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新型冠狀病毒爆發引起關注:為何蝙蝠的病毒如此致命?

出處 Science Daily 作者 羅彩月摘譯 年份 2020/02/20
報告類型 新聞報導 分類 原子科技及民生應用 資料時間 2020年2月
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       近年來全球爆發十分嚴重性的病毒性疾病(例如SARS, MERS, Ebola, Marburg以及2019年的新型冠狀病毒)皆源起於蝙蝠,這種現象並不是一種巧合。

       加州柏克萊大學(University of California-Berkeley)主導的一項新研究發現蝙蝠對病毒俱有強烈的免疫反應,它可以促使病毒快速複製,所以當蝙蝠跳到中等免疫力的哺乳動物身上(例如人類),即可造成嚴重危害。本項研究之文章已發表在eLife二月份的期刊上。

       有些蝙蝠(包括那些引起人類感染的品系)已經被證實俱有對抗病毒的免疫系統,當這些蝙蝠受病毒感染後,牠的細胞會立即築起防禦圍牆使病毒不能入侵,保護蝙蝠不會受大量病毒的侵害,這也會導致病毒快速地繁殖,造成蝙蝠成為一個快速繁殖及高傳染力之病毒的特異性貯存區。蝙蝠可以忍受這些病毒,可是當這些病毒轉至其它動物身上,因這些動物缺乏快速反應的免疫系統,這些病毒將會迅速擊垮新宿主,導致高死亡率。

       Cara Brook(柏克萊大學博士後研究員也是本文之第一作者)表示:「某些蝙蝠可以去組織這些突發的抗病毒反應,也可以與抗發炎反應取得一個平衡。人類的免疫系統假如想產生相同的抗病毒策略,將引發廣泛性的發炎。蝙蝠似乎有這個能力去避開免疫病理威脅。」

       研究人員也注意到打亂蝙蝠的棲息地,將會迫使這些動物在牠們的唾液、尿液及大便裡流出更多的病毒,再去感染其它動物。Brook正在參與一項由美國Defense Advanced Research Projects Agency贊助的跨國性蝙蝠監測計畫《Bat One Health》,她指出:「當蝙蝠有高度的環境威脅時,也可能會對動物界造成危機。」

       柏克萊大學整合生物學教授及疾病生態學家Dr. Mike Boots(也是本文之共同作者)說明:「蝙蝠可以成為病毒的宿主,顯見它的特殊性。但蝙蝠跟人類的關係並不密切,因此我們也不可能期待他們做人類病毒的宿主。我們的研究證實了蝙蝠如何驅動其免疫系統以避開病毒之危害並進而克服它」。

       蝙蝠是唯一飛行的哺乳類,當它在飛行時會提升至相似體型鼠類在跑步時的二倍代謝速率。

       一般而言,劇烈的生理活動及高代謝率會使身體累積過量的反應性物質(主要是自由基)而導致組織受到較嚴重的傷害。蝙蝠因為可以飛行,牠似乎已經發展一種生理機制可以有效地清理這些破壞性分子。這些能力也可以幫助牠應付任何原因產生的發炎反應,這或許也可以用來解釋蝙蝠特別長夀的原因。相較於大型動物有較慢心率及代謝率,小型動物如有較快的心跳速度及代謝率者通常都會有較短的夀命,可能是因為高代謝導致更多破壞性的自由基產生。有些蝙蝠可以活至40歲,但相同體型的嚙齒類可能只有二年的夀命。

       蝙蝠俱有快速緩和發炎反應的能力,也可用於平息抗病毒的發炎作用。許多蝙蝠的免疫反應有一項很關鍵的步驟即是觸發訊息傳遞分子α干擾素(α-interferon)的釋出,這個分子在病毒入侵前即通知其他細胞進入備戰狀態。

       Brook對此現象十分好奇,她設計實驗去培養兩種蝙蝠細胞株,並使用猴子的細胞株作為對照組。其中一種蝙蝠細胞株是來自埃及水果蝙蝠(Egyptian fruit bat),它是Marburg 病毒的天然宿主,它需要接受病毒攻撃才能促使α-interferon基因大量產生干擾素。另一種則是澳洲黑飛狐屬蝙蝠細胞(Australian black flying fox cell),它在體內已準備好對抗病毒感染的α- interferon RNA,受感染後可迅速轉譯出干擾素這個蛋白質。非洲綠猴細胞株(African green monkey cell line)則一點都不會產生干擾素。

       當使用Ebola及Marburg病毒去挑戰這些細胞株時,反應各不相同,綠猴細胞很快即被病毒征服而死亡,聚成花環狀的蝙蝠細胞則有干擾素的通知而成功防護,不受病毒感染。對澳洲黑飛狐屬蝙蝠細胞株的免疫反應更好,減慢病毒感染速度。

       Brook表示:「當有一個較強的免疫反應,這些細胞株可以免於病毒感染。雖然病毒可以增強它的複製能力,但對宿主卻沒有受到傷害。但當它感染免疫力較溫和的人類時,即會引起一大堆的免疫病理反應。」  

       研究人員也注意到許多蝙蝠病毒都是透過其它動物當中間宿主再傳染至人類,例如SARS透過果子狸,MERS經由駱駝,Ebola則經由黑猩猩等等。這些病毒一旦感染了人類都具破壞力及致命性的。

       Brook及Boots針對蝙蝠的免疫反應,開始在電腦上建構比較完整的分析模型,以瞭解蝙蝠對病毒反應之演化,並能更明白傳播給其它動物及人類的過程。

圖說: 加州柏克萊大學在電腦上建構模型以分析病毒感染的免疫反應模型