蝙蝠种类丰富,分布广泛,寿命较长,与人类接触密切,是多种人兽共患病病毒的自然宿主。目前从蝙蝠体内分离鉴定的病毒多达60多种,例如非典型肺炎冠状病毒、中东呼吸综合征冠状病毒、埃博拉病毒、马尔堡病毒、亨德拉病毒、尼帕病毒等,其中大部分是高致病性的人兽共患病病毒。这些病毒来自不同的种属,但又有些共性。它们通常是RNA病毒,在细胞核外完成自我复制,感染人类后造成的死亡率高。不同的病毒,传播途径也不同,但更常见的情况是,病毒混在蝙蝠粪便中排泄出来后,进入更接近人类的中间宿主,再经中间宿主传染给人类,给人类公共卫生造成严重威胁。
蝙蝠是一种群居动物,一个简陋的洞穴能容纳上万只蝙蝠,为病毒传播创造了有利的条件。蝙蝠的种类很多,已经发现的有1200种以上,占地球上所有哺乳动物种类的20%左右。这么多的种类也许有助于解释为何蝙蝠可以携带如此丰富的病原体。作为唯一会飞的哺乳动物,蝙蝠能迁徙到不同的地方,比其他飞不动的哺乳动物更容易接触到不同生态区位中的病原体。飞翔是一项高度消耗体能的活动,能产生损害DNA的活性氧,从而促发机体的免疫反应。但蝙蝠体内天生就有很强的固有免疫应答,所以它们能耐受很多病毒。而且,蝙蝠飞翔的时候体温升高了,本来在其他哺乳动物中可引起致命性高热的病原体,在蝙蝠体内也寂然了。
越来越多的科学家想研究蝙蝠的免疫系统,了解这个物种为何能与这么多的病毒共生存。澳大利亚联邦科学和工业研究组织的蝙蝠免疫学家Michelle Baker说他从2008年开始关注蝙蝠免疫学。那时候,他一下午就能把所有的文献看完,因为这方面的研究太少了,也没人愿意资助这样的基础研究。现在,人们了解了蝙蝠能携带这么多致命性的传染病之后,就觉得的确应该好好研究。
最初,Baker用致死剂量的亨德拉病毒来感染蝙蝠。亨德拉病毒在人类中造成的死亡率约50%~100%,但蝙蝠却安然无恙,连发热都没有。用不同的病毒都试过一遍之后,Baker和同事们决定更细致地研究蝙蝠的免疫系统。
他们对澳大利亚的黑色飞狐进行基因测序,发现这种蝙蝠带有大约500个与免疫有关的转录基因,是人类免疫基因数量的三分之一。蝙蝠与人类、小鼠和黑猩猩的基因组对比显示,与固有免疫有关的基因,例如编码干扰素受体1、白介素18、γ干扰素和Toll样受体的基因都在蝙蝠体内选择性表达出来了。这样的基因表达模式让蝙蝠的免疫系统格外强大,能有效阻止病毒复制。
受这一结果启发,Baker实验室的博士后研究员Peng Zhou对蝙蝠体内的干扰素产物进行了深入研究。干扰素是免疫细胞在机体受到感染后产生并分泌的一些信号蛋白质,可以激活适应性免疫应答。Zhou的研究发现,蝙蝠即使在体内检测不到任何病毒的时候也在生产大量的α干扰素RNA,而其他哺乳动物如果不受病毒刺激,体内是查不到α干扰素RNA的。因此,对蝙蝠是基础量的α干扰素在人体和小鼠体内就有毒性,可能引起感冒样症状和器官损害。
Baker的实验室还发现,蝙蝠体内的α干扰素RNA水平很稳定,即使受到其他病毒刺激也几乎不会升高。这种高水平的基础α干扰素RNA可以解释,蝙蝠在感染了很多病毒后为何不会发病。至于蝙蝠为何能耐受持续存在的高水平α干扰素,原因还不清楚。
蝙蝠免疫学是一个新兴的研究领域,研究中能找到的试剂很少。能用于研究的蝙蝠细胞株目前仅有二十多种。研制蝙蝠蛋白质特异性的抗体也面临挑战,能特异性识别蝙蝠α干扰素的抗体研发还没有结果。新加坡杜克-国大医学研究生院的新兴传染病项目主管Linfa Wang表示,现在的研究都在RNA水平进行,因为没有工具进行更深层次的研究,研发人员还要自己开发工具。去野外研究蝙蝠也不好办,许多蝙蝠研究者已经开始自给自足,自己生产动物实验用的蝙蝠克隆。
尽管无法预测下一次传染病流行是什么,何时暴发,关于天然宿主免疫系统的很多有意思问题已经足以让进化生物学家和病毒学家忙上一阵了。蝙蝠的进化历史有5000万年,很可能在相当漫长的一段时间内,它们都和携带的病毒一起共同进化着。
(作者:黄银华、邱梅)
参考文献:Nature Medicine 2015,21,831-833