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王立铭:新型冠状病毒肺炎 几个你会关心的科学问题

香帅如是说
 
立铭是个复杂多样化的生物
 
他是正宗名门名校出身,严肃的科学家
 
他是嘴上爱开车爱开屏
 
行动畏缩羞怯的宅男兼奶爸
 
他也是怀抱理想热爱社会愿意躬身入局的学人
 
他是我们这个时代新一代真学者的缩影
 
严肃与戏谑
 
高贵与人间烟火
 
热爱与批评
 
同时并存,完全和谐
 
 
文 | 王立铭(浙江大学生命科学院教授)
 
一、这场疾病到底从何而来,源头是什么?
 
现在能够确认的是,这次新冠病毒肺炎的幕后真凶就是一种刚刚发现的新型冠状病毒(2019-nCoV)。
 
这已经是21世纪以来,冠状病毒家族的成员第三次肆虐人类世界了。2003年和2012年,SARS病毒(严重急性呼吸综合征病毒)和MERS病毒(中东呼吸综合征病毒)曾经两次突然降临人类世界,在中国和中东地区留下了至今尚未痊愈的伤疤。
 
我得提醒一句,确认任何一种全新传染病的病原微生物都不是一件容易的事情。2003年SARS流行时曾经有科学家错误地将患者体内的某种衣原体判断成了病原体,险些造成了疫情管理的大问题。
德国细菌学家罗伯特·科赫
 
而如何判断一种传染病的病原体,其实有一个非常古老但行之有效的办法:科赫法则。
 
这是德国细菌学家科赫在1884年提出的标准,用来判断某种病原体和某个传染病之间的因果关系:每一个病患体内都能找到大量的这种病原体;这种病原体可以从患者体内被分离出来,然后在体外培养;体外培养的病原体可以让健康人患病;新患病的人体内仍然可以找到同样的病原体。
 
具体到这次新冠病毒肺炎,中国科学家们利用科赫法则,已经尽全部可能地证明了新冠病毒就是这种全新肺炎的病原体。
 
那接下来的问题是,这种病原体从何而来?
 
人们已经获得了新冠病毒的完整基因组序列信息(Wu F et al bioRxiv 2020),也有不少研究组已经把它和已知的许多冠状病毒序列加以比对。其中特别值得提出的是两种天然寄生于蝙蝠身体内的冠状病毒:一种存在于舟山地区,序列相似度接近90%(Zhu N et al NEJM 2020);另一种则存在于云南,序列相似度高达96%(Zhou P et al bioRxiv 2020)。
 
而我们已经知道,同属冠状病毒家族的SARS和MERS的天然宿主很可能都是蝙蝠。从这个角度说,新冠病毒的天然宿主确实很可能也是蝙蝠。
 
但是我还是得提醒你注意:确认病原体在自然界的天然宿主也一直是件非常困难的事情,要求我们了解病毒从天然宿主到人传播的全链条。这一点实际上SARS和MERS病毒都还没有彻底证明。
 
其实比确认天然宿主更重要的,是确认新冠病毒的中间宿主——也就是找到它从蝙蝠到人之间的中间链条。
 
要知道,虽然新冠病毒和云南菊头蝠体内的病毒高度相似,但是4%的差别其实也意味着蝙蝠体内的病毒是不太可能直接传染人的。另外,新冠病毒肺炎患者体内的病毒样本彼此之间基因序列高度一致,这本身也提示病毒应该是在某种中间宿主体内完成进化之后开始爆发的。
 
在SARS和MERS的案例里,科学家们确认果子狸和骆驼是两种病毒最重要的中间宿主(Kan B et al J Virol 2005; Sabir JSM et al Science 2015)。那么在新冠病毒的案例里,谁是可能的中间宿主呢?
 
一个主流的猜测是也许那里贩卖的某种野生动物是病毒的中间宿主。但是遗憾的是科学家们没有来得及在市场被封闭之前采集野生动物样本,因此只来得及在市场的环境中进行检测并确实发现了病毒。
 
在这里我可以给出一个粗糙的猜测:这种中间宿主应该是某种能够较大规模饲养的半野生状态的哺乳动物,这样才能为病毒的突变积累提供时间;在未来,规范和严打野生动物贩卖肯定是非常重要的传染病管控措施。
 
 
所以简单总结一下,根据我们目前已知的信息,大概可以推测的病毒来源可能是这样的:
 
某种寄生于蝙蝠体内的冠状病毒因为某种原因进入了某种被人类大规模饲养的半野生哺乳动物体内;在那里,病毒通过广泛的互相传播和突变,获得了感染人类细胞并持续在人类个体之间传播的能力;在2019年年末的某个时间点,它传染进入了武汉一部分居民的体内并且导致了这场大规模的疾病爆发。
 
当然这个简单的推测还有不少问题无法回答。比如说,根据最新研究,新冠病毒肺炎最早的一位感染者本人其实并没有华南海鲜市场的接触经历,最早的几位患者当中也有不少人从来没有去过这个市场(Huang C et al Lancet 2020),那么他们到底是如何被感染的?是病毒在一开始就具备了人和人之间高效传播的能力?还是说这种病毒另有传染源头?这些问题都仍然需要严肃的研究和回答。
 
二、这场疾病将如何发展?
 
衡量一种传染病的影响,一个粗糙的思路是考虑两个维度:毒力和传播力。前者衡量的是如果一个人一旦患上该传染病,症状的严重程度;后者衡量的是一个人有多大概率会得上这种疾病。
 
新冠病毒肺炎的毒力目前有一些粗糙的估计。在最初患病住院的40多人当中,病死率高达15%,重症监护的比例超过30%,都已经超过了SARS的水平(Huang C et al Lancet 2020)。但是如果综合考虑更多症状轻微的患者的话,病死率目前在3%左右,远低于SARS(10%)和MERS(35%)的水平。而且考虑到大多数患者症状轻微甚至从未就医或接受病毒检测,一个合理的猜测可能是3%的病死率还是大大高估之下的数字。
 
而关于这种病毒的传播力,有一个相对简便的定量指标,叫基本传染数(R0),代表在没有外力干预的条件下,一个感染者平均而言能够传染给几个人。如果R0小于1,则意味着这个疾病会慢慢自我消亡。作为对比,这里列举了几个人类历史上重要的传染病的传播力数据:麻疹(12-18),天花(3.5-7),流感(2-4),SARS(2-5)。
 
关于新冠病毒肺炎,目前世界卫生组织在1月23日给出过一个粗糙的估计在1.4-2.5之间,也就是说它的传播力远不如SARS。(2019-ncov)。但同时也有一些研究认为新冠病毒的传播力要比这个更强。但在这个数据质量都比较粗糙的时候,我个人倾向于接受世界卫生组织的预测。
 
(注:关于很多人提到新冠病毒感染总人数似乎可能会很快超过SARS时期的问题。我要强调一下,感染总人数和该病毒的传播力并不是对等的两个概念。这里头的原因也好理解:如果早期防控不利,导致初始感染者的基数较大,那么即便R0更低,也可能产生更多的感染人数。)
 
因此我在这里只能给出一个比较粗糙和谨慎的猜测:新冠病毒的毒力远不如SARS(但要显著的强于流感),传播力也应该不如SARS。因此,对于这场突发传染病的解决,我保持高度乐观。
三、这场疾病最终将如何被解决?
 
面对一种新型病毒导致的传染病,大家的第一反应肯定是,“有没有特效药”。
 
在新闻里确实能看到不少这方面的好消息,比如中科院上海药物所和上海科技大学的科学家们联手利用结构生物学辅助的化合物筛选平台,找到了三十种可能对新型冠状病毒有效的化合物。类似的新闻还有不少,这里就不再列举了。
 
中国科学家的这些努力当然值得赞赏,但是很遗憾的是,针对一种全新的病毒和一场爆发式的传染病,特效药和疫苗都很难成为我们期待中的救星。
 
这背后的道理其实不难理解,药物开发从启动研究到真正量产,需要相当漫长的一段时间。而防控传染病爆发的时间窗口远没有那么长。远水不解近渴。
 
我们拿SARS做个例子,这种严重的呼吸道传染病2002年底在中国广东爆发,在2003年夏季逐渐被控制。但是SARS病毒的疫苗一直到2004年春季才启动人体试验,2006年才正式完成,而到那个时候SARS已经销声匿迹,没有大规模生产和接种疫苗的必要了。
 
至今人类也没有真的开发出针对SARS的特效药物,在实际治疗中仍然以支持治疗为主。所谓支持治疗,就是通过辅助呼吸、抗感染、补充体液等方法维持患者的生存,然后等待患者自身的免疫系统消灭入侵的病毒。
 
实际上针对大多数病毒引起的传染病,人类都没有非常好的特效药物可以根除疾病。相关的例子还包括乙肝病毒引起的肝炎、流感病毒引起的流感、MERS和SARS病毒引起的呼吸道综合征等等。
当然,相比17年前的SARS,科学家对新型冠状病毒肺炎的研究和理解要快的多、深入的多,而曾经针对SARS的研究经验也提示了一些可能的方向。比如说不幸在前线感染病毒的北大第一医院王广发主任,自己就尝试了一种名叫“洛匹那韦利托那韦”的艾滋病药物,似乎也确实显著缓解了病情。 这些线索当然有可能帮助我们找到能够辅助新冠肺炎的药物。
 
还有,如今人类制备疫苗的速度也比十七年前有了很大的提高,甚至有研究机构计划在几个月内开展疫苗的临床试验(比如Moderna公司的RNA疫苗。
 
但是无论如何,说在防疫急如星火的时间窗口里,想要完成这些药物和疫苗的研发、人体临床验证、大规模生产、配送和使用,真的不现实。
 
但我这么说,当然不是说我们面对新冠肺炎就只好束手无策了。实际上应对这类突然爆发的传染病,人类掌握了一种非常古老但是异常有效的办法——那就是隔离。
 
隔离这个词说起来通俗,但是背后的医学原理是很深刻的。传染病爆发的核心就在于它的传染性:能够从一个人直接或者间接的传递给另一个人或者更多的人。如果一个患上传染病的人不能传播给超过一个人的话,这种疾病自己就会慢慢消失。因此只要能做到让还未患病的人不会被传染那我们就可以有效防控这种疾病。
 
隔离的核心有三条:
 
一是找到和管理传染源。科学家们已经明确新冠病毒就是这次传染病爆发的病原体,那么将已经患病或者疑似患病者快速识别出来并隔离治疗,就起到了作用。
 
二是切断传播途径。作为一种呼吸道病毒,新冠病毒的主要传播途径是通过飞沫传播,但目前人们也无法完全排除其他的传播途径(比如接触传播等等)。因此切断传播途径最有效的方法就是避免人群的大规模的聚集和长距离的移动。
 
三是保护易感人群。面对这种新型病毒,可以说每个人都是易感人群。也就是说我们每个人都需要做好自我防护,戴口罩、勤洗手、减少出行、乃至锻炼身体等等,都是在增加对我们自身的保护。
 
看到这里,相信你就可以理解国家采取果断措施对患者和密切接触者实施医学隔离,封锁交通,取消公众活动,号召大家戴口罩勤洗手的用意了。
 
考虑到国家已经对传染源密集的武汉等城市实施了强有力的管控措施,其他省市也在对输出的病例也在做细致的筛查和隔离,我对于能够快速消除这种病毒的传播还是非常有信心的。
 
 
实际上,从1374年威尼斯封城对抗黑死病,到1910年伍连德切断铁路对抗东北大鼠疫,再到这次武汉封城各地严防死守对抗新冠病毒肺炎,隔离,始终是人类对抗烈性传染病最有效的措施之一。
 
四、在这场对抗传染病的战斗中,中国科学家的表现如何?
 
简单来说,中国科学家在这场战斗中表现极其优异;当然,也不是没有可以商榷和改进的地方。
 
我们先说好的地方。
 
2019年12月初第一个病人因发烧和咳嗽就诊,在一个月的时间里,科学家和医生们能够发现一种全新类型的呼吸道传染病的出现,这已经是非常了不起的速度。要知道冬季本来就是流感和其他呼吸道疾病高发的时间,从中准确的发现一种与众不同的疾病这本身就已经是很了不起的工作了。
 
接下来中国科学家的效率就更高了:在此之后,2020年1月7日,科学家们就已经确认新冠病毒是这次不明原因肺炎的病原体,1月10日完成了病毒基因组序列的检测(Wu F et al BioRxiv 2020),1月24日严格证明了病毒的人传人能力(Chan JFW et al Lancet 2020)。这些工作为政府采取强有力措施防控疾病提供了科学指导。
 
但是我也仍然觉得有一些问题值得讨论,甚至是批评:
 
比如说,我们看到的大部分研究成果都发表于国际知名的学术期刊,比如《新英格兰医学杂志》等。考虑到传染病防控工作的紧迫性,是不是真的有必要把发表论文当成重中之重的工作来完成?发表论文的过程是否会耽搁信息的共享?甚至一部分论文需要付费订阅才能获取!面对凶险和急迫的防疫工作,中国科学家有没有更快速、合理、广泛的渠道公开自己的研究成果?
 
我当然也注意到不少中国科学家选择了bioRxiv等免费和公开的平台上传自己的研究论文,这一点无疑是值得赞许的。其实说到底,科学研究的最高境界,不就是把成果写在人类世界当中,写在祖国的大地上么?
 
再比如说,我也注意到在中国科学界内部,不少“跟风”“蹭热点”式的论文扎堆出现。比如在病毒基因序列公布之后,数篇论文就迅速发表出来,做出了各种大胆的“猜测”。这些猜测单就学术发表而言并无不妥,但很明显缺乏严格的数据支持。
 
我们当然要保障科学家的探索自由和发表自由,但是在防疫工作开始的初期,任何可能的误导,我想都是我们需要避免的。
 
至今公布的病毒基因序列信息仍然较为有限(26组数据)。这方面的研究和数据共享仍然需要加强。而且各个研究机构和研究组能不能做到信息和研究成果的有效共享,会不会以邻为壑独占数据,也都是我们需要提前警惕的问题。
 
五、接下来,中国科学家能做什么?
 
我想,我们必须要吸取的一个教训,是SARS平息之后,SARS相关的科研工作大部分都因为缺乏经费支持和市场前景停止了。考虑到新冠病毒入侵人体的路径和SARS很相似,试想如果当年的很多研究坚持了下来,今天我们面对新冠病毒可能就会有更充裕的科学和医学准备了。我们也许必须反思,我们整个科研系统对于传染性疾病的重视程度是不是还远远不够?
 
 
新世纪一来,SARS、H7N9流感,MERS、新冠病毒的连续出现和肆虐,其实本身就是对人类社会的一个高度警示。尽管我们建设了无以伦比的人类文明,但是原始的病毒生命仍然可能对人类世界造成毁灭性的打击。
 
更重要的是,这些病毒的出现本身可能就是人类文明的高度发展的一个“产物”。伴随着我们越来越多的入侵动植物的天然栖息地,那些天然寄居于动物体内的微生物就获得了越来越多的入侵人体的机会。而人类世界高度密集的群居环境、高度发达的人员和物资流动网络,又给传染病的肆虐提供了温床。
 
比尔盖茨曾经在一次演讲中公开说,如果有什么东西在未来几十年里可以杀掉上千万人,最大可能是个某个高度传染的病毒,因为我们在防止疫情的系统上却投资很少,我们还没有准备好预防一场大疫情的发生。
 
而这重担会有相当一部分落在科学家的肩上。建立更精确的疾病预警和追踪系统,开发药物,制备疫苗,研究疾病的基础生物学机理。所有这些工作,都是我们的未来使命。
 
作者介绍
 
 
王立铭 浙江大学生命科学院教授
 
代表作:《上帝的手术刀》《吃货的生物学修养》《巡山报告》



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