冠狀病毒僅感染脊椎動(dòng)物, 引起人和動(dòng)物呼吸道、 消化道、肝臟和神經(jīng)系統(tǒng)的許多疾病, 特別是類似于鼠 肝炎病毒的 JHM 病毒可以引起小鼠的脫髓鞘性腦脊 髓炎, 因而成為研究人類多發(fā)性硬化病的良好模型; 冠 狀病毒mRNA 的轉(zhuǎn)錄機(jī)制的特殊性又成為分子生物 學(xué)家的另一種 RNA 拼接機(jī)制研究模式; 所以, 冠狀病 毒在分子病毒學(xué)中有相當(dāng)重要的地位, 受到醫(yī)學(xué)、獸醫(yī) 學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)家的廣泛重視。

 1 冠狀病毒的分類地位及種類

在國(guó)際病毒分類委員會(huì) ( International Comm ittee on Taxonom y of V iruses, ICTV ) 2001 年公布的病毒和命名第 7 次報(bào)告的病毒分類系統(tǒng)中, 冠狀病毒的分類 地 位 為: 套 病 毒 目 (N idovirales) , 冠 狀 病 毒 科 (Coronaviridae) , 冠狀病毒屬 (Coronav irus)。冠狀病毒 科有 2 個(gè)屬, 另一個(gè)屬為環(huán)曲病毒屬(T orov irus)。

在冠狀病毒屬(Coronav irus) 中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的成員有: 人呼吸道冠狀病毒 (H um an resp iratory coronav irus) - 229E; 人 呼 吸 道 冠 狀 病 毒 ( H um an resp iratory coronav irus) - OC43; 火 雞 冠 狀 病 毒 ( T urkey coronav irus); 兔腸道冠狀病毒 (R abbit coronav irus); 牛 冠狀病毒 (B ov ine coronav irus); 豬凝血性腦脊髓炎病 毒 ( P orcinehem aeg g lutinating encep halom y elitisV irus) ;大鼠誕淚腺炎病毒(S ialod acy oad enitis V irus); 小鼠肝炎 病 毒 (M ouse hep atitis V irus); 兔 冠 狀 病 毒 (R abbit coronav irus); 貓傳染性腹膜炎病毒 (Feline inf ectious p eritonitis V irus); 貓 腸 道 冠 狀 病 毒 ( Feline enteric coronav irus); 犬冠狀病毒 (Canine coronav irus); 豬傳染 性 胃 腸 炎 病 毒 ( P orcine transm issible g astroenteritis V irus) 和傳染性支氣管炎病毒共 14 個(gè)成員。

在環(huán)曲病毒屬(T orov irus) 中僅發(fā)現(xiàn)了 5 個(gè)成員, 這 些成員是: 馬環(huán)曲病毒 (Equine torov irus); B reda 病毒 (B red a v irus); 牛呼吸道環(huán)曲病毒 (B ov ine resp iratory torov irus); 豬環(huán)曲病毒(P orcine torov irus) 和貓環(huán)曲病毒 (Feline torov irus)。

2 病毒粒子的形態(tài)結(jié)構(gòu)

冠狀病毒粒子的負(fù)染色標(biāo)本在電子顯微鏡下呈現(xiàn) 相當(dāng)多形性的圓形或橢圓形顆粒, 各種冠狀病毒粒子 直徑差別甚大, 直徑范圍為 70～ 200 nm , 該類病毒有包 膜, 包膜上有獨(dú)特的棒棍狀突起, 這些包膜突起基部較 窄, 頂部較寬, 在電子顯微鏡下呈日冕或皇冠狀, 冠狀 病毒因此而得名。1975 年國(guó)際病毒命名和分類委員會(huì) 正式定名為冠狀病毒科(Coronaviridae)。

冠狀病毒包膜表面可見到 3 種包膜突起, 分別由 3 種包膜糖蛋白構(gòu)成, 即膜蛋白(M em brane p rotein,M ); 突 起 蛋 白 ( Sp ike p rotein, S ) 和 血 凝 素—— 酯 酶 (Hem agglutinin2esterase, HE)。S 蛋白構(gòu)成長(zhǎng)桿狀包膜 突起, 每個(gè)突起是由 3 個(gè) S 蛋白通過非共價(jià)連接而成, 其 S 蛋白三聚體突起具有多方面的功能, 它負(fù)責(zé)結(jié)合 敏感細(xì)胞受體, 誘導(dǎo)病毒包膜和細(xì)胞膜以及細(xì)胞之間 的膜融合, 刺激機(jī)體產(chǎn)生中和抗體和介導(dǎo)細(xì)胞免疫反 應(yīng);M 糖蛋白橫穿包膜, 它通過其 C 末端與核衣殼結(jié) 合, 可使核衣殼和病毒包膜聯(lián)系在一起, 從而決定和影 響了病毒出芽。利用針對(duì)M 糖蛋白包膜外區(qū)的抗體, 在 補(bǔ)體的協(xié)助下, 可以中和病毒的感染， 某些冠狀病毒的 M 糖蛋白還可以誘導(dǎo)產(chǎn)生干擾素。HE 糖蛋白由兩個(gè) HE 糖蛋白單體經(jīng)二硫鍵共價(jià)結(jié)合形成并構(gòu)成病毒包 膜的短突起, HE 二聚體蛋白的氨基酸序列與丙型流感 病毒的HE 同源, 推測(cè)這些冠狀病毒的 HE 基因可能是 由某個(gè)原始冠狀病毒基因組 RNA 同丙型流感病毒 HE mRNA 重組而獲得的, HE 現(xiàn)在認(rèn)為是冠狀病毒的吸附 蛋白, 決定了病毒的宿主范圍, HE 蛋白還能夠引起紅 細(xì)胞凝集以及對(duì)紅細(xì)胞產(chǎn)生吸附。

冠狀病毒的核衣殼蛋白構(gòu)成的核衣殼呈管狀卷曲 螺旋, 位于病毒包膜之內(nèi), 直徑大約 9～ 10 nm , 核衣殼 蛋白N 是一種堿性磷蛋白, 其中央?yún)^(qū)與基因組RNA 結(jié) 合, 形成卷曲的核衣殼螺旋。N 蛋白有兩個(gè)方面的功 能: 其一為與病毒 RNA 復(fù)制有關(guān), 其二為通過與M 糖 蛋白 C 端相互作用, 可以在子代病毒粒子形成時(shí)引起 病毒出芽以獲得包膜。

3 冠狀病毒的基因組

冠狀病毒基因組為單鏈正鏈 RNA , 長(zhǎng)約 27～ 32 kb, 在所有RNA 病毒中, 冠狀病毒的基因組最大。該基 因組 5′端有帽子結(jié)構(gòu), 3′端有聚腺苷尾 (poly A ) , 具有 mRNA 的功能和感染性, 導(dǎo)入真核細(xì)胞后能引起感染。 冠狀病毒感染細(xì)胞后, 其基因組既可作為mRNA 轉(zhuǎn)譯 出病毒特異的蛋白質(zhì); 又可作為模板轉(zhuǎn)錄互補(bǔ)的負(fù)鏈 RNA。轉(zhuǎn)錄出的病毒特異性負(fù)鏈RNA 可作為模板轉(zhuǎn)錄 出新的具有mRNA 功能的基因組 RNA 和幾種大小不 等的亞基因組mRNA 以及基因組的前導(dǎo)序列。在成熟 的病毒粒子中只存在基因組正鏈 RNA , 其他幾種大小 不等的亞基因組mRNA 只能在被感染細(xì)胞中檢測(cè)到, 這是一套 3′末端序列相同而分子量大小不同的mRNA 分子, 其中有幾種亞基因組mRNA 分子比真核細(xì)胞的 mRNA 分子大得多, 這些感染后合成的mRNA 可以指 導(dǎo)合成各種不同的特異性結(jié)構(gòu)蛋白多肽和非結(jié)構(gòu)蛋白 多肽。在所有的冠狀病毒基因組中, 聚合酶基因(Pol) 和 3 種結(jié)構(gòu)蛋白基因的排列次序均相同, 即 5′2pol2S2M 2 N 23′, 其他幾個(gè)編碼病毒非結(jié)構(gòu)蛋白和 HE 的基因在基 因數(shù)目、核苷酸序列和基因排列次序上往往依不同的 冠狀病毒而有較大的差異, 有些冠狀病毒的一些非結(jié) 構(gòu)蛋白基因不是病毒復(fù)制所必需的, 但與病毒的致病 性關(guān)系密切。

4 冠狀病毒的感染和增殖周期

冠狀病毒的宿主范圍較狹窄, 一般只能感染一種 或幾種親緣關(guān)系較近的動(dòng)物細(xì)胞, 但也有個(gè)別冠狀病 毒的宿主范圍較寬。冠狀病毒的宿主范圍與病毒特異 的細(xì)胞受體直接相關(guān),M HV 的受體為M HVR (一種膽 汁糖蛋白) 和幾種癌胚相關(guān)糖蛋白, TGEV 的細(xì)胞受體 為豬氨肽酶N , HCV 2229E 的細(xì)胞受體為人氨肽酶N , BCV 的細(xì)胞受體為 9202乙酰神經(jīng)氨酸。

病毒粒子經(jīng)受體介導(dǎo)吸附于敏感細(xì)胞的細(xì)胞膜 上, 包膜上含有 HE 蛋白的冠狀病毒通過 HE 或 S 蛋白 結(jié)合于細(xì)胞膜上的糖蛋白受體, 不含 HE 蛋白的冠狀病 毒則以 S 蛋白直接結(jié)合細(xì)胞膜表面的糖蛋白受體。吸 附在敏感細(xì)胞膜上的病毒粒子通過膜融合或胞吞作用 侵入細(xì)胞。冠狀病毒侵入宿主細(xì)胞后, 病毒的復(fù)制完全 在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。

冠狀病毒基因組進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后, 首先以其自身的 基因組 RNA 作為 mRNA , 進(jìn)行早期翻譯, 產(chǎn)生病毒 RNA 復(fù)制所需的 RNA 聚合酶, 這個(gè)過程是先翻譯成 1 個(gè)分子量為 700～ 800 的多蛋白, 多蛋白在翻譯過程中 或翻譯后被細(xì)胞和病毒蛋白酶切割, 產(chǎn)生各種蛋白質(zhì), 其中之一即為依賴于 RNA 的 RNA 聚合酶。在 RNA 聚合酶的 催 化 下, 以 病 毒 基 因 組 正 鏈 RNA (+ SS RNA ) 為模板, 轉(zhuǎn)錄生成負(fù)鏈 RNA , 再以負(fù)鏈 RNA 為 模板轉(zhuǎn)錄生成病毒mRNA 或基因組 RNA , 此外, 在不 同的冠狀病毒中, 負(fù)鏈 RNA 還轉(zhuǎn)錄形成 5～ 7 個(gè)亞基 因組mRNA , 其大小從基因組 RNA 5′→3′依次遞減, 形 成 3′端帶有共同序列的一組mRNA , 這些mRNA 負(fù)責(zé) 翻譯膜蛋白M、突起蛋白 S、血凝素- 酯酶 HE、核衣殼 蛋白N 等結(jié)構(gòu)蛋白以及其他一些非結(jié)構(gòu)蛋白。核衣殼 蛋白N 和幾種非結(jié)構(gòu)蛋白是在胞漿基質(zhì)中的多聚體上 合成的。非結(jié)構(gòu)蛋白的功能尚不清楚; N 蛋白被磷酸 化, 但是磷酸化的機(jī)制也不清楚; 膜蛋白M 和突起蛋白 S 在附于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的多聚體上合成, 轉(zhuǎn)譯后便插入內(nèi) 質(zhì)網(wǎng)膜并通過高爾基體從粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜 上。

新合成的基因組 RNA 和衣殼蛋白N 分子相互作 用而合成冠狀病毒的螺旋形核衣殼, 然后在粗面內(nèi)質(zhì) 網(wǎng)或高爾基體上以出芽的方式裝配成完整的子代病毒 粒子, 在通過含有膜蛋白M 的細(xì)胞膜時(shí), 核衣殼與粗面 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體膜相互作用, 冠狀病毒只在膜蛋白 M 存在的細(xì)胞膜處出芽以釋放出子代病毒粒子。

 冠狀病毒對(duì)敏感細(xì)胞既可以產(chǎn)生裂解性細(xì)胞感 染, 也可以引起持續(xù)感染, 病毒的裂解性細(xì)胞感染可能 誘導(dǎo)細(xì)胞形成合胞體或細(xì)胞裂解死亡。冠狀病毒在培 養(yǎng)細(xì)胞中復(fù)制時(shí), 早期常發(fā)生急性的裂解感染, 而后病 毒與細(xì)胞可建立持續(xù)感染。

5 冠狀病毒引起的疾病及病毒的致病性

冠狀病毒是引起人類普通感冒和咽炎的病毒之 一, 自然感染患者或人工實(shí)驗(yàn)感染患者, 都表現(xiàn)急性上 呼吸道感染癥狀, 如鼻炎、鼻塞、噴嚏和咽炎等; 在 2003 年初在世界上許多國(guó)家和地區(qū)發(fā)生的由冠狀病毒的變 異株引發(fā)的嚴(yán)重的急性呼吸系統(tǒng)綜合癥(Severe A cule Resp iratory Syndrom e, SARS) 則在肺部有嚴(yán)重的癥狀; 一般引發(fā)普通感冒的冠狀病毒在呼吸道粘膜表皮細(xì)胞 內(nèi)增殖, 在癥狀初次出現(xiàn)時(shí), 即約在感染 3 d 之后, 即可檢測(cè)到被裂解細(xì)胞釋放出的病毒粒子, 平均病程 6～ 7 d, 雖然冠狀病毒本身有許多獨(dú)特之處, 但其所引 起的臨床癥狀, 則與由鼻病毒引起的普通感冒或由流 感病毒引起的流行性感冒極其相似。

冠狀病毒亦引起許多動(dòng)物的疾病, 如: 豬傳染性胃 腸炎病、犬冠狀病毒病、貓腸道冠狀病毒病、貓傳染性 腹膜炎病、兔冠狀病毒病、小鼠肝炎病、大鼠誕淚腺炎 病、豬凝血性腦脊髓炎病、牛冠狀病毒病、兔腸道冠狀 病毒病和火雞蘭冠病等。

冠狀病毒的發(fā)病機(jī)理目前尚未完全透徹認(rèn)識(shí), 人 和動(dòng)物的年齡、遺傳因素、感染途徑和病毒株系等都可 能呈現(xiàn)影響。病毒對(duì)感染個(gè)體的淋巴細(xì)胞、網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì) 胞、上皮細(xì)胞和實(shí)質(zhì)細(xì)胞呈現(xiàn)裂解細(xì)胞作用, 從而損害 多種器官, 引起細(xì)胞死亡和器官病理變化, 這種現(xiàn)象已 在嚴(yán)重的急性呼吸系統(tǒng)綜合癥 (SARS) 和小鼠肝炎病 中得到證實(shí)。在一些冠狀病毒引起的疾病中, 在急性感 染之后, 還可能發(fā)生持續(xù)性感染, 病毒在細(xì)胞與細(xì)胞之 間慢性傳播, 此時(shí)則可能導(dǎo)致第 3 型過敏反應(yīng)性疾病 的發(fā)生。

冠狀病毒由于嚴(yán)重的急性呼吸系統(tǒng)綜合癥的爆發(fā) 而受到極大的關(guān)注, 該病毒具有非常典型的皇冠狀的 外表形態(tài)特征, 含有一分子具有感染性的 RNA 基因 組, 已有多種冠狀病毒的全基因組序列獲得了測(cè)定, 2003 年在世界許多國(guó)家和地區(qū)發(fā)生的嚴(yán)重的急性呼吸 系統(tǒng)綜合癥冠狀病毒, 亦已由中國(guó)科學(xué)家和加拿大科 學(xué)家完成了基因組全序列測(cè)定。一些冠狀病毒的結(jié)構(gòu) 蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白已作基因定位; 由于該病毒在復(fù)制 時(shí)產(chǎn)生一套同 3′末端的大小不同的mRNA , 以指導(dǎo)病 毒特異性蛋白的合成, 從而為基因的表達(dá)與調(diào)控研究 提供了一個(gè)新的模式。在病毒的遺傳、變異, 各種冠狀 病毒的相互關(guān)系、株系演變, 強(qiáng)致病力株系的產(chǎn)生, 病 毒復(fù)制中病毒特異性 RNA 聚合酶的合成和功能, 基因 轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)理, 病毒基因組結(jié)構(gòu)與病毒致病力的關(guān) 系, 病毒蛋白結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系則是有待深入研 究的領(lǐng)域。與這些基礎(chǔ)研究緊密相關(guān)的冠狀病毒的流 行學(xué)、臨床診斷、治療、預(yù)防, 疫苗和抗病毒藥物的研究 亦得到了很大的關(guān)注。

歐凱生物密切關(guān)注疫情動(dòng)態(tài)，研發(fā)并提供2019-nCoV抗原及抗體，同時(shí)提供IgG檢測(cè)大板。