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SARS研究进展:病原学研究
http://www.100md.com 2003年6月26日 《中国医学论坛报》 2003年第24期
     编者按 自SARS暴发以来,我们一直在密切关注其发展。SARS论坛连续报道了有关SARS研究的新进展。目前,SARS疫情在中国已经基本得到了控制,但是对SARS病原学、流行病学、临床诊断和治疗的研究仍在进行,而且将持续下去。因此,本期SARS论坛就SARS病原学、临床诊断和治疗以及实验室诊断技术等的研究进展作一回顾性总结,以飨读者。

    病原学研究

    通过对SARS病原学研究结果的回顾,我们应当试图回答以下几个问题:目前是否可以确定引起SARS的病原体就是SARS相关冠状病毒SARS-CoV?SARS是否可能由一种以上病原体造成?SARS的病原学研究中尚未解决或还不能解释的问题有哪些?一些曾经提到可能是SARS病原的微生物与SARS的关系如何?如何解释从一些SARS患者中检出了SARS-CoV以外病原体的现象?SARS-CoV的物理、化学、生物学特征都有哪些?
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    在回顾SARS病原学研究取得的成果及存在的问题之前,首先回顾一下著名微生物学家Koch对确定未知感染性疾病病原所提出的原则(Koch要点):假如①能从患某病的宿主中分离出一种微生物;②能在实验室培养这种微生物;③当把这种微生物接种给另一种易感宿主时能引起同样的疾病;④能从该宿主中再次分离出该微生物,则该微生物就是该疾病的病原体,而且该疾病是一种传染病。虽然这些原则已不一定适用于所有的传染病因为有些传染病,如乙型肝炎、丙型肝炎的病原体至今还不能以细胞培养的方法分离出,但可用其他方法证实这些病毒的存在,但还应当遵守其基本原理。

    从广东省出现SARS病例开始,临床医务工作者观察到,SARS是一种传染性很强、病死率相当高、潜伏期相对短数日的急性传染病。根据它的特点,曾经有人考虑到生物武器的可能,如肺鼠疫或炭疽或曾经在广东及香港流行过的禽流感病毒等,但临床表现、流行病学特征和实验室检查初步排除了这些可能性。

    SARS-CoV
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    自2003年4月10日始,N Engk J Med等著名专业期刊先后在其网站上刊登了关于SARS病原学研究的论文,其中最主要的是美国疾病控制和预防中心CDCKsiazek等、德国国家热带传染病中心Drosten等、香港大学Peiris等、我国疾病预防控制中心洪涛等以及我国军事医学科学院微生物流行病研究所祝庆余等所作的研究。这些病原学研究的共同点是,从符合SARS病例定义或基本特点的病例活体或尸检标本中,以不同类型的方法分离出或检测到了一种新的冠状病毒或其核酸序列。有几项研究还发现病人肺组织或鼻咽洗液的细胞中有大量冠状病毒样颗粒。这些结果可以说是初步满足了Koch要点的第一条,虽然并未从每个SARS病例或1例病人病程的任何阶段都分离或检测出这种病毒。以上几项主要的病原学研究,所用的SARS病例来源有很大差别,有香港、北京、广东省、新加坡、越南和加拿大等地收集的标本(见表1),但检测到的病毒基因组之间核酸序列却具有高度同源性,达到99%甚至100%。

    表1
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    不同病原学研究从SARS病例检出SARS-CoV的情况

    作者

    检出SARS-CoV例数

    所用技术

    标本来源

    Ksiazek等

    4

    病毒分离

    香港1,越南3

    12

    RT-PCR

    香港2,越南10
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    Drosten等

    1

    病毒分离+PCR

    2

    PCR

    新加坡

    Peiris 等

    2

    病毒分离

    香港

    洪涛等

    3

    电镜检查及PCR
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    广东省、北京市

    祝庆余等

    不详

    病毒分离、电镜、PCR

    不详

    以上这几项病原学研究也都设有一定的对照标本。如Drosten等的研究中,SARS-CoV检出率在很可能的SARS病人5例中为100%,疑似病例13例中为23%,而在健康接触者21名中为0,54份贮存的粪便标本无一例阳性。Peiris等的40份来自与SARS无关疾病病人的鼻咽分泌物或粪便标本以RT-PCR法检查SARS-CoV核酸,全部为阴性,而50例符合SARS病例定义的病人,45例为这种新型冠状病毒阳性,5例阴性者中只有1例病人的标本是在发病后14天收集的,即其余4例阴性者的标本是在病程相对早期收集的,检出病毒的机会相对少。
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    这种新型冠状病毒可在实验室以Vero E6细胞进行培养、传代,这点也已经在世界各地不少实验室得到了证实。这满足Koch要点的第二条。

    但是,从SARS暴发开始以后所进行的病原学检测研究,也从一些SARS病例中检出了其他病原体,主要包括洪涛等在尸检标本中看到衣原体,Drosten等在1例病人支气管肺泡灌洗液中检出肺炎衣原体抗原,香港、加拿大和德国学者检出副黏病毒人类偏肺病毒,human metapneumovirus,以及Ksiazek等用RT-PCR从5例病人中检出人类偏肺病毒、从13例病人中检出了鼻病毒,从1例病人的口咽部标本分离出鼻病毒。如何评价这些结果,对SARS病原学研究是十分重要的。

     衣原体

    国内研究人员报告用透射电镜方法看到尸检SARS病例肺组织中有衣原体样包涵体。将这些标本接种于培养细胞,也有细胞内衣原体样颗粒或包涵体出现。但研究者指出,这些衣原体样包涵体并不与已知衣原体,即肺炎衣原体、沙眼衣原体和鹦鹉热衣原体的特异性抗体发生反应,因此推测可能是新型衣原体。但其他几项主要研究,除了Drosten等仅在1例病人支气管肺泡灌洗液中检出肺炎衣原体抗原外,均未取得衣原体感染的证据。至于Drosten等的那一例病人,在发病第9天的痰标本中用ELISA和PCR均未检测出衣原体,但第11天的支气管肺泡灌洗液检查表明已经发生了严重的细胞内细菌感染,同时才检出肺炎衣原体抗原。说明这一例病人的衣原体感染是在病程后期出现的并发或继发感染,而不是引起SARS发病的病原。至于洪涛等的标本中所见衣原体感染是否也属于并发或继发感染,虽难以确定,但这种可能性很大。洪涛等检测了107份来自广东的SARS病人的血清,其中只有15份显示衣原体IgM抗体阳性,因此他们认为衣原体不可能是SARS的病原。因为根据SARS发病和传播的特点、相当高的病死率、广谱抗生素包括阿奇霉素这种对衣原体有良好疗效的抗生素治疗无效以及其他病原学研究排除或不支持等,都说明可以排除衣原体为SARS的病原。但衣原体感染可能是病程后期发生的合并症。
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    人类偏肺病毒或副黏病毒 香港和加拿大的研究者都曾经说在SARS病人标本发现有副黏病毒或偏肺病毒或其证据。Drosten在1例病人的咽拭子和痰标本中用电镜观察到了“副黏病毒样”颗粒,但很少,而且用针对副黏病毒中几种病毒,包括偏肺病毒的PCR方法检测结果均为阴性,因此指出可以排除副黏病毒。Ksiazek虽然从5例病人检出了偏肺病毒,但这5例病人无一有肺炎,而该研究中19例感染了SARS-CoV的病人无一感染偏肺病毒,从而排除了偏肺病毒。 香港Peiris等的研究也表明,无论用RT-PCR还是用抗体滴度升高情况,均未检测到人类偏肺病毒。

    人类偏肺病毒是近几年才识别出的一种新的副黏病毒,它主要引起婴幼儿急性呼吸系统感染,我国也已有人从急性下呼吸道感染儿童中检出了该病毒的核酸并进行了测序。这种病毒主要引起婴幼儿肺炎或支气管炎、病情不很重、其传染性不很强,尚未见到从患儿传播给医护人员或家庭成员而造成暴发流行的报告。因此,从临床和流行病学方面也可以排除。
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    鼻病毒

    鼻病毒是人类已经比较熟悉的一类病毒,它只引起鼻炎或普通感冒,很少或几乎不引起致死性疾病,虽然它可能是成人慢性支气管炎持续或加重的原因之一,而且可在少数儿童引起支气管炎或肺炎,其传染性也远不如SARS那么强。鼻病毒的病毒颗粒直径为30~40 nm 比上述各项病原学研究中用电镜看到的SARS-CoV颗粒小得多。Ksiazek等虽然从13例病人中以PCR方法检出了鼻病毒,并且从1例病人中分离出了鼻病毒,但这些病例的SARS-CoV均为阴性。鼻病毒在人群中普遍存在,并且在大多数情况下并不引起疾病。总之,从数十例甚至数百例SARS病人中的少数病例检测到鼻病毒,是不奇怪的,而且可以排除其引起SARS的可能性。

    综上所述,已经十分明确,这三种病原体,即衣原体、副黏病毒中的人类偏肺病毒以及鼻病毒不但可以被排除,而且可以肯定,在SARS的发病中也没有什么协同作用。但衣原体可能与多种细菌一样是SARS病程后期发生合并感染的病原。
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     血清学检查

    血清学检查在病因不明的传染病病原学研究中具有重要意义,这是Koch要点中未提及的一个重要方面。其原因是,如果血清学检查的结果为阳性,则表明某种病原体在感染人体后,已经与机体的免疫系统发生了相互作用,产生了特异性抗体,而不仅仅是体内存在某种病原体。血清学检查不但可以帮助我们了解传染病病例是否受了某种病原体的感染,也可以帮助我们了解其接触者是否可能受了同一种病原体的感染,也可用以了解普通或特殊人群是否曾经发生过某种病原体的感染。有些血清学检查还可以帮助判断病人的感染是否是急性或近期的感染。血清抗体滴度的动态变化,特别是其进行性增高,是某种病原体感染的高度特异性标志。

    Ksiazek等对来自15例SARS病人的双份或多份血清检测的结果表明,全部病人的血清中抗SARS-CoV的抗体滴度都有4倍以上,甚至64倍的增高。

    对于SARS而言,研究人员已经用SARS-CoV为抗原,对来自许多SARS病例、疑似病例以及对照人群,包括无SARS症状体征的普通人群、献血员等进行了血清学检测。Ksiazek等的384份美国献血员血清中无一份为SARS-CoV抗体阳性 他们的250例病人标本中,只有4例有SARS相关症状的病人是SARS-CoV抗体阳性,其余均为阴性。Peiris等的SARS病人32对双份血清检测结果,全部都发生了血清转化或抗体水平增加4倍或更多;80份其他呼吸系统疾病或其他疾病患者的血清以及200份献血员的血清全部为阴性。
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    没有最终解决的问题

    为什么符合很可能的SARS病例定义的病人仍有一部分SARS-CoV或其特异性抗体阴性?这里有几种可能性。一种可能性是,这种病例临床上虽然符合SARS病例定义,但实际上可能由其他病原引起,即这样的病例实际上不是SARS。对这种病例应当进行仔细的鉴别诊断,进行可能引起与SARS临床表现相似疾病的病原体的实验室检查。这样的病原体包括引起社区获得性肺炎的病原体,如肺炎链球菌、流感嗜血杆菌等,还应注意与肺结核以及一些肺部真菌病进行鉴别。另一种可能性是,这种病例确实患有SARS,但由于采集标本的时机不合适,或检测方法敏感度不够高,或采集的标本不合适,或标本的保存或运送方式有问题,因而导致检测结果阴性。对于其他感染性疾病,这类现象也是常见的。可以说,没有一种传染病是能从百分之百的病例都检测出病原体或其特异性抗体的。

    以艾滋病为例,有资料表明,已报告的艾滋病病例有多达8000例是检测不到HIV感染依据的。具体原因可能包括以下情况:① 采集标本的时机:到目前为止观察到的现象表明,SARS病例发病早期1周以内和晚期14天以后,相当一部分病例痰或鼻咽分泌物中检测不到SARS-CoV或其核酸。其特异性血清抗体,则多在发病7~10天以后才能检测到。因此,采集标本的时机是很重要的。②采集标本的种类:对于病毒分离或病毒核酸检测,应当采集下呼吸道分泌物支气管肺泡灌洗液、痰或鼻咽分泌物、肺活检材料,检出阳性的机会多。鼻拭子、鼻洗液或咽拭子等不太适合。如果要从血液中分离病毒,则应在发热期,特别是在第一个发热期取血部分SARS病人有比较明显的双相型病程。③标本的保存或运送方式:用于病毒分离或核酸检测的标本,应当尽快送到实验室。如不能及时送检,则应在低温,至少在-20℃保存,运送时应当放在指定的运送缓冲液内运送。④检测方法的敏感度:目前已经用于SARS病原学检测的方法可分成4大类:病毒分离、PCR类、免疫组化和电镜。其中病毒分离和电镜法的敏感度较低,PCR类敏感度最高。PCR类中,实时PCR,特别是一种增强的实时PCRERT-PCR,敏感度最高,但目前仅限于极个别的实验室 套式PCR次之,常规PCR敏感度相对较低。
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    国内外学者曾用从SARS病例标本中分离到的SARS-CoV感染了乳鼠和猴,并证实可引起一定程度的病变,且可从感染组织中检出这一病毒。因此SARS-CoV基本满足了Koch要点的第3、第4条。

    SARS-CoV的特征

    SARS-CoV是一种RNA病毒,它在形态学上与已知人类冠状病毒十分相似,其颗粒直径根据有无表面突起而异,分别为80~140 nm 周围有20~40 nm的复杂鼓棰状表面突起。此病毒有脂质包膜,膜的下方是环状的衣壳,内有病毒的基因组核酸等。研究者推测,SARS-CoV有刺突S、包膜E、膜M和核衣壳N4种结构蛋白。N蛋白与病毒RNA上的包装信号序列结合,导致螺旋形核衣壳的形成。M蛋白与E蛋白与衣壳之间的相互作用引起经感染细胞膜结构出芽的过程。S蛋白与病毒包膜发生融合,再次与M蛋白相互作用,从而使成熟的病毒颗粒从滑面内质网中释放。S蛋白既负责与宿主细胞受体结合,又负责与细胞膜融合。
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    SARS-CoV的基因组是由29727个核苷酸组成的多腺苷酸RNA。美国、我国军事医学科学院微生物流行病研究所以及香港研究人员都对各自分离或检测到的SARS-CoV基因组进行了全序列测序,且其同源性极高,达99%以上。此病毒基因组核酸的碱基41%为鸟嘌呤G或胞嘧啶C。基因的顺序为 5’-复制酶rep、S、E、M、N-3’。SARS-CoV的rep基因约占基因组的2/3 预期可编码两种多聚蛋白由ORF1a和ORF1b编码,这两种蛋白质可进行共翻译蛋白分解过程。此基因的下游有4个开放读码框,分别为S、E、M和N蛋白编码。

    据WHO公布的材料,SARS-CoV在环境中生存的时间及抵抗力情况如下:此病毒在粪便中至少稳定2天,在腹泻病人的粪便中生存4天;在稳定的室温放置2天时,病毒浓度只降低1个对数。国内所作的类似研究结果与此略有不同,病毒在粪便和痰液中至少可生存4天,尿液中3天,在室温物体表面上生存3~4天;在56℃和75℃经90和30分钟,可使病毒失去感染力;紫外线照射和过氧乙酸对SARS~CoV有很好的消毒作用。, 百拇医药(照日)