丁鏟

（中國農科院上海獸醫(yī)研究所，上海閔行200241）

19世紀英國著名生物學家查爾斯·達爾文在他的著作《物種起源》中提出了“物競天擇，適者生存”的進化論。其中最核心的理論就是凡是生命體都是變化的；任何一種生命體都想使自身物種盡可能多、盡可能長久的繁衍下去；自然界的任何物種都存在變異，變異是生物適應環(huán)境和維持生存的一種重要方式，是進化的規(guī)律；生命體的進化總是從簡單到復雜，從低級到高級；越是個體大的生命體越是容易被消滅。

由此引出病毒的進化。病毒(virus)是由一種核酸分子(DNA或RNA)與蛋白質構成的、必須在活細胞內寄生并以復制方式增殖的非細胞型微生物，病毒起源于機體細胞本身，是所有生命體中變化最多的生物，是進化生物學和傳染病預防控制中的重要課題。根據(jù)致病性病毒可分為絕對致病病毒、條件致病病毒、協(xié)同致病病毒和非致病病毒。 病毒可快速增殖出數(shù)目龐大的子代病毒、可通過變異產生巨大的遺傳多樣性以及對變化莫測的環(huán)境的適應能力構成了病毒生存和進化的本質，但是迄今為止人類對病毒的起源、進化以及病毒與宿主群體的相互作用仍然知之甚少。

一、病毒的生存法則

最具有進化優(yōu)勢的病毒應該能夠最大限度傳播自身，同時對宿主造成的危害越小，越有利于病毒的長期生存與傳播。病毒在具有傳播能力的同時，不可避免地造成宿主適應性的降低，從而引起發(fā)病。病毒的進化會在傳播率最大和對宿主影響最小之間取得平衡，以使得病毒的基本增殖率最大化。

造成病毒變異的原因有兩個。首先是由于病毒本身的復制頻率很高，遺傳物質很容易在復制過程中發(fā)生突變；其次是免疫壓，病毒在宿主體細胞內復制繁殖，必然要遭到宿主免疫系統(tǒng)的攻擊（免疫壓），因而，變異則成為逃避免疫殺傷的最好方式。

二、病毒進化的機制

病毒以最少的基因組合，產生最大的多樣性，這是病毒進化的首要條件。病毒基因突變（包括突變、轉入、插入、缺失、顛換、重組、重排等）和自然選擇是病毒進化和病毒多樣性的基礎。

1.基因突變。高頻率基因突變是病毒進化的基本條件，包括自發(fā)突變和誘發(fā)突變。（1）自發(fā)突變：大多數(shù)RNA病毒的突變率要遠遠高于DNA病毒，這種差別是由基因組成的機制決定的，在復制過程中RNA聚合酶的錯誤率通常要高于DNA病毒依賴的DNA聚合酶。（2）誘發(fā)突變：主要是因為誘變劑的作用造成的突變，其中體外誘變劑直接對核酸進行化學修飾，不影響核酸復制，如亞硝酸、羥胺和烷基化合物（如亞硝基胍）；體內誘變劑則需進行代謝活化，它們可摻入到新復制的核酸中，并在不斷的復制過程中誘發(fā)突變。

2.病毒遺傳信息的交換。病毒可通過基因片段的重組、重配交換遺傳信息；兩種或多種病毒同時感染一個宿主細胞或個體時為病毒之間的遺傳物質交換提供了機會；此外病毒與細胞基因組之間也存在遺傳物質的交換。

3.自然選擇。能存在于自然界的完整病毒必須先于宿主進行自然選擇；病毒通過快速變異和產生大量子代病毒，提供豐富的多樣性（RNA病毒）以適應宿主。

病毒突變的雙重作用：病毒突變可使其抗原性發(fā)生改變，從而逃逸免疫應答，但大多數(shù)突變是有害的，并會產生許多缺陷顆粒。所謂“野生型”病毒，實際上是由占大多數(shù)暫時未發(fā)生突變的類型組成，它們的作用主要是保持病毒在復制過程中的動態(tài)平衡（即基因組的數(shù)量平衡）。雖然大多數(shù)突變類型是非感染性的或者對其生存極為不利的，并很快被清除，但自發(fā)突變卻是病毒進化的重要動力。

三、病毒進化常見的途徑

病毒進化常見的途徑分為以下兩種。

1.病毒與其宿主共同進化，二者具有共同的命運，但病毒將面臨生存的瓶頸——因宿主的消亡或抗病毒措施的應用而消亡。

2.病毒選擇多種宿主，從而具有較廣闊的生存環(huán)境，當一種宿主面臨危險時，病毒可在另外的宿主中增值。

一般而言，DNA病毒進化依照第一條途徑，而RNA病毒的進化大多數(shù)通過第二種途徑。這兩種途徑都為病毒提供了最佳的生存方式。

四、病毒進化的特點

1.病毒進化比一般生物快得多，病毒的基因變異表現(xiàn)出一定的“量子”特征。病毒的繁殖是以高于宿主10n倍的速度進行的，病毒的的大量繁殖也加速了病毒的變異。

病毒實際上是以大致相同、但略有差異的一群病毒粒子的形式存在，也就是以居群（population）、亞種（subspecies）或者準種（quasispecies）的形式存在于宿主體內，而不是以均一的形式存在。

株：指同種病毒的不同系別或不同的分離株，如來源于不同地區(qū)或病人的病毒。

準株（quasispecices）：指某株病毒在同一宿主內發(fā)生變異所產生的變異株，應注意變異體區(qū)別。型：指同種病毒的不同血清型（例如各種抗體中和表型）和基因型。

準種：指表型與原始野生型不同的病毒，但其變異的遺傳機理尚不清楚。

2.新病毒基本上是從另一種宿主的病毒演化而來。

“老”病毒通過跨宿主轉移的方式進化可以較為高效地擴大病毒的多樣性，比重新產生一個新病毒容易，也有利于病毒在更廣泛的宿主環(huán)境中進行數(shù)量和種類的擴增?！袄稀辈《驹谛碌乃拗髦幸暂^快的速度分化變異，充分增加其多樣性，以維持其生存。新病毒穩(wěn)定后其毒力大多處于中等水平。因為病毒毒力太強會造成宿主和病毒的共同滅亡，不利于宿主和病毒的共同進化和雙方多樣性的發(fā)展。弱毒株雖不能對宿主造成損傷，但也不能產生大量病毒，不利于病毒多樣性增長，僅能夠在宿主對其不會造成太大抑制的局部生存。中等毒力的病毒株既能保持一定的病毒數(shù)量，又能在宿主中不斷傳代下去，因而呈現(xiàn)出選擇優(yōu)勢。

病毒沒有完全的自身生命系統(tǒng)，必須依賴宿主的生命系統(tǒng)來進行自我復制、散播，確保自身物種的繁衍。病毒—宿主及宿主—病毒之間的相互作用在病毒的進化中顯得尤為重要。

3.病毒進化既有隨機性又有方向性和穩(wěn)定性。病毒以各種方式隨機地產生變異，但這些隨機產物還要經過病毒活性以及病毒與宿主相互關系的選擇，特別是宿主的適應性以及免疫選擇壓力，因此病毒進化受自然選擇的壓力而呈現(xiàn)一定的方向性和穩(wěn)定性。

4.病毒基因不同的進化特征。在大部分病毒中，編碼外殼蛋白的基因進化較快，而編碼內部蛋白的基因卻相當保守。如流感病毒，在編碼血凝素蛋白的基因中，與宿主免疫有關的部分變異較快，而與細胞粘附有關的部分變異較慢，內部基因則相對穩(wěn)定。

凡是有生命的東西都是會變的，這個世界唯一不變的就是變化。隨著病毒的不斷進化，人類和病毒的斗爭將是永遠的！