【论文】关于埃博拉病毒的原理与机制

黍匀营养机构编(2017年3月补充原理新研究)

【摘要】埃博拉病毒最早出现在刚果埃博拉沿岸，并因此得名。埃博拉病毒具有比较强的传染性和毒性，因此得到医学界重视。埃博拉病毒的主要原理是通过使机体免疫系统失去防范，进而攻击脏器导致出血而引起不良反应的过程。因此其发病症状多伴随发热、出血等症状。防治建议在根源防止传播，并加强个人体质和健康和营养，利于促进防控。同时当前对于该病毒的疫苗和治疗药物正在研发中，并取得了积极进展。

【关键词】埃博拉病毒；原理；防治；疫苗

    背景：世界卫生组织2014年8月28日发表最新通报称，埃博拉疫情继续肆虐，在几内亚、利比里亚、塞拉利昂和尼日利亚已经有3069人感染，其中1552人死亡。埃博拉病毒是迄今发现的致死率最高的病毒之一，疫情死亡率约52%，尚无有效治疗方法。埃博拉病毒可引发埃博拉出血热，潜伏期可达20天。世卫组织说，实际感染的人数可能是已报告病例的2至4倍，患者总数可能超过两万人。该机构负责紧急行动的助理总干事艾尔沃德说：“这不是西部非洲或非洲的问题，这是全球卫生安全问题。”

    埃博拉病毒的发生历史。埃博拉病毒（Ebola virus）最早发生在1976年，在苏丹南部和刚果（旧称扎伊尔）的埃博拉河地区，由于传染性和毒性强，得到了医学界重视，并因此得名。1976年，该病毒导致“埃博拉”河沿岸55个村庄的百姓感染，数百生命消失。1979年，“埃博拉”病毒又出现在苏丹，导致大量人群死亡。其中刚果318例感染，有280例死亡；苏丹有285例感染，151例死亡。十五年以后，又再次发生。之后主要发生在扎伊尔及刚果民主共和国（1995年、2003年和2012年）、加蓬（1994年、1995年、1996年、1997年、2001年和2002年）、乌干达（2000年、2012年）、南非（1996年）、美国德州（1989年、1990年和1996年）、苏丹（2004年）和西非（爆发于几内亚，2014年西非埃博拉病毒疫情）（2014年）。

    截止2014年，主要发生地区主要局限在中非热带雨林和东南非洲热带大草原，但已从开始的苏丹、刚果民主共和国扩展到刚果共和国、中非共和国、利比亚、加蓬、尼日利亚、肯尼亚、科特迪瓦、喀麦隆、津巴布韦、乌干达、埃塞俄比亚以及南非。非洲以外地区偶有病例报道，均属于输入性或实验室意外感染，未发现有埃博拉出血热流行。埃博拉病毒仅在个别国家、地区间歇性流行，在时空上有一定的局限性。英国、瑞士报道过输入病例，均为流行区旅行；参与诊治病人或参与调查研究人员，没有流行。

    2014年8月世界卫生组织称埃博拉疫情严重，死亡人数已经超过1000人，确认、疑似与可能病例累积达到近3000例。

    因此，了解和掌握该类病毒的发生原理和机制，有利于进行日常生活的防治工作。

1 结构类别

    研究认为，埃博拉病毒属丝状病毒科。较长的奇形怪状的病毒粒子相关结构可呈分枝状或盘绕状，长达10微米。利用电子显微镜对埃博拉病毒属成员的研究显示，其呈现一般纤维病毒的线形结构。病毒粒子也可能出现“U”字、“6”字形、缠绕、环状或分枝形，不过实验室纯化技术也可能是造成这些形状产生的因素之一，例如离心机的高速运转可能使病毒粒子变形。病毒粒子一般直径约80纳米，但长度可达1400纳米，典型的埃博拉病毒粒子平均长度则接近1000纳米。在病毒粒子中心结构的核壳蛋白，由螺旋状缠绕之基因体RNA与核壳蛋白质以及蛋白质病毒蛋白VP35、VP30、L组成，病毒包含的糖蛋白从表面深入病毒粒子10纳米长，另外10纳米则向外突出在套膜表面，而这层套膜来自宿主的细胞膜，在套膜与核壳蛋白之间的区域，称为基质空间，由病毒蛋白VP40和VP24组成。

    每个病原体是由链状的负链核糖核酸病毒粒子构成。3'端没有多聚腺苷酸化，5'端也没有加帽（capping）。基因组编码七个结构蛋白和一个非结构蛋白。基因顺序是：3'端一NP—VP35-VP40-GP-VP30一VP24一L一5'端，两端的非编码区含有重要的信号以调节病毒的转录 、复制和新病毒颗粒的包装。如果缺少相应的蛋白，单基因组本身并不具备感染性，其中一种蛋白是RNA依赖的RNA聚合酶，是病毒基因组转录成信使RNA所必须的酶，它对病毒基因组的复制也有重要作用。其所编译的蛋白中，NP是核衣壳蛋白，VP30和VP35是病毒结构蛋白，VP35具有抗I型干扰素作用，GP是跨膜糖蛋白，与病毒的入侵过程及细胞毒性有关，VP24和VP40与病毒的成熟释放有关，前者是小型膜蛋白，后者是病毒基质蛋白。

    病毒在常温下较稳定，对热有中等度抵抗力，56℃不能完全灭活，60℃30min方能破坏其感染性；紫外线照射2min可使之完全灭活。对化学药品敏感，乙醚、去氧胆酸钠、β-丙内酯、福尔马林、次氯酸钠等消毒剂可以完全灭活病毒感染性；钴60照射、γ射线也可使之灭活。EBOV在血液样本或病尸中可存活数周；4℃条件下存放5周其感染性保持不变，8周滴度降至一半。-70℃条件可长期保存。

    它的自然宿主虽尚未最后确定，但已有多方证据表明猴子及猩猩等野生非人灵长类动物以及其他动物有感染现象。1976年、1996年、2002年的流行，源于人类接触野外死亡的猩猩；菲律宾出口的猴子多次查出该病毒，但没有发现发病；2003年8月刚果（布）卫生健康部的调查表明，野外黑猩猩、野猪体内可查到该病毒。

    已确定埃博拉病毒分4 个亚型，即：埃博拉-扎伊尔型（EBO-Zaire）、埃博拉-苏丹型（EBO-Sudan）、埃博拉-莱斯顿型（EBO-R） 和埃博拉-科特迪瓦型（EBO-CI）。不同亚型具有不同的特性，EBO-Z和EBO-S对人类和非人类灵长类动物的致病性和致死率很高；EBO-R对人类不致病，对非人类灵长类动物具有致死性作用；EBO-CI对人类有明显的致病性，但一般不致死，对黑猩猩的致死率很高。2009年7月9日，在新一期美国《科学》杂志上报道，在菲律宾一些农场的猪身上鉴别出一种名为reston的埃博拉病毒（EBO-R），此但与其他类型的埃博拉病毒不同，它还没有对人造成威胁。

2 传播途径

    埃博拉病毒进入人体之后，它能破坏白细胞对化学信号的感受性，结果身体组织发出的求救信号就没法让白细胞听到，于是身体免疫功能的第一道防线就这么被破解了。博拉病毒结合到核胞浆转运蛋白上后，就会护送信号传导与转录激活子（STAT1）进入细胞核，分泌毒素破坏身体细胞，其中血管壁和肝脏受损尤其严重，肝脏受损的间接后果之一是凝血因子不足，于是造成广泛内出血。   

2017年３月１日中国农业科学院哈尔滨兽医研究所基础免疫团队，在国际上首次阐明了埃博拉病毒囊膜糖蛋白的合成机制。据团队王斌博士介绍，埃博拉病毒粒子表面的囊膜糖蛋白，是介导病毒感染靶细胞的唯一蛋白。科研团队从囊膜糖蛋白的生物合成过程入手，发现囊膜糖蛋白ＧＰ2亚基的Ｎ—糖基化，通过参与蛋白的剪切、蛋白糖链的加工、多聚体的形成、蛋白折叠等多个过程，影响着病毒的组装和感染。此研究阐明了细胞通过囊膜蛋白糖基化而调控蛋白功能的机理，将为抗埃博拉病毒药物的研发提供新的理论依据。相关成果已在美国出版的《生物化学杂志》期刊上在线发表。

    症状因人而异，会突然出现。典型埃博拉病毒出血热的潜伏期约2至21天。

    最初的症状包括：发高烧（最少38.8摄氏度或101华氏度）、严重头痛、肌肉、关节或腹部疼痛、严重乏力和疲倦、咽炎喉咙痛、作呕和头晕。怀疑疫症爆发前，早期症状会被错误诊断为疟疾、伤寒、痢疾、感冒或其他细菌感染，这些病都较常见。

    埃博拉病毒进而引致腹泻、深色或带血的粪便、咖啡样吐血、因血管胀大而眼睛变红、因皮下出血而皮肤出现红斑、斑丘疹、紫斑和内出血。身体任何孔都会出血，包括鼻、口、肛门、生殖器官或针孔。

    其他症状包括低血压（低于90毫米汞)、低血容量、心悸、体内器官严重受损（尤其是肾、脾和肝) 并引致弥散性全身坏死, 及 蛋白尿。由病发开始到死亡（通常因为低血容量性休克以及脏器衰竭) 通常为7至14日。染病后第二个星期，病人一是退烧，一是出现多个器官衰竭。

4 防治措施

    4.1强化在根源消毒、预防感染和传播。

    研究发现，埃博拉病毒有一定的耐热性，但在60摄氏度的条件下60分钟将被杀死。病毒主要存在于病人的体液、血液中，因此对病人使用过的注射器、针头、各种穿刺针、插管等，均应彻底消毒，最可靠的是使用高压蒸气消毒。

    ⑴病毒特异性抗体的检查。病人血液中的病毒特异性IgM抗体在发病后2～9天出现，持续存在到发病后1～6个月；IgG抗体在发病后6～18天出现，持续存在到发病后2年以上。用基因工程方法制备出的病毒核心蛋白羧基端多肽为抗原，建立的检测埃博拉病毒IgG抗体的ELISA方法，特异性和敏感性较高。但对于部分急性期血清中特异性抗体滴度很低的患者，应同时进行病毒抗原或核酸的检测。

    ⑵病毒特异性抗原和核酸的检查。已经证实检测埃博拉病毒抗原与检测病毒核酸的一致性几乎达到100%，敏感度很高。并且，用射线照射标本并灭活病毒后，再检测病毒抗原或RNA时，实验安全性增高，且实验结果也不受显著影响。

 

    4.3治疗建议。

    治疗首先是辅助性的，包括使病毒入侵最小化，平衡电解质，修复损失的血小板以便防止出血，保持血液中氧元素含量，以及对并发症的治疗。排除个别病例，埃博拉康复者的血清在治疗疾病中并没有什么作用。干扰素对埃博拉也是无效的。在猴子试验中，凝固干扰素似乎能起一些作用，使原本100%必死的感染猴中存活下33%。USAMRIID的科学家宣称，4只感染埃博拉病毒的猕猴中有3只康复。对埃博拉病毒病尚无特效治疗方法，一些抗病毒药如干扰素和利巴韦林无效，主要是支持和对症治疗，包括注意水、电解质平衡，控制出血；肾衰竭时进行透析治疗等。用恢复期患者的血浆治疗埃博拉病毒病患者尚存在争议。

    现今唯一对抗方法为注射NPC1阻碍剂，埃博拉病毒需透过NPC1进入细胞核进行自身复制，NPC1蛋白于细胞间进行运输胆固醇，即使阻碍剂会阻挡胆固醇的运输路线，造成尼曼匹克症。但那是可以容忍的。绝大多数的爆发都是短暂的时间。NPC1阻碍剂也能对抗马堡病毒。

    世界卫生组织发布的一份声明指出，某些产品与实践可预防或治愈埃博拉病毒是谣言，经过完全检测及批准的埃博拉疫苗可能不会在2015年前出现。世卫组织强调，尽管一些有前景的产品正处于研发中，但数十年来的科研工作并未发现任何有疗效或具防护性作用的药剂对人体安全有效。声明称，当前为尽可能挽救埃博拉病患的生命，世卫组织已认可使用试验性药物治疗。各方正在加速试验性药物生产，但该类药物供应仍然十分有限，而公众也须认识到试验性药物未经人体试验，也未经监管机构批准。对某些声称可预防或治愈埃博拉病毒的产品或方法，世卫组织予以完全否定，并称其为“盲目疗法”。例如，“摄入大量盐水可预防埃博拉病毒”的谣言已至少导致2名尼日利亚人死亡。

 

    4.4疫苗研发

    2006年2月美国国家卫生研究院负责人加里·纳贝尔称，预防致命性埃博拉病毒的疫苗已经通过了最初的人类安全检测，其令人充满希望的迹象表明，这种疫苗能使人类免受此病的感染。已经有21人接受了早期测试的试验性疫苗。不过纳贝尔提醒说，仍需进行更多的研究以证实这种疫苗是否成功。

    2014年8月9日，中国宣布已掌握埃博拉病毒抗体基因，同时具备对埃博拉病毒进行及时检测的诊断试剂研发能力。于此同时，世界卫生组织高官也不断提醒各国重视中国在应对疫情方面的丰富经验。

 

5 各国概况

 

    美国参议院2004年5月19日通过“生物盾牌计划”法案，批准拨款56亿美元用于美国预防生物或者化学武器袭击。法案涉及的生化袭击包括天花、炭疽病、肉毒杆菌毒素、瘟疫和埃博拉病毒等。这项名为“生物盾牌计划”的法案规定，在未来十年内，美国将鼓励制药企业研究与开发针对生物恐怖活动的应对措施。

    日本一个研究小组合成了外表和结构与埃博拉病毒十分相似、但毒性要弱得多的病毒。这种病毒可用于研究埃博拉病毒的感染和毒性发作机制，帮助开发埃博拉疫苗，防止生物恐怖。这种埃博拉类似病毒是东京大学河冈义裕教授领导的研究小组合成的。河冈教授曾成功合成了真正的埃博拉病毒。

   英国拟于2014年9月试验埃博拉疫苗，将有60位健康的英国志愿者参与接受注射。

   加拿大一家小型药厂2014年8月表示，4只注射了致命剂量埃博拉病毒的猴子，在接受疫苗注射后全部存活。

 

   中国首个抗埃药物“jk-05”2014年8月获得军队特需药品批件，限于紧急情况下使用。军事医学科学院微生物流行病研究所针对埃博拉病毒，历时5年研制的药物“jk-05”近日通过总后卫生部专家评审，获得军队特需药品批件。该药连同此前获批生产的埃博拉病毒检测试剂等科研成果一起，为防控埃博拉疫情提供了关键技术手段。该药仅限于紧急状况下使用。

 

6 危机及反思

   

    由于埃博拉病毒致死率极高，因此被美国疾病控制与预防中心归类为最高等级之生物恐怖袭击的武器。被认为是最可怕的威胁公共安全、健康的潜在生物武器。

    根据美国科学家于Fort Detrick和前苏联Biopreparat机构的研究，埃博拉病毒曾在冷战期间考虑作为针对苏联的生物武器。

    埃博拉病毒因其致命性强而考虑作为生物武器，但由于病毒孵化期短，很可能在先杀死一部分人之后无法大规模传播。因此有些病毒研究者希望通过结合天花病毒，制造出一种传播范围大、杀伤力强的病毒，作为恐怖袭击武器。

    1992年，有他国成员赴刚果，希望获得此病毒，作为行凶工具，但最后并未成功。

    2014年，科学家对塞拉利昂的埃博拉病毒进行基因研究发现，该病毒在人际间传播的过程中，已经发生超过300处的基因变化。病毒的基因组变化速度快而且通常发生在蛋白编码区，其中包括影响埃博拉病毒检测准确率和治疗效果的关键区域。
　　多国科学家小组负责人、哈佛大学的萨贝提说：“我们发现埃博拉病毒正在发生变异。”研究报告合作者美国杜兰大学的加里也说，因为病毒寄生在果蝠等动物体内，其变异速度是人类的两倍。该小组在《科学》杂志发表的报告还说，已经完成了对埃博拉病毒的基因组测序，分析显示病毒是过去10年中从中部非洲传入的，引发此次疫情的病毒可能首先由动物传给人，这种动物可能是果蝠。

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