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蝙蝠這種「一代毒王」是如何練成的? 它們為何帶新型冠狀病毒但自己卻不 生病?

新型冠狀病毒全國擴散,科學家極度懷疑這種新冠狀病毒的宿主又是蝙蝠,透過第三方動物攜帶者把病毒散發出去。

金庸小說《倚天屠龍記》的明教的青翼蝠王韋一笑,以鬼魅般的輕功,震懾五大派。但蝙蝠其實更似《飛狐外傳》中的毒手藥王,可以到處播毒。

圖: 蝙蝠是播毒之王。

蝙蝠是播毒之王。

到底蝙蝠為什麼會攜帶這麼多病毒呢?

蝙蝠是翼手目動物,也是哺乳動物中唯一的空軍。牠們晝伏夜出,分佈遍於全世界,在熱帶和亞熱帶地區蝙蝠最多,是動物中僅次於嚙齒目動物的第二大類群,數量佔了哺乳動物的五分之一!

山洞中的蝙蝠大量群居容易傳染病毒。

山洞中的蝙蝠大量群居容易傳染病毒。

動物學家考證,往往一個小小洞穴,就可能藏有上萬隻蝙蝠。廣西地區一個洞裡,甚至棲息著起碼一千萬隻蝙蝠,等如武漢的人口。對研究病毒的學者來說,蝙蝠的地位也十分特殊。因為它們已經在地球上已經生存了 8800 萬年,幾乎和恐龍同時代,比人類更早,蝙蝠這種哺乳類動物,可以在地球上存在這麼久,自然是一種進化的強者。

近年大出鋒頭的病毒如 SARS(沙士)、MERS(中東呼吸綜合症)、伊博拉病毒、狂犬病病毒、瑪律堡病毒、亨德拉病毒、尼帕病毒,以及本次武漢肺炎的新型冠狀病毒,自然宿主都是蝙蝠。

為什麼蝙蝠帶毒而不被感染?

蝙蝠因為大量群居而易傳染病毒,但要成為一代毒王,首先要自己不被毒死。

科普名著《槍炮病菌鋼鐵》講過「不死族」的生存之道:想要獲得永生,只需把損壞的零件拋棄,換上新零件即可。衰老的細胞被及時替換,那麼事實上等於永遠不死,自然界有某種水母就具有這能力。但是我們人類隨著細胞的分裂,會自然走向衰老,因為分裂會導致很小的基因出錯,而這些細小的出錯,累積起來就變成了一些糟糕的細胞變異,最終導致癌細胞的出現。在哺乳動物中,小體型的蝙蝠卻50歲的高壽,以種族計蝙蝠「幾乎」具備永生的能力。簡單邏輯是病毒的宿主首先要自己不死,才有機會把病毒傳播出去。

首先,蝙蝠吃著昆蟲和果實,幾乎沒有什麼天敵。其次,雖然它們是溫血的,但是除了冬眠會降低體溫到環境一致以外,它的體溫很多時在 40℃。因為蝙蝠的線粒體活性較其它哺乳動物高,大量三磷酸腺苷(ATP)被消耗,自然體溫升高,由於病毒不喜高溫,蝙蝠的體溫間接增加了牠們對病毒的抵抗力,減少了蝙蝠體內的病毒豐度。

一般來說,蝙蝠這種高體溫和超高的新陳代謝率,應該更容易得癌症吧?起碼高頻率的細胞分裂總會帶來基因損傷。但是奇跡就是出現了,蝙蝠還識玩「DNA 修復」。

蝙蝠的高體溫和高代謝和飛行有關。牠作為得天獨厚會飛的哺乳動物,令牠覓食和逃避危險的能力大增,但飛行需要大量能量,同時出現高體溫和高代謝,細胞在高速代謝時會出現DNA損傷,積少成多可以致命。但蝙蝠進化出DNA 損傷修復的基因很不同尋常,修復 DNA 損傷的能力很高。也就是說,飛行造成的代謝率升高,更容易產生 DNA 損傷,在長期的進化中,蝙蝠通過提升 DNA 損傷修復能力來抵抗。

蝙蝠渾身是毒,牠進化出另一種特能是對感染的炎症反應較低。在人類和其他動物中,感染病毒後會引起高度炎症,例如提升體溫,以及免疫細胞出動打擊病毒,這些炎症反應可以對抗感染,但炎症反應的增加會導致內臟器官的損傷,嚴重時會導致即時死亡(沙士時很多死者死於自身過度反應),長線也會加速衰老和與老齡有關疾病的發生。但是2019年發表在Nature Microbiology上的一項研究顯示,即使在蝙蝠體內的病毒水準很高,其炎症反應蛋白NLRP蛋白仍然相當不活躍,結果導致蝙蝠的炎症反應和內部損傷都減少了,對病原體有更高的耐受性。

另外可以以蝙蝠基因去解釋炎症反應低,蝙蝠細胞內的熱休克蛋白/HSP 本底水準非常高。同時,通過產生 IL-1β 介導炎症反應的炎性小體(inflammasome)的通路中,蝙蝠缺失了 PYHIN 家族的基因。炎症可以導致各種疾病,包括老化和癌症等等。其中,在細胞質中存在 DNA 時會強烈誘導炎症,而幾類炎性小體就是識別細胞質中存在的 DNA 來介導炎症的。所以,蝙蝠相關基因缺失會導致蝙蝠本身的炎症水準很低。

總結一下,就是因為進化上,蝙蝠選擇了飛行,所以它的代謝率會升高,這樣氧化應激水平(指體內氧化與抗氧化作用失衡,傾向於氧化,產生自由基)也會升高,為了對抗飛行帶來的這些結果,蝙蝠在進化上適應了高度的 DNA 損傷修復,這一點的直接後果是蝙蝠的壽命很長,並且很少發生癌症;此外,蝙蝠具有了更強的本底水準的固有免疫應答系統,所以,攜帶病毒的時候很少發病或就是不發病。

蝙蝠帶的病毒如何感染人類?

蝙蝠是成千上萬只聚集在一起的群居動物,族群內反復感染比如狂犬病病毒,可促進對疾病的抵抗力。而蝙蝠身上病毒持續存在可能與低病毒複製有關。這種低水準複製不會刺激起宿主危險的高水準的免疫應答反應,從而允許宿主長期感染,而不出現疾病跡象。但是,蝙蝠的這種特徵,也導致千萬年來,寄生在牠們身上的病毒,也不斷的更新換代,透過基因突變獲得生存。

其中一種病毒突變的原因是離開蝙蝠這個自然宿主,比如通過蝙蝠排出的糞便污染果子,或是牠們吃過果子後汚染了果子,果子狸、駱駝等中間宿主吃了汚染的果子,再傳給人,便可能導致病毒在人群中爆發。內地的研究團隊就發現,中華菊頭蝠 (Rhinolophus sinicus) 中流傳著大量與沙士相關的冠狀病毒,相信菊頭蝠就是致命沙士源頭,傳到果子狸後才傳到人類身上。

中華菊頭蝠是沙士的宿主。

中華菊頭蝠是沙士的宿主。

蝙蝠病毒較易傳人,皆因蝙蝠與人類同屬哺乳動物。進化上,二者的親緣關係不是特別遠。某些遠古留下的病毒可能在人和蝙蝠的細胞上都有相應的病毒受體,給病毒的跨物種跳躍創造條件。這就是為什麼禽流感的病毒不容易對人類進行「升維打擊」,而且即使由動物傳人後也不容易「人傳人」。

蝙蝠可以容忍自身免疫系統遇上病毒後低度運轉,但人類卻不能。因為人體在感染後會通過發熱來啟動免疫系統,一旦免疫系統為抵抗病毒而高度反應,這給人體帶來的害處超過了益處。事實上,感染病毒患者出現的發燒、體內或體外出血等症狀,都是免疫系統過度反應帶來的後果,很多時死亡者是死於過度免疫反應。

同樣的,人體試圖通過發熱等機制來清除病毒的手段,對於來自蝙蝠身上的病毒,完全沒有作用。即便我們持續 40℃ 的高燒,把自己燒成熱鍋,這些病毒也像回到蝙蝠身體這個老家一樣,經常是40度,舒舒服服,輕車熟路。

此時我們看到了一個非常有趣的話題,病毒對其天然宿主肯定是非致命的、甚至是友好的,牠們是互相存的。

病毒傷人,也就可能發生在從天然宿主轉移到非天然宿主上的開始的一段時間,因為病毒和非天然宿主沒有被進化篩選而相容。以天花病毒為例,假如說一直沒出現疫苗進行防治,那隨著時間推移,只要人類不死,那對人的天花病毒與人也會共同進化,導致致命性越來越低,直到有一天,我們也成為蝙蝠一樣,與新的病毒和睦相處。

病毒由蝙蝠傳人,一切只需要時間,但上帝有大量時間。而人類只要不改掉吃野味的習慣,蝠蝙的病毒傳人,會比想像中更容易。

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