eLight·封面 | 光杀毒

本文来自论文作者（课题组）投稿

历史上，人类多种严重疾病都由病毒感染所致，比如人类免疫缺陷病毒（HIV），流感病毒，以及造成当下新冠疫情大流行的SARS-CoV-2病毒。作为人类历史上最具破坏性的大流行病之一，由甲型H1N1病毒引起的“1918年流感大流行”在20世纪初，造成了数以千万计的死亡。

数百年来，“光”一直被认为是对抗传染病的潜在工具。譬如，暴露于愈合射线（healing rays）中，可以对抗细菌感染以及伤口感染、牛皮癣、寻常痤疮、立克次体、抑郁症、黄疸和许多其他疾病。同时，更多的研究在进一步探索“光”在治疗感染性病原体方面的其他应用。

近期，来自悉尼科技大学的金大勇（Dayong Jin）教授和伊斯兰阿扎德大学的Esmaeil Biazar教授，共同以“Viral Inactivation by Light”为题在eLight发表综述文章，对光辐射在病毒抑制及清除方面的应用进行了全面回顾。

近年来，越来越多的研究揭示了从自然光到激光的抑制病毒感染的新机制。尽管目前有许多抗病毒药物，但是绝大部分的抗病毒药物都面临着药物耐药的局限性。作为一种可替代的抗病毒治疗策略，科学家开始将物理学方法和技术引入抗病毒治疗中，以提高其疗效、安全性来实现长期应用。例如，光束（light beams）的应用已经被证明是一种安全的，长效的抗病毒治疗方法。当前研究表明，宽辐射光，包括电离辐射、紫外线辐射、中字束、电子辐射、低能电子辐射、X射线、蓝光、光生物调制以及超短脉冲激光的应用，为清除致命病毒提供了独特的机会，特别是包膜病毒，如 HIV、流感病毒以及肝炎病毒。

图1：使用不同电磁波灭活病毒的不同机制

电离辐射可以通过破坏基因组来实现对病原体的灭活作用，同时对蛋白质膜等结构的损害较小。目前，研究人员使用电离辐射来生产各种类型的疫苗，或将其应用到消毒策略中。虽然这种方法适用于对生物样品进行灭菌或生产灭活疫苗，但仅限于对环境和个人防护设备（PPE）的消毒工作。X射线和伽马射线等电离辐射也已广泛用于医学科学中，例如用于疾病的诊断和治疗的放射科学。

不过，特异性是利用“光”来抑制病毒的过程中一个需要考虑的重要因素。电离辐射会影响不同的组织，并且可以穿透身体的各个部位。因此，另一种策略是使用靶向方法从受感染的宿主中根除病毒，比如使用与靶向病毒包膜或表达包膜的感染细胞所结合的抗体。近年来的研究显示，使用近红外 (NIR) 激光特异性灭活在血液制品中的病毒是安全的。同时，最理想的治疗策略应该是仅使用光，而不借助介质，以最大程度地减少副作用以及降低治疗成本。因此，从这个角度来看，近红外激光及可见超短脉冲激光可以实现安全和特异性的病毒灭活作用。

高能光子，包括伽马射线、X射线和UVC紫外射线，都可以通过释放能量，直接对病毒内遗传物质产生破坏作用，来实现对冠状病毒的灭活，比如放射裂解或自由基对病毒核酸的间接破坏。某些强度的 X 射线、伽马射线和UVC紫外射线已经用于抑制和清除COVID-19患者体内的SARS-CoV-2病毒复制和增殖。此外，中子辐射常被应用到病毒的灭活中，因为中子辐射在灭活病毒方面的效率大约是伽马射线的十倍。

紫外线辐射处于电磁光谱中与电离辐射相邻的非电离辐射区域。低能紫外线照射被认为是非电离辐射。但是，高能紫外线照射是电离辐射的一种形式，因为高能量足以通过从原子或分子中剥离电子来电离原子或分子。因此，紫外线辐射是一种众所周知的灭活所有已知微生物和病毒的方法。然而，紫外线辐射亦可引起在诱导皮肤癌方面的担忧。因此，长期使用紫外辐射必须采取一系列的预防措施，将其负面风险降至最低。

图2：低能级或高能级紫外暴露可引起非电离或电离辐射

因此，安全性和特异性是选择物理，或者非侵入性方法以治疗病毒感染所需考虑的另外两个重要因素。安全性方面，有研究表明，利用蓝光杀灭病毒或许使得利用可见光抗病毒成为一种新的可能。然而，这种类型的辐射有时会进一步分解为有害的蓝紫色光和蓝绿色光。尽管需要更多的研究来确定，由自然光或者数字设备带来的蓝光辐射含有多少是对视网膜有害的蓝光，但人们对来自数字设备的蓝光可能引起的眼睛损害及其长期负面影响存在一些担忧。因此，找到更安全、更有效的波长和功率密度来对抗病毒感染就变得异常重要。

本综述中，研究人员回顾了用于病毒灭活的光辐照方法的重要进展，探究了每种方法的机制，讨论了关键参数，并展示了近年来针对有效病毒灭活的多维实验。这些新的发现促使了一系列性能更高的新工具和设备的发明。此外，研究人员表明，对在光辐照过程中病毒基因组和蛋白质表征的研究，将更好地帮助我们理解光抑制及清楚病毒的内在机制，以帮助我们实现更安全有效的病毒灭活，最大程度地减少对人类和环境的有害影响。

| 论文信息 |

Sadraeian, M., Zhang, L., Aavani, f. et al. Viral inactivation by light. eLight 2, 18 (2022). 

https://doi.org/10.1186/s43593-022-00029-9

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