陳 楠，陶志敏

1. 江蘇大學醫(yī)學院（江蘇鎮(zhèn)江 212013）

2. 江蘇省檢驗醫(yī)學重點實驗室（江蘇鎮(zhèn)江 212013）

冠狀病毒在系統(tǒng)分類上屬于套式病毒目（nidovirales）冠狀病毒科（coronaviridae）冠狀病毒屬（coronavirus）[1]。不同類型的冠狀病毒在導致疾病的嚴重程度和傳播范圍上存在明顯差異?，F已發(fā)現可以感染人類的冠狀病毒7種，其中以HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63和HCoVHKU1常見，可導致免疫功能正常的宿主產生普通感冒的癥狀[2-3]，其余3種包括SARS-CoV[4]、MERS-CoV[5]及2019年新出現的SARS-CoV-2，可引起致命的呼吸道疾病[6]。SARS-CoV-2屬于β冠狀病毒，有包膜，顆粒呈圓形或橢圓形，常為多形性，直徑60 ～140 nm，基因組為不分節(jié)段的單股正鏈RNA即ss(+)RNA[7]。COVID-19是一種傳染性較強的急性呼吸系統(tǒng)疾病，在世界范圍內快速傳播，對全球公共衛(wèi)生安全造成巨大威脅[8]，本文旨在從SARS-CoV-2的基因組結構和生命周期，以及其所引起的COVID-19的流行病學、發(fā)病機制、診斷、治療和預防等方面進行綜述。

1 基因組結構

Lu等對COVID-19患者（常見呼吸系統(tǒng)病原體陰性）的肺泡灌洗液進行二代測序獲得SARSCoV-2基因組序列，比對分析發(fā)現SARS-CoV-2基因組與2018年在中國舟山采集的兩種蝙蝠SARS樣冠狀病毒（bat-SL-CoVZC45和bat-SLCoVZXC21）基因組同源性高達88%，與SARSCoV和MERS-CoV基因組的同源性分別為79%和50%[9]。作為一種新型的β冠狀病毒，SARSCoV-2與其他β冠狀病毒基因組構成一致，基因組全長約30 kb，包含5’和3’非翻譯區(qū)（UTR）、6個功能性開放閱讀框（ORFs）以及8 個散在分布于結構基因之間的非結構ORFs（圖1），各基因功能見表1[10]。6 個功能性開放閱讀框基因順序為（5’→3’）復制酶（ORF1a/ORF1b）、刺突蛋白（spike，S）、包膜糖蛋白（envelope，E）、膜糖蛋白（membrane，M）、核衣殼蛋白（nucleocapsid，N）。SARS-CoV-2與SARS-CoV結構蛋白E、M和N的氨基酸同源性高達90%以上，而S蛋白的同源性較低。另外，SARS-CoV-2大部分非結構蛋白與SARS-CoV的氨基酸同源性達85%以上[11]。

圖1 SARS-CoV-2基因組結構Figure 1. Genomic structure of SARS-CoV-2

表1 SARS-CoV-2基因功能Table 1. Gene function of SARS-CoV-2

2 生命周期

SARS-CoV-2的生命周期始于S蛋白與病毒受體ACE2的結合，隨后S蛋白構象發(fā)生變化，促進病毒包膜蛋白與細胞膜的融合并通過內吞途徑進入細胞內[12-14]。進入細胞后，病毒脫殼釋放基因組ss(+)RNA到宿主細胞的細胞質，ss(+)RNA可直接作為信使RNA（messenger RNA，mRNA）利用宿主細胞的核糖體翻譯產生病毒復制酶多聚蛋白，包括蛋白酶3CLpro和PLpro及RNA依賴的RNA聚合酶（RdRp）[15]。其中，RdRp負責合成全長的單負鏈RNA即ss(-)RNA，并以此為模板合成更多的ss(+)RNA作為新合成病毒的遺傳物質[16]。同時，RdRp通過不連續(xù)轉錄機制產生一系列亞基因組（sub-genomic，sg）mRNA，并翻譯成一系列病毒蛋白[17-18]。病毒蛋白和ss(+)RNA隨后通過內質網-高爾基體中間隔室（ER-Golgi intermediate compartment，ERGIC）裝配生成新的冠狀病毒顆粒并分泌至細胞外[19]，最終完成其生命周期（圖2）。

圖2 SARS-CoV-2生命周期示意圖Figure 2. The life cycle of SARS-CoV-2

3 發(fā)病機制

SARS-CoV-2進入機體后，通過S蛋白與呼吸道上皮細胞的ACE2受體結合，開始大量復制并向下呼吸道遷移感染進入肺泡細胞。SARSCoV-2快速持續(xù)復制導致肺泡細胞死亡可引起強烈的免疫反應[20-21]。當Ⅱ型肺泡細胞死亡時釋放特異性炎癥介質，刺激免疫細胞激活，免疫細胞分泌大量白細胞介素1（IL-1）、白細胞介素6（IL-6）和腫瘤壞死因子（TNF-α）等促炎因子，導致細胞因子風暴或細胞因子釋放綜合征[22-24]，細胞因子與補體和凝血系統(tǒng)相互作用，誘發(fā)彌散性血管內凝血（disseminated intravascular coagulation，DIC）、急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）或多臟器衰竭（mul-tiple organ failure，MOF），是COVID-19患者死亡的主要原因[25-27]。為減輕細胞因子風暴，有研究提出使用IL-6受體拮抗劑治療患者[28]，但最新研究發(fā)現COVID-19患者外周血IL-6濃度顯著低于CAR-T細胞因子風暴綜合征和ARDS患者的IL-6濃度，研究質疑了SARS-CoV-2感染導致的IL-6上升引發(fā)的病理生理反應和器官損傷[29]，一定程度挑戰(zhàn)了抗IL-6治療能逆轉COVID-19疾病進展的觀點。此外，細胞因子還會趨化中性粒細胞進入病毒感染部位，中性粒細胞通過分泌活性氧和蛋白酶殺死病毒，這兩種物質同時也會破壞負責氣體交換的肺泡細胞，引起肺實變，進一步加重肺損傷[30-31]。在中樞神經系統(tǒng)水平，IL-1、IL-6和TNF-α等細胞因子到達下丘腦，使體溫升高并引起發(fā)熱癥狀[32]。若出現嚴重的全身炎癥反應綜合征（SIRS），則會導致敗血癥性休克[33]。

導致人類SARS-CoV-2發(fā)病的臨床特征包括炎癥和血栓形成，但這些過程背后的具體機制尚不清楚。為了找到SARS-CoV-2致病的關鍵分子通路，Aid等通過SARS-CoV-2感染恒河猴動物模型并對其肺泡灌洗液和外周血進行轉錄組學分析，同時對血清進行蛋白組學分析后發(fā)現，SARS-CoV-2感染后肺部巨噬細胞浸潤，補體和血小板廣泛激活，炎癥相關細胞因子和干擾素基因ISG上調，以及血管內皮損傷和血栓形成。IFN-α作為促炎性細胞因子，在活化巨噬細胞和補體活化觸發(fā)內皮損傷和血栓形成中起著關鍵作用，炎癥途徑和血栓形成途徑的相互作用會加劇SARS-CoV-2所導致的血管損傷[34]。Zhang等對659例重癥和534例輕癥或無癥狀COVID-19患者的血樣本進行全基因組測序或全外顯子組測序，檢測是否存在控制I型干擾素信號的TLR3和IRF7相關基因缺失，結果發(fā)現3.5%重癥COVID-19患者有先天性免疫問題，而先天I型干擾素相關基因缺陷可能導致SARS-CoV-2感染者發(fā)展成為重癥COVID-19患者[35]。該團隊還發(fā)現約10%的重癥COVID-19患者體內存在針對I型IFN的自身中和性抗體，強調I型IFN在針對SARS-CoV-2的保護性免疫中的關鍵作用[36]。此外，Banerjee等研究發(fā)現，SARS-CoV-2的NSP16與宿主細胞mRNA的U1和U2 snRNA識別域結合，抑制mRNA的剪切；NSP1與核糖體RNA 18S亞基結合，阻斷宿主mRNA進入核糖體進行蛋白質翻譯；NSP8和NSP9可與宿主7SL RNA信號識別顆粒結合，從而干擾宿主蛋白轉運至細胞膜。這些病毒蛋白對宿主細胞干擾使宿主不能合成干擾素，阻斷宿主細胞對病毒的抑制作用[37]。因此，研究SARS-CoV-2致病的關鍵分子通路及其拮抗宿主免疫防御的機制可為SARS-CoV-2感染的治療提供靶點。

4 流行病學

SARS-CoV-2的傳播途徑主要包括飛沫傳播、接觸傳播和氣溶膠傳播三種途徑[38]，糞-口途徑傳播尚待進一步明確[39]。與之前認為的飛沫傳播是主要方式不同，Prather等研究指出，氣溶膠傳播可能是SARS-CoV-2傳播的主要傳播方式[40]，因此預防策略除社交疏離外更應強調佩戴口罩和保持室內通風的重要性?；诹餍胁W調查研究，SARS-CoV-2潛伏期為2 ～14天，中位潛伏時間為5.7天[41]，因此一般隔離時間為14天。潛伏期的長短與個人體質、飲食作息、周圍環(huán)境等有一定關系。感染者在潛伏期雖無明顯癥狀甚至無癥狀但仍具有傳染性，是疫情防控的潛在危險因素[45]。流行病學調查顯示，人群對SARS-CoV-2普遍易感，其中68歲以上老年人以及有基礎疾病者感染后病情較重[46-47]，嚴重者可導致死亡，故此類人群應進行重點防護。SARS-CoV-2等冠狀病毒，可在空氣中存活3小時，在塑料和不銹鋼等物體表面存活長達2 ～3天，均對熱敏感，56℃ 30分鐘、乙醚、75%乙醇（酒精）、含氯消毒劑、過氧乙酸和氯仿等脂溶劑均可有效滅活病毒[42]。目前至少有60個國家發(fā)現變異新冠病毒株，其中最常見的D614G突變，使SARS-CoV-2的感染能力提升，但除了傳播性和感染性增加外，研究人員發(fā)現與野生型SARS-CoV-2相比，D614G毒株并未顯著增加實驗動物的病情，而且突變也未影響到體外的中和效果[43-44]。

5 診斷、預后與轉歸

早期診斷是控制SARS-CoV-2傳播的關鍵環(huán)節(jié)。COVID-19的實驗室診斷主要包括核酸檢測、血清學檢測、病毒培養(yǎng)和基因測序等，其中核酸檢測是診斷的金標準。每種檢測方法各有優(yōu)缺點，除實驗室檢測方法外還需結合流行病學史、臨床癥狀及肺部影像學進行綜合判斷[48-49]。

除高齡、高D-二聚體水平、入院SOFA高評分外，淋巴細胞降低、IL-6過度升高以及鐵蛋白過度升高等，這些特征均可幫助臨床醫(yī)生預判COVID-19患者是否有不良預后[50]。COVID-19存活病人的中位排毒時間是20天，但觀察到的最短病毒排毒時間是8天，最長則是37天[50]。病毒的復制和排毒時間與病人的預后直接相關，要想改善病人預后，必須采取及時有效的抗病毒治療措施。其中，抗病毒藥物和免疫調節(jié)劑聯合治療是改善COVID-19重癥患者結局的重要策略。在感染COVID-19后的6個月，部分COVID-19存活者會表現出疲勞或肌無力、睡眠困難、焦慮或抑郁等癥狀。住院期間病情較重的患者肺彌散功能受損較重，胸部影像學表現異常，是長期康復干預的主要目標人群[51]。

6 治療與預防

目前尚無針對COVID-19的特異性治療或SARS-CoV-2的特效抗病毒藥物[52]。臨床采用非特異支持性護理以預防或減輕并發(fā)癥。

6.1 藥物

截至2020年11月24日，全球共有319種COVID-19治療藥物，其中205種正在進行臨床試驗，這些藥物大致可分為核苷酸類似物或病毒基因組復制的關鍵酶抑制劑。其中，瑞德西韋是一種核苷類似物，最初用于治療埃博拉病毒，其結構類似于腺苷，可摻入病毒的新生RNA中，抑制病毒RNA依賴的RNA聚合酶，導致病毒基因組復制提前終止，進而抑制病毒復制。美國第一例COVID-19患者在住院第7天使用瑞德西韋，無明顯不良反應，在第8天病情即出現好轉[53]。瑞德西韋目前正在不同國家進行多個臨床試驗。2020年10月8日，美國Gilead公司匯總了瑞德西韋治療COVID-19的最新臨床試驗結果并做最終報告[54]。該研究為隨機雙盲安慰劑對照試驗，共招募1 062名COVID-19住院患者，結果顯示接受瑞德西韋治療的患者中位康復時間為10天，死亡率為11.4%（第29天），接受安慰劑治療的患者中位康復時間為15天，死亡率為15.2%（第29天）。該研究結論為因COVID-19住院并確診下呼吸道感染的成年患者中，在縮短恢復時間方面，瑞德西韋優(yōu)于安慰劑，未談及其對患者死亡率的影響。此外，還有許多其他藥物正在研發(fā)和進行臨床試驗中，如核苷類似物法維拉韋、病毒蛋白酶抑制劑洛匹那韋和伊佛霉素、病毒融合抑制劑羥氯喹和鹽酸阿比多爾等[55]。但英國RECOVERY研究組最新的臨床研究結果發(fā)現，羥氯喹對COVID-19的治療無任何益處[56]。值得一提的是，糖皮質激素可能降低COVID-19患者的死亡率和機械通氣[57]。世界衛(wèi)生組織公布的最新大型臨床試驗結果顯示，瑞德西韋、羥氯喹、洛匹那韋/利托那韋和干擾素對COVID-19患者幾乎沒有作用。而且大多數干預措施的有效性是不確定的，因為迄今為止大多數隨機對照試驗的規(guī)模都較小，并有一定的研究局限性。因此，針對COVID-19的特異性治療或SARS-CoV-2的特效抗病毒藥物的研發(fā)依然任重道遠。

6.2 中和抗體

中和抗體是指具有抗病毒活性的抗體，可識別病毒表面蛋白，阻斷病毒與細胞表面的特異性受體結合。目前已篩選出多種對SARS-CoV-2有中和活性的抗體，如S309[58]、47D11[59]、P2C-1F11[60]、BD-368-2[61]和 CB6[62]等。 而 中 和 抗體雞尾酒療法療效更好。2020年9月29日，Regeneron 藥劑公司公布了其中和抗體雞尾酒療法REGN-COV2的I/II/III期臨床試驗結果。來自275例SARS-CoV-2感染者的研究結果顯示，該療法能夠迅速降低患者的病毒載量并緩解相關癥狀，且對自身沒有產生有效免疫反應的患者效果更加明顯[63]。中和抗體雞尾酒療法是天然免疫反應的一種替代治療選擇，除SARS-CoV-2外，在人類免疫缺陷病毒、埃博拉病毒等的治療中都發(fā)揮了巨大的作用。

6.3 疫苗

截至2021年1月21日，全球共有241種SARS-CoV-2疫苗正在研發(fā)中，其中45種正在進行臨床試驗，10種處于臨床Ⅲ期或已被批準上市。這些疫苗包括滅活疫苗、減毒活疫苗、亞單位疫苗、DNA疫苗和mRNA疫苗等。部分歐美國家已批準緊急使用的COVID-19疫苗包括德國BioNTech生物技術公司與美國輝瑞醫(yī)藥公司聯合研發(fā)的mRNA疫苗BNT162B2[64]、美國Moderna公司的mRNA-1273[65]以及英國牛津大學和阿斯利康公司聯合研發(fā)的重組腺病毒ChAdOx1-S疫苗[66]。其中兩款mRNA 疫苗在Ⅲ期臨床試驗中達到了主要療效的終點要求，保護效力分別為 94.1%和 95.0%，并且對不同年齡、性別和種族人群的效力基本一致[64-65]。但目前也有關于mRNA疫苗在注射后出現過敏反應或其他副作用的報告[67]。而腺病毒載體疫苗ChAdOx1-S的Ⅲ期試驗展示了這種新型疫苗具有良好的安全性記錄和療效。當進行疫苗第二劑接種后14天，總體的疫苗療效能夠達到70.4%[66]。我國目前進入Ⅲ期臨床試驗的COVID-19疫苗有 5 個，包括滅活疫苗 3 個，腺病毒載體疫苗 1 個和蛋白亞單位疫苗 1 個。這些SARS-CoV-2的候選疫苗均具有良好的耐受性，無嚴重不良反應，并可有效誘導CD4+和CD8+ T細胞應答及中和抗體的產生[68-70]。SARS-CoV-2疫苗的成功研發(fā)將構筑人群健康免疫屏障，有效控制和預防COVID-19的傳播和流行。

7 結語

COVID-19是21世紀以來第三種高致病性人類冠狀病毒疾病，其致死率雖然沒有SARS和MERS高，但其高度傳染性已對全球人類健康和經濟等造成了嚴重的威脅。雖然全球的科研工作者已進行了大量的研究，但SARS-CoV-2的起源和跨物種感染途徑仍不明了。SARS-CoV-2感染的發(fā)病機制及病毒和宿主相互作用的分子機制尚不甚清楚。深入研究SARS-CoV-2是制定針對COVID-19的預防和治療策略的基礎。