第1篇 概述
第一章 新冠肺炎概述
第一节 病原学
新型冠状病毒肺炎（corona virus disease 2019，COVID-19）是由新型冠状病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）感染引起的以肺部炎症为主要病变的疾病。2019年12月，中国研究团队首次从患者支气管肺泡灌洗样本中分离鉴定出新型冠状病毒，并命名为2019-nCoV。
通过与不同冠状病毒全基因组测序比对发现，新型冠状病毒和2003年暴发的SARS-CoV之间的同源性约为79%，和2012年暴发的MERS-CoV之间的同源性约为50%。目前研究显示新型冠状病毒基因组与蝙蝠源冠状病毒亲源性关系最密切，与bat-CoV RaTG13、bat-SL-CoVZC45、bat-SL-CoVZXC21的同源性分别为96.2%、87.99%与87.23%。据此可推断出该新型冠状病毒与SARS-CoV和MERS-CoV一样，自然（储存）宿主也是蝙蝠。
关于中间宿主的研究，先前证明MERS-CoV中间宿主为单峰骆驼，SARS-CoV中间宿主为果子狸，SARS-CoV-2目前尚无定论。林赞育和管轶教授团队通过对马来西亚／东南亚穿山甲身上携带的冠状病毒进行全基因组测序，结果显示与新型冠状病毒同源性在85.5%～92.4%之间，低于菊头蝙蝠冠状病毒RaTG13，但在其受体结合域上与穿山甲一致性达97.4%，高于菊头蝙蝠冠状病毒RaTG13（89.2%），提示穿山甲可能是潜在中间宿主。另一项华南农大的研究结果也证实从穿山甲分离出的一种冠状病毒与SARS-CoV-2氨基酸序列具有高度同源性且与S蛋白受体结合域高度相似，只有1个非关键氨基酸的差异，基因组比较分析结果提示新型冠状病毒可能来自穿山甲冠状病毒与蝙蝠冠状病毒的重组结果。然而，陈金平教授团队指出从马来穿山甲中检测到的冠状病毒虽然基因组分析具有高度同源性，但新型冠状病毒S1与S2蛋白间存在的PRRA短序列在穿山甲冠状病毒中并不存在，提示可能另存在宿主使新型冠状病毒在体内进化突变生成新的酶切割位点。朱怀球与肖永红教授团队根据深度学习算法病毒宿主预测（virus host prediction，VHP）方法通过比较脊椎动物宿主的病毒感染模式，显示蝙蝠和水貂与新型冠状病毒感染模型接近，其中水貂病毒更为接近，提示水貂可能是潜在中间宿主之一。
冠状病毒是目前已知RNA病毒中携带基因组最多的病毒。冠状病毒不能独立增殖，需要借助被感染活细胞的酶系统、能量及原材料，以自身正链RNA基因组表达RNA聚合酶，再利用此酶合成负链RNA完成正链的复制及各结构蛋白的翻译表达，组装成完整病毒颗粒，释放并感染下一宿主细胞。冠状病毒科按照基因组特点分为正冠状病毒亚科和环曲病毒（Letovirinae）2个亚科，正冠状病毒亚科分为α、β、γ、δ 4个属。
2020年2月11日国际病毒分类学委员会将新型冠状病毒命名为SARS-CoV-2，在病毒分类及形态结构上该病毒属于巢病毒目（Nidovirales）、冠状病毒科（Coronaviridae）、正冠状病毒亚科（Orthocoronavirinae）、β属。目前感染人类的冠状病毒还有7种：HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63、HCoV-HKU1、SARS-CoV、MERS-CoV以及SARS-CoV-2，前4种常年出现在人群之间，但致病性较低，一般仅引起轻微呼吸道症状，属于α属。后3种β属冠状病毒主要引起人类下呼吸道感染，是近20年3次暴发性流行性肺炎的病原病毒。
新型冠状病毒是有包膜的单股正链RNA病毒，颗粒呈圆形、椭圆形或多形性，直径60～140 nm（图1-1）。冠状病毒颗粒内部RNA由衣壳蛋白（N）包裹呈螺旋状。病毒包膜由双层脂质和膜蛋白组成：膜蛋白（M）、包膜蛋白（E）参与病毒颗粒组装和释放；M蛋白具有3个跨膜结构域可改变病毒体使膜弯曲并结合至核衣壳；E蛋白以五聚体束形式可发挥功能离子通道作用。电子显微镜下包膜上有均匀突起的刺突糖蛋白（S）形似皇冠，S蛋白同源三聚体包含2个与宿主细胞受体结合的功能性亚基S1和1个与细胞膜融合的功能性亚基S2，S1的受体结合域（receptor-binding domain，RBD）与宿主细胞结合吸附后，S2亚基融合肽（fusion peptide，FP）插入宿主细胞膜表面并发生构象改变，使病毒与细胞膜融合后释放病毒基因组入胞内复制。
图1-1 β冠状病毒形态
［摘自参考文献Weiss SR，Leibowitz JL. Coronavirus pathogenesis. Adv Virus Res，2011，81：85-164.］
研究显示，新型冠状病毒与血管紧张素酶2（angiotensin converting enzyme 2，ACE2）结合，并使用丝氨酸蛋白酶TMPRSS2激活S蛋白，促进细胞内吞，增强病毒入侵。与SAR-CoV不同的是，新型冠状病毒在S1/S2亚基之间边界处还多一个呋喃蛋白酶切割位点，该位点在S蛋白生物合成过程中被切割，可能与新型冠状病毒ACE2之间亲和力增加、传播力及致病性增高相关。受体结合除S蛋白外，其他部分冠状病毒如牛冠状病毒（bovine coronavirus，BCoV）和HCoV-OC43等还包含血凝素酯酶（HE）突起，可帮助病毒在中枢神经系统中传播。
新型冠状病毒基因组结构为5'-UTR-ORF1ab-S-E-M-N-UTR-3'，序列由29 903 bp构成。在约占基因组2/3长度的开放读码区（open reading frame，ORF）内，ORF1a和ORF1b编码多聚蛋白pp1a或pp1ab，随后裂解产生16个非结构蛋白，这些蛋白包括RNA依赖性RNA聚合酶、解旋酶、木瓜蛋白酶样蛋白酶、类糜蛋白酶和其他可能与病毒转录复制相关的非结构蛋白。除4个结构蛋白区（S、E、M和N）外，靠近3'端的基因链含有9个开放读码区：ORF3ab、ORF6、ORF7ab、ORF8、ORF9ab、ORF10外。SARS-CoV ORF3a基因编码蛋白与NF-κB和NLRP3炎性小体激活相关，可诱导病毒转染和感染细胞的凋亡。在SARS-CoV基因组中还存在ORF3a基因区与S蛋白基因区的共突变，提示ORF3a蛋白还可能与S蛋白功能相关。目前有研究检测确定了SARS-CoV-2 3a蛋白的6个不同功能域，它们分别与SARS-CoV-2毒力、感染性、离子通道形成和病毒释放等功能有关。SARS-CoV ORF3b、ORF6和N蛋白可抑制β-干扰素的表达，ORF3b和ORF6蛋白还可进一步阻止干扰素刺激相应元件（ISRE）启动子表达。同时有研究显示3b蛋白与细胞生长停滞与凋亡坏死可能相关。与SARS-CoV相比，SARS-CoV-2的ORF3b基因中存在过早的终止密码子致使3b蛋白仅有22个氨基酸，在对Ⅰ型干扰素的抑制上比SARS-CoV有更强的作用。SARS-CoV ORF7a编码的是一种含有122个氨基酸的Ⅰ型跨膜蛋白，其功能包括通过半胱天冬酶caspase依赖途径诱导细胞凋亡、抑制细胞蛋白合成、激活p38丝裂原活化蛋白激酶和阻滞细胞周期于G0/G1等。在SARS-CoV ORF8b中含有一个聚集基序VLVVL，它被证明可触发细胞内的应激通路并激活NLRP3炎性小体。有研究显示SARS-CoV-2中ORF8和ORF10蛋白在SARS-CoV中无对应的同源蛋白，SARS-CoV-2的ORF8不包含已知的功能域或基序，这两种新蛋白质在SARS-CoV-2感染性和致病性中的作用还需要进一步的探索。SARS-CoV ORF9b是一种具有较长的疏水脂结合通道的膜结合蛋白，其性质和功能仍需进一步探究。
在疫情初期，多项研究证实当时可检测到的SARS-CoV-2基因序列并未发生明显变异。随着感染人数的增加，Tang等对103个SARS-CoV-2基因组的群体遗传分析表明，SARS-CoV-2已经进化成两种主要类型（L型和S型）。虽然L型（70%）比S型（30%）更普遍，但S型被发现是祖先的版本。L型由于选择性压力较大，可能更具侵略性，传播速度更快，而S型可能由于选择性压力相对较弱而保持较温和的状态。最近，剑桥大学Forster等通过对160份新冠感染样本全基因组分析发现，截至3月4日，新型冠状病毒已发生突变，出现A、B、C三类变异体，其中A为蝙蝠外群始祖病毒，B是A的后代，C是B的后代，A与C型主要分布在欧洲与美国人群中，而B型主要分布于东亚人群。这项研究为新型冠状病毒的进化和遗传多样性提供了证据。
新型冠状病毒理化特性的认识多来自对SARS-CoV和MERS-CoV的研究。病毒对紫外线和热敏感，可紫外线或56℃ 30min加热条件下灭活，乙醚、75%乙醇、含氯消毒剂、过氧乙酸和氯仿等脂溶剂均可有效灭活病毒，而氯己定不能有效灭活。有研究表明新型冠状病毒SARS-CoV-2比SARS-CoV半衰期长，在木材、布料上可停留2天，而在更光滑的玻璃、塑料、不锈钢和外科口罩外层，新型冠状病毒失活时间可延迟至7天。
图1-2 SARS-CoV-2基因结构
［摘自参考文献WU F，ZHAO S，YU B，et al. A new coronavirus associated with human respiratory disease in China.Nature，2020，579（7798）：265-269.］
（楚歆、常志刚）