下载客户端

追问｜张永振教授：希望像天气预报一样预测预警新发突发传染病

澎湃新闻记者季敬杰

2023-10-08 07:56

来源：澎湃新闻

·“从人类与传染病的斗争历史看，啮齿类、蝙蝠和鼩鼱等小型哺乳动物是最重要的人类新发突发传染病的源头。本研究是从地理生境、类群、种群、个体、组织器官五个维度研究这些野生小型哺乳动物中病毒组组成、病毒的进化、生态、病毒与病毒间及病毒与宿主间的相互作用，揭示了病毒在自然生态环境中的播散规律。为将来建立像天气预报一样准确的新发突发传染病预报预测系统提供了坚实的理论基础与技术支撑。”

在满足一定条件的情况下，病毒能够在不同的动物之间传播和变异，最终传染给人类。为了了解这些规律并实现主动防控，就需要我们了解病毒在自然界中分布的宿主类型、地理环境、进化、生态与散播规律等特征。老鼠、蝙蝠、鼩鼱（qú jīng）等小型哺乳动物是人类传染病最重要的传染源，然而我们对它们身上病毒分布和传播规律的全貌知之甚少。

为了回答这些问题，2023年9月20日，复旦大学粤港澳大湾区精准医学研究院（广州）张永振团队在《细胞》（Cell）杂志上发表了文章《宿主特征形塑野生小型哺乳动物中病毒组成和跨种间传播》（“Host Traits Shape Virome Composition and Virus Transmission in Wild Small Mammals”）。

研究人员在浙江的温州与龙泉、湖北的荆门与五峰这四个地点采集了4336只老鼠、蝙蝠和鼩鼱样本，分析了它们身上的病毒组情况、多样性和进化规律以及传播规律，探讨了不同因素对这些病毒进化以及传播的影响。

文章研究了四个地点的三种动物体内的病毒组、分布、演化以及传播。图片来源：《细胞》

近日，澎湃科技专访张永振教授，请他介绍该研究的过程和发现。

【对话】

为建立新发突发传染病预报预测系统努力

澎湃科技：这篇文章的12个作者来自6个不同的机构，能否请你简单介绍一下这个团队？这项研究的缘起？

张永振（粤港澳大湾区精准医学研究院（广州）、复旦大学生命科学学院教授）：文章中提到的这6家机构，其中的主要成员在一起开展病毒的多样性、进化、生态、流行病学等研究超过10年。最初我们主要研究汉坦病毒、狂犬病毒及其所引起的传染病——肾综合征出血热与狂犬病。随着研究的深入，就不再仅局限于研究某一病毒或某一疾病。

鉴于以前的病毒发现鉴定方法费时费力，且成功率低，我们于2013年开始尝试建立新的病毒发现体系。到2016年，借助新建立的体系我们已从无脊椎动物等发现了近2000种新RNA病毒。

这时我开始思考：若要对传染病进行预测预警，仅发现新病毒还不够，还应该重视人类传染病最重要的传染源——啮齿类、蝙蝠、鼩鼱等哺乳动物，系统地从多维度研究这些野生小型哺乳动物中的病毒组的组成、病毒的进化、生态，以及病毒与病毒间、病毒与宿主间相互作用等，由此揭示病毒在自然生态环境中的播散规律。

如果能对上述科学问题有更充分的理解与认识，人类也许就能更好地预防、控制将来由这些动物传染给人的新发突发传染病。过去的研究大多主要集中在某一种（类）动物或某一种（类）病毒，很难清晰它们在这些最重要动物中的全貌。

若要实现上述目标，我们的研究就必须有地理与生态上的代表性，在现场能采集到能真实反映宿主动物多样性与丰度的生物样本，在实验室能发现宿主动物所携带的所有病毒，甚至采用那些我们原来不熟悉的分析方法。

因此，我们在原来工作的基础上，林献丹、田俊华、王淼若等负责现场的采样及生态与流行病学调查研究，陈燕玫、胡书剑等实验室团队成员进行实验研究。

为了共同的目标，经过多年的一起工作，我们这个团队被Edwad Holmes教授称为“一家人”（one family），每个成员就像对待家里的事一样，不怕脏、不怕苦、不怕累，克服重重困难，努力完成自己所负责的工作，并且相互帮助。

复旦大学粤港澳大湾区精准医学研究院（广州）张永振（二排左五）团队。受访者供图

澎湃科技：能否简单介绍一下病毒从动物传播到人身上的过程？

张永振：病毒在自然界中无处不在，动植物等细胞生物是其最重要的宿主。感染人类的病毒则主要来源于动物，尤其是哺乳动物。值得注意的是，并不是所有的动物病毒都能感染人，也不是能感染人的病毒都能引起人类疾病。能引起人类严重疾病的病毒只占自然界病毒组成的一小部分。

在宿主动物中，由于病毒与宿主间的长期共进化，病毒一般不会引起宿主动物疾病；如果病毒将它的宿主都杀死了，它自己也就无法存在了。病毒主要经动物叮咬、气溶胶、食用未彻底消毒的肉等方式传播给人。由此可以看出，没有接触就没有传染病。

病毒从宿主动物到人的过程被称为“溢出”（Spillover）。在这个过程中，病毒在宿主动物中的流行率越高、病毒的载量或丰度越高，人类被感染的几率就越高。

人类行为的不断改变（如探险）也增加了一些原来在大自然中无声无息地存在着病毒感染到人的几率。病毒为了自己的生存与发展需要，会在动物宿主中不断发生着各种变异与进化，以对抗与适应不断变化的生态环境。

另外，当宿主动物随着自然地理生态环境的改变而与其他的动物接触或迁徙，病毒就可能从原来的宿主动物溢出到新的宿主，找到新的生态位，在新的宿主中进一步适应进化，经过一定的时间，变异到一定的程度，就成为了原来不同的新病毒。

澎湃科技：所以《Cell》这项研究的主要贡献是？

张永振：从人类与传染病的斗争历史看，啮齿类、蝙蝠和鼩鼱等小型哺乳动物是最重要的人类新发突发传染病的源头。

本研究是从地理生境、类群、种群、个体、组织器官五个维度研究这些野生小型哺乳动物中病毒组组成、病毒的进化、生态、病毒与病毒间及病毒与宿主间的相互作用，揭示了病毒在自然生态环境中的播散规律。

我们从这些动物发现了多达42个病毒科669种病毒，其中包括534种新病毒与135种已知病毒；除了毛马蹄蝠外（仅采集到一只），所有其他的43种野生小型哺乳动物物种都携带病毒，但三类野生小型哺乳动物的病毒组组成差异很大；尽管鼩鼱的多样性远小于啮齿类动物与蝙蝠，但携带的病毒总数或单一物种携带的病毒数都是最高的，同时是病毒由节肢动物到哺乳动物的“转换器”；部分新发现的病毒具有重要的进化意义；不同病毒科的病毒在这些野生小型哺乳动物的内脏器官分布和器官内的丰度表现出非常大的差异，即使来自同一科的病毒在不同的野生小型哺乳动物中也有不同的宿主体内分布；在动物个体内当病毒在其主要靶器官内达到一定丰度后，病毒就可以播散到其他器官；130多种病毒具有跨种间传播的能力，其中部分具有感染人的潜能；地理生境、宿主物种特征和种群大小影响着病毒组的组成与病毒跨物种传播等。

不难看出，这些研究结果更能全面反映除病毒组在三类小型哺乳动物种的组成、病毒的生态及其播散规律等，为将来建立像天气预报一样准确的新发突发传染病预报预测系统提供了坚实的理论基础与技术支撑。

一些研究设计的现实考虑

澎湃科技：该研究选取了四个地点（湖北的荆门，五峰，温州，龙泉）的三个小型哺乳动物目类（蝙蝠、老鼠、鼩鼱）来研究它们身上的病毒分布情况。这四个地点可以按照地区（海岸或内陆）、地形地貌（有山林的农耕地区和山区）以及海拔两两分组。在研究设计时选择这四个地点还有什么别的原因吗？文中提到在荆门和温州的动物身上发现过与人类疾病相关的病毒，选择这些地点是否与此有关？

张永振：要完成如此重要的研究内容，首先考虑的是地理生态学类型上的代表性与可对比性，不难看出上述四个地点所处的地理位置与生态类型符合要求。其次，现场生态学研究设计能否得到充分落实是关键，尤其是能否采集到能真实反映当地三类小型哺乳动物多样性与丰度的生物标本。

这些地点都有我们团队的核心成员，他们不但具有丰富的现场经验，更是不怕脏、不怕苦、不怕累、不怕困难，保证按实验设计要求完成任务，更重要的是能非常细致地、像做自己家里的事情一样地做好了样本保存与运输，保证样本中的RNA的完整与不被降解，这也是我们能从这些标本中发现如此多病毒的首要基础。

澎湃科技：文中提到了蝙蝠（翼手目）和老鼠（啮齿目）在跨物种传播中一直扮演着重要的角色，能否给读者们介绍一下此次研究中的第三种小动物鼩鼱（食虫目）？文章发现鼩鼱身上带有三种动物之中最多的病毒，其中斯氏缺齿鼩鼱更是带有150种之多，为什么选择鼩鼱？

张永振：鼩鼱是食虫目鼩鼱科鼩鼱属哺乳动物，产生于中生代的白垩纪，大多数是以昆虫为食的小动物，也是哺乳动物中最原始的一类。体型较小，长得像长嘴的老鼠，四肢和尾巴都较短。它们是杂食性动物，以各类昆虫、蠕虫为主要食物，也会吃植物种子、谷物等。主要栖息在较湿润的草原、草地、湖溪草丛、山地森林中。多为夜间活动，行动不是很灵敏。

选择鼩鼱出于多种考虑。首先，它的多样性仅次于鼠类，以昆虫为主要食物，接近全球分布；其次有关蝙蝠和鼠类动物携带病毒及其引发的传染病的研究较多，尽管其在哺乳动物中具有重要生物学地位，但对其所携带病毒的多样性、组成、进化、生态、播散，以及在传播传染病中所起的作用等研究极其匮乏。第三，我们前期的研究发现，节肢动物、昆虫等无脊椎动物携带极其复杂多样的病毒，而鼩鼱作为食虫目类动物，以各类昆虫、节肢动物等为主要食物，那么昆虫携带的病毒是否会随之进入到鼩鼱体内？这些病毒又能否真正地感染鼩鼱或甚至进一步变异进化成为哺乳动物病毒？这都是非常有趣并且重要的科学问题。

澎湃科技：文章在方法部分提到，所有的4336只样本动物都是在2016-17年冬季和早春由龙泉、温州和武汉的疾控中心完成的。蝙蝠是在山洞中捕获，而老鼠和鼩鼱是通过笼子和诱饵抓的。能否大致介绍一下科研人员捕获动物的流程？除了研究之外，疾控中心在平时会处于监测的目的采集这些动物样本吗？这种数量的采集会对生态环境造成影响吗？

张永振：我们在2016-17年的冬季与春季捕获这些小型哺乳动物。这个时节，蝙蝠处于休眠期，相对容易捕获。由于在这个时间段，鼠类与鼩鼱不存在冬眠，它们会夜间出来寻找食物，采用笼子也相对容易捕捉到种类较多的动物。

捕捉这三类动物都是采用的常规方法，没有特殊之处，但经验非常重要，否则采集到的种类很难反映出它们在四个生境中的真实多样性与丰度。解剖则在当地疾控中心的解剖处理工作间完成。

现场工作人员都是具有十多年工作经验的专家，他们在工作时非常注意多点采集，再加上上述动物的繁殖能力很强，采集上述数量的样本不会影响当地这三类动物的多样性与生态。另外，在捕捉动物、解剖、器官采集、包装、运输等全过程中，现场工作人员也非常重视自身保护，严格按照动物伦理与生物安全规则。

澎湃科技：文章中最后对其中的2443只动物进行了分析。能否请你介绍一下为何剩下的那些动物没有被分析？剩下的动物是如何处理的？被解剖的动物残骸又是怎么处理的？

张永振：在文章方法部分我们提到了如何从4336只样本动物中选取2443只动物的筛选标准。简单来说，我们选取的标本需要能够覆盖并代表全部的样本动物物种。对于样本量较小（采样数量小于36只）的物种，所有的标本都被用于筛查病毒。而对于样本量较大（采样数量大于36只）的物种，我们在预实验的基础上、保证分析的科学性，随机抽取36-108个个体作为代表进行病毒筛查与研究。仅筛查了一部分样本而不是全部分，这样能更节约研究经费（注：我们的研究经费不够充足）。

实验后的动物样本，我们都储存在实验室的样本库中，这些样本可被用于该项课题后续的相关工作，也可用于课题组的其他课题研究，产生更多的科学数据，尽量使它们的科研价值发挥到极致。实验过程中产生的残骸，我们都会按照国内标准流程进行无害化处理。

研究中一些具体的发现

澎湃科技：研究中首先对三个目类所携带的病毒进行了提取和识别，并记录了这些病毒在内脏中的分布。能否简要介绍一下这一过程和主要发现？

张永振：首先我们对4个地点捕捉的3个不同目的小型哺乳动物按物种进行分组，并按照上个问题中的标准选取了每个物种的实验个体。然后我们将解剖后的相同动物物种的相同器官（肝、肠、脾、肺、肾）样本进行了混合，使用核酸提取试剂盒提取了混合样本中的全部RNA（包括宿主携带的全部病毒RNA）。对质量合格的RNA进行了后续的宏转录组文库构建，这样我们就获得了4个地点44个物种5类器官共计353个宏转录组文库。再将文库数据进行后续分析之后，我们就能对每个文库中的病毒进行识别和鉴定，再比较同一物种不同器官对应文库中病毒的丰度数据，就能了解这些病毒在内脏中的分布。

主要发现有如下三点：

1.发现不同病毒科的病毒在这些野生小型哺乳动物的内脏器官分布和器官内的丰度表现出非常大的差异。例如：星状病毒科、杯状病毒科、冠状病毒科和小核糖核酸病毒科的病毒在粪便中几乎都以高丰度存在，而副粘病毒科的病毒在肾脏中的检出率与丰度最高。

2.即使来自同一科的病毒在不同的野生小型哺乳动物中也有不同的宿主体内分布。例如：与蝙蝠相比，副粘病毒在鼠类体内更倾向于多器官分布。

3.通过数据拟合分析发现，当病毒在主要靶器官中的丰度达到一定水平时，病毒就能“溢出”到其他内脏器官。

澎湃科技：文章提到在荆门的一种马蹄蝙蝠（R. sinicus bat）身上发现了一种SARS-CoV病毒。相信大家都想知道这是不是意味着马蹄蝙蝠与之后的新冠病毒有关系？

张永振：本研究在荆门马蹄蝠身上发现的是一种SARS类蝙蝠冠状病毒，它与SARS冠状病毒的亲缘关系较近，但与新冠病毒的亲缘关系较远。另外，与新发现冠状病毒有较近亲缘关系的是之前在湖北的同一种蝙蝠身上发现的一种SARS类蝙蝠冠状病毒，它们应为同一型病毒。

在这项研究中，虽然我们在8种蝙蝠、5种老鼠和1种鼩鼱中发现了13种冠状病毒，但并没有发现新冠病毒类病毒，或与其亲缘关系较近的冠状病毒。考虑到自然界中的病毒在不断地进化与频繁地重组或它们也可能与其他病毒科病毒发生重组形成新的病毒，它们是否对人类有致病性？公共卫生风险如何？提示我们需要对这些野生小型哺乳动物进行持续、全面地监测与研究。

澎湃科技：研究随后对病毒在这些动物中的多样性、进化以及传播进行了考察。能否简要介绍一下其中的主要发现？

张永振：首先，我们系统发育分析发现，新发现的病毒有很多处在重要的进化位置上。例如：在五峰黑腹绒鼠中新发现一种汉坦病毒与已知的汉坦病毒差异很大，它不但没有与绒鼠等田鼠亚科携带的病毒聚集在一起，反而与鼩鼱中发现的索托帕莱雅类病毒聚集在一起，并形成姐妹分类群，呈现出较近的亲缘关系。绒鼠中发现的这一新病毒挑战了现有汉坦病毒进化起源的认知。因此，新发现的病毒有助于揭示相应病毒科的进化起源。

第二，新发现的病毒许多与已知的人或家畜病原体有较近的亲缘关系。如与A型轮状病毒、温州沙粒病毒、汉滩病毒等关系密切的近亲病毒不仅在多个生境、多个动物物种中被发现，且均具有较高丰度。此外，我们还在温州黑线姬鼠与臭鼩鼱中发现一种新型亨尼帕病毒，它与近期在发热病人和鼩鼱中发现的琅雅病毒亲缘关系较近。这些数据表明需要在与这些动物物种频繁接触的人群中加强监测。

第三，我们还发现大量以前被认为是无脊椎动物特异性或相关的病毒。这些病毒不仅首次在哺乳动物中被发现，且其中很多呈现多脏器、高丰度分布，表明这些节肢动物特异或相关的病毒真正地感染了小型哺乳动物宿主，而非仅源自于宿主的进食。另外，节肢动物特异或相关的病毒在鼩鼱中的检出率最高，鼩鼱又是主要以节肢动物为食的，这也提示脊椎动物的病毒来源于节肢动物，而鼩鼱在其中发挥了重要作用。