自從新冠病毒（SARS-CoV-2）導致的疫情爆發以來，已在全球範圍內感染了近 200 萬人。科學家們一直在努力尋找這種新型冠狀病毒的起源，以瞭解其究竟如何從動物宿主轉移到人類身上。
之前，科學家們一直圍繞著蝙蝠（一種攜帶多種冠狀病毒的動物）來尋找一種首次將該病毒引入人類的中間動物宿主。從蛇、到穿山甲，都一度被高度懷疑為最可能的中間宿主，但實際上這些動物身上分離出來的冠狀病毒，與導致此次疫情的新冠病毒差異實在太大，最多證明它們有著共同的祖先，並不能證明是其將病毒感染給人類。
就在今天，渥太華大學生物學教授夏旭華（Xuhua Xia）團隊提出，流浪狗可能是當前人類新冠疫情大流行的源頭。這一研究結果剛剛在線發表在《分子生物學與進化（Molecular Biology and Evolution）》雜誌。
“我們的研究結果為 SARS-CoV-2 的起源和傳播提供了新的假設，” 夏旭華說，“SARS-CoV-2 的祖先，及其近親——蝙蝠身上攜帶的冠狀病毒，先是感染了犬科動物的腸道，並在犬科動物身上發生了快速變異進化，然後首次感染了人類。這一結果也意味著，在與 SARS-CoV-2 的鬥爭中，對流浪狗體內的新冠病毒進行檢測，也是極其重要的。”
病毒戰鬥的痕跡，成為溯源的線索
當病毒入侵宿主時，它們的基因組往往帶有戰鬥的傷疤，這是因為它們需要通過基因組的變化和適應，來擊退和逃避宿主的免疫系統。
而人類和哺乳動物有一種關鍵的抗病毒前哨蛋白，稱為 ZAP，它可以通過阻止病毒在宿主體內的增殖，以及降解其基因組來阻止病毒的傳播。其目標之一就是病毒 RNA 基因組中的一對化學字母，叫做 CpG 二核苷酸。
可以說，CpG 二核苷酸就是人體免疫系統尋找和消滅病毒的路標。在骨髓和淋巴結中大量生成的 ZAP，負責巡視人體肺部，當病毒入侵時，免疫系統首先在這些地方發起攻擊。
但事實證明，病毒同樣是可以反擊的。
單鏈冠狀病毒，如 SARS-CoV，可以通過減少 CpG 路標來避免 ZAP 的識別和攻擊，從而使 ZAP 機制失效。對 HIV 病毒 (另一種 RNA 病毒) 的研究表明，它就充分利用了這種進化產生的技巧，減少 CpG 以應對人類抗病毒防禦機制。
反過來想，如果病毒基因組上還剩餘有 CpG 二核苷酸，那麼則意味著其可能對該病毒具有十分重要的功能，這也就可作為在疫苗開發中減弱毒性的修飾靶點。
夏旭華教授長期研究不同宿主病毒的分子特徵，他表示，“我們可以把病毒中 CpG 含量的減少視為對公眾健康的威脅，而 CpG 含量的增加則會降低這種病毒性病原體的威脅。因為有著高 CpG 含量的病毒會被宿主免疫系統更好地靶向，導致毒性降低，這類似於天然疫苗。”
有了這一層發現，夏旭華教授進一步檢驗了迄今為止存儲在 GenBank 中的全部 1252 個完整的 β 冠狀病毒基因組，發現 SARS-CoV-2 與一種蝙蝠冠狀病毒 (BatCoV RaTG13) 在所有近親冠狀病毒中 CpG 含量最低。
“最引人注目的是 BatCoV RaTG13 系譜中的病毒基因組 CpG 含量，發生了一個孤立但明顯的下降。據報道，該樣品基因組是 2013 年從雲南省的一個蝙蝠中取樣，但直到 2019 年末 SARS-CoV-2 感染爆發後，武漢病毒所才對其進行了測序。” 夏旭華教授說，“這種蝙蝠的冠狀病毒基因組是 SARS-CoV-2 最接近的親緣，序列相似度達 96%。”
研究人員表示，很不幸的是，BatCoV RaTG13 沒有在 2013 年進行測序，否則 CpG 含量的下降可能是一個警告。因為這有兩個非常重要的含義。首先，這種病毒可能是在具有高 ZAP 表達的組織中進化而來的，因此 ZAP 高表達有利於 CpG 低的病毒基因組出現；第二，更重要的是，該病毒的存在表明它已經成功地避開了 ZPA 介導的抗病毒防禦。換句話說，這種病毒已經變得很隱秘和狡猾，對人類來說也已經很危險了。
最合理的解釋：流浪狗吃了蝙蝠？
夏旭華教授用他的 CpG 檢測工具重新檢測了起源於駱駝的中東呼吸綜合徵冠狀病毒（MERS），發現感染駱駝消化系統的病毒基因組中 CpG 含量低於感染駱駝呼吸系統的病毒。
當他在對狗的數據進行分析後，發現只有犬冠狀病毒 (CCoVs) 的基因組具有與 SARS-CoV-2 和 BatCoV RaTG13 相似的基因組 CpG 值 ；其次，犬和駱駝一樣，在它們的消化系統中也發現了冠狀病毒感染，而且其 CpG 含量低於它們呼吸系統中的基因組 CpG 含量 (犬呼吸道冠狀病毒與 SARS-CoV-2 同屬於 BetaCoV 譜系)。
此外，已知 SARS-CoV-2 進入細胞的受體是 ACE2，ACE2 產生於人體消化系統，在小腸和十二指腸具有最高水平，在肺部的表達相對較低。這表明，哺乳動物的消化系統可能是冠狀病毒感染的一個關鍵目標。
研究人員表示，“最近的研究報道進一步證實了這一解釋，即大部分的新冠肺炎患者也有消化不適的症狀。事實上，48.5% 的人以消化系統症狀為主要症狀。”
眾所周知，犬科動物經常舔它們的肛門和生殖器區域，不僅在交配期間，在平常情況下也是如此。這種行為將促進病毒從消化系統傳播到呼吸系統，並促進胃腸道病原體與呼吸道和肺病原體之間的交換。
“在這種情況下，很重要的一點是，其基因組序列記錄在 GenBank (MN996532) 中的蝙蝠冠狀病毒 (BatCoV RaTG13)，是從糞便拭子中分離出來的。這些觀察結果與 SARS-CoV-2 在哺乳動物腸道或與腸道相關的組織中進化的假設是一致的。”
研究人員的另一項發現，涉及從穿山甲中分離出的病毒。科學家們最近從穿山甲中分離並測序了 9 個類似 SARS-CoV-2 病毒的基因組，夏旭華教授發現，具有最高序列覆蓋率的 ICpG 值為 0.3929，其值接近在 SARS-CoV-2 基因組中觀察到的 CpG 值的極低端。因此，造成此次大流行的 SARS-CoV-2、蝙蝠中的冠狀病毒 BatCoV RaTG13 和穿山甲攜帶的冠狀病毒，可能有一個共同的低 CpG 祖先，或者趨同進化出了低 CpG 值。”
根據研究結果，夏旭華教授提出了一種假設，即：
冠狀病毒首先從蝙蝠傳播到吃蝙蝠肉的流浪狗；接下來，病毒在犬類腸道不斷變異進化，導致病毒基因組 CpG 減少；最後，較低的病毒基因組 CpG，使病毒能夠逃避人類 ZAP 介導的免疫反應，最終感染人類，並迅速成為一種嚴重的全球大流行病病原體。
“SARS-CoV-2 的具體起源在當前這場世界衛生危機中至關重要，這項研究通過考慮宿主防禦系統與病毒基因組的相互作用，包括宿主組織對病毒基因組進化的選擇壓力，揭示出病毒進化相關的重要證據。” 夏旭華說。
夏旭華教授簡介
夏旭華，加拿大渥太華大學終身教授、生物信息學與數學計算機專家，加拿大渥太華大學理學院生物系生物信息學首席科學家、博士生導師，世界生物信息學領域中的重量級學者。
其《分子生物學與進化中的數據分析》、《生物信息學與細胞：基因組學，蛋白質組學和轉錄組學中的現代計算方法》、《生物信息學與細胞》等一系列學術專著堪稱世界生物信息學領域的扛鼎之作，其中《生物信息學與細胞》更成為世界各國進入系統生物學這一新興領域的學生學者之必備專著。
1990 年，夏旭華獲加拿大西安大略大學博士學位，主要致力於基因組學和蛋白質組學及其在物種進化分析中的應用的研究。
1996 年開始，全球對分子進化與生物信息學的研究開始迅速升溫。這一年，香港大學理學院分子生物學系與法國巴斯特研究所合作，共同籌備生物信息研究室，夏旭華受聘擔任該研究室主任。
2002 年，夏旭華又應邀到加拿大渥太華大學開辦生物信息學科，成為加拿大渥太華大學生物系的終身教授，專攻生物信息學及分子進化方面的研究。夏旭華同時還受聘兼職於加拿大一個信息技術工程學院。另外，夏旭華也是加拿大環境基因學高級研究中心（CAREG）和渥太華系統生物研究院（OISB）的成員。
夏旭華的研究成果主要發表在 Molecular Biology and Evolution、Bioinformatics、PLoS ONE、Molecular Phylogenetics and Evolution、Genomics、Curr Microbiol 、Gene 等雜誌。現任加拿大渥太華大渥太華大學生物系環境基因組高級研究中心終生教授，渥太華大學系統生物學研究所成員，是 Bioinformatics、Nucleic Acids Research、Genome Research、Molecular Biology and Evolution 等眾多知名期刊的審稿人。
https://doi.org/10.1093/molbev/msaa094
https://www.eurekalert.org/emb_releases/2020-04/mbae-sp040720.php
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