如果要给世界上最可怕的死法排名,埃博拉感染肯定会名列前茅。它以突发性发烧开始,然后通过液化人体内部器官而致死。在患病者中,有 50% 至 90% 的人会死亡,这使得埃博拉成为已知最致命的病毒之一。其他疾病会导致更多人死亡,但埃博拉的神秘性和凶猛性已成为新兴和再次出现病原体日益增长的风险的象征。
最严重的两次埃博拉疫情发生在 1976 年和 1995 年的扎伊尔,期间几乎没有病例报告。(一些研究人员甚至推测,公元前 425 年结束的“雅典瘟疫”是一次孤立的埃博拉流行病。)没有人知道该病毒在休眠期间藏在哪里。
在 4 月 16 日出版的《美国国家科学院院刊》上,亚特兰大疾病控制与预防中心的 Anthony Sanchez 及其同事报告了在揭示使这种微观怪物运转的遗传机制方面取得的一些显著进展。
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病毒学家已将四种已知的埃博拉病毒变种(扎伊尔、苏丹、象牙海岸和雷斯顿毒株)以及一种与基因相关的猴病毒马尔堡归类为丝状病毒属。Sanchez 的团队分析了一些关键的病毒基因;利用这些信息,研究人员将丝状病毒置于系统发生树上,该树状图显示了生物体之间的进化关系。五种病毒中的每一种都占据其自身基因上不同的分支。从这些分支中萌发的是进化“小枝”——埃博拉变种被进一步划分成的微型毒株。
这种小的分歧是突变的必然结果,即复制过程中的自然错误。Sanchez 论文中揭示的最大惊喜是这些小枝是多么的微小。考虑到病毒的繁殖方式,科学家们原本预计在每种埃博拉毒株中看到更多的遗传异质性。
在大多数高等生物中,遗传物质(DNA)会校对每个复制品,以确保子细胞中的遗传物质与亲细胞中的完全相同。病毒的情况略有不同。以导致艾滋病的病毒 HIV 为例。HIV 是一种逆转录病毒:病毒内的遗传物质是 RNA,一种比 DNA 的双螺旋结构简单的分子。一旦进入宿主细胞,HIV 的 RNA 会在病毒繁殖前转化为 DNA。通过这种方式,逆转录病毒也具有校对能力,但不如高等生物中的校对能力有效。
然而,丝状病毒以 RNA 的形式繁殖;与 HIV 不同,它们不具备检查每个副本的能力。因此,“错误率比基于 DNA 的系统高一百万倍,” Sanchez 的合著者之一 Timothy Nichol 说。为了弄清埃博拉的突变倾向如何在现实世界中发挥作用,疾病预防控制中心的研究人员将 1976 年扎伊尔基奎特疫情中捕获的埃博拉毒株与 1995 年扎伊尔延布库疫情中采集的毒株进行了比较。尽管两次流行病相隔 1000 多公里,并且该病毒有 18 年的突变时间,但两种扎伊尔埃博拉分离株的基因序列几乎完全相同。此外,巴斯德研究所的 Bernard LeGuenno 发现,最近 1996 年在加蓬爆发的扎伊尔埃博拉毒株也与 1976 年的分离株几乎相同。似乎有什么东西在抑制丝状病毒遗传分化的自然倾向。
Sanchez 及其同事认为,在过去的 20 年里,扎伊尔埃博拉基本上以其原始形式最舒适——换句话说,自然选择压力有利于原始毒株的生存,而不是任何突变体。这种对现状的偏爱与 HIV 的行为形成鲜明对比。HIV 在繁殖过程中也会发生突变(校对并非万无一失),但不如丝状病毒容易发生突变。但由于人类通过使用药物攻击 HIV 来施加选择力,因此偶然具有抗药性的突变体将会增殖。
为了确定毒株之间的遗传距离,Sanchez 的团队将注意力集中在病毒差异最大的基因上。由于已知所有埃博拉毒株都发生了物种跳跃——从它们假定的天然宿主到猴子和人类——研究人员预测最大的变异将发生在使病毒能够识别不同细胞物种的基因中。在埃博拉的情况下,最相关的基因被证明是糖蛋白基因,该基因产生位于病毒表面的蛋白质,并被认为可以将病毒转移到宿主细胞内部。疾病预防控制中心小组此后研究了埃博拉基因组的其他部分;Nichol 报告说,到目前为止,糖蛋白基因实际上似乎是变异最大的基因。
选择分析糖蛋白基因可以获得额外的见解:它揭示,除了通过破坏它们感染的细胞来杀死受害者之外,丝状病毒可能通过抑制免疫系统来起作用。这可能是它们如此致命的原因之一。Sanchez 的团队发现,丝状病毒糖蛋白基因的一部分与功能是抑制免疫系统的其他病毒的糖蛋白基因的相应部分非常相似。事实上,埃博拉受害者通常在没有有效免疫反应的证据下死亡。
一项相关的研究方向是寻找动物“贮藏库”,即埃博拉在人类疫情之间漫长的间隙中居住的藏身之处。科学家们尚不知道埃博拉潜伏在哪个或哪些生物体内,但来自疾病预防控制中心、世界卫生组织和美国陆军的团队目前正在筛选数百种非洲动物物种,以寻找贮藏库。无论它是什么,扎伊尔 1976 年和 1995 年埃博拉毒株之间的高度相似性(研究的 RNA 片段变化不到 1.6%)向疾病预防控制中心小组表明,两个地点的贮藏库是相同的,并且该生物要么在扎伊尔广泛存在,要么是迁徙物种。
另一方面,四种埃博拉毒株以及马尔堡病毒的遗传差异高达 45%。如此显著的差异暗示着各种丝状病毒是由不止一个物种携带的。每种毒株可能都在缓慢地共同进化,以与它们各自尚未知的宿主舒适地生活在一起。
与结核病和肝炎等其他不太引人注目但分布更广的疾病相比,埃博拉实际上构成的威胁相当有限:恰恰因为它会如此迅速地杀死受害者,因此不容易传播。然而,所有病原体都会发生突变,有时会导致出现更恶性的版本(正如耐药性结核病菌株的出现所证明的那样)。病毒学家正在继续研究丝状病毒的遗传学,希望找到治疗方法或疫苗。但即使他们最终找到了,埃博拉像许多其他病原体一样会再次出现的威胁也将始终存在。