不能完全限制人类接触动物病原体，但对非法野生动物贸易采取更严厉的打击，并将所有哺乳（或许还有禽类）野生动物从动物交易市场上清除，是重要的解决办法。

（编译：贾盛崧）

参考文献： Cell 2020;181:1-5