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天津大学:从病毒到新冠病毒,从感染到肺部再生机制,你想知道的都在这里
2020-02-13 11:03:00
天津大学
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  自2019年12月以来,新型冠状病毒肺炎的疫情牵动人心。控制新冠肺炎有赖于正确的领导、群防群治和科学研究的综合力量。围绕大家关心的疫情科普焦点问题,天津大学医学部采访了天津大学海河医院的权威专家,他们将从各自的研究领域,详细讲解病毒及新冠病毒的相关知识,为遏制疾病流行贡献智慧和力量。

  采访专家

  张丽霞:天津大学海河医院微生物科主任技师,天津市抗击新型冠状病毒肺炎医疗救治专家组成员

  陈怀永:天津大学海河医院基础医学实验部主任,天津市肺脏再生医学重点实验室主任

  1.自2019年底以来,新型冠状病毒已在国内造成了严重的疫情,那么病毒究竟是什么?又是如何对人体进行感染的呢?

  张主任:病毒是自然界最小的微生物,没有细胞结构,缺乏完整的酶系,只是一个蛋白质外壳包裹着一种遗传物质,即核酸(脱氧核糖核酸DNA或核糖核酸RNA),据此病毒也分为DNA病毒和RNA病毒。病毒自身没有繁殖能力,只能寄生在合适的活细胞中,借助宿主细胞里的原料、酶系、细胞器和能量来复制自己。病毒在宿主细胞里完成复制后,组装成大量的新的病毒粒子,离开宿主细胞,进而去感染其他的细胞。而病毒能否成功侵入某种宿主细胞,是取决于细胞表面有没有与这种病毒相匹配的受体。

  此次的新型冠状病毒是一种单股正链RNA病毒,根据报道,科学家日前研究发现,新型冠状病毒入侵时的细胞受体是ACE2,这是细胞保护膜上的一个蛋白结构。而在肺脏ACE2蛋白主要存在于II型肺泡细胞和气道Club细胞这两种肺脏祖细胞表面,新型冠状病毒进入呼吸道后,就牢牢吸附并进入这些祖细胞内进行复制、增殖,并损伤肺脏再生系统,这也是为什么新型冠状病毒对免疫力和肺脏修复能力低的患者会造成严重损伤的原因。

  2.病毒通常以什么方式进行传播,不同的传播方式具有怎样的特点?

  张主任:病毒的传播方式有两种:水平传播和垂直传播,前者是指在个体之间进行传播,后者是母体给胎儿或新生儿的传播。

  1、水平传播:水平传播是指病毒在人群中不同个体之间的传播,还包括病毒从动物到人的传播。常见的水平传播方式有以下几种:

  (1)经呼吸道传播:病毒经空气、飞沫等吸入感染。如流感病毒、风疹病毒等。

  (2)经消化道传播:病毒污染了食物和水源,经口食入而感染。如甲型肝炎病毒、脊髓灰质炎病毒等。

  (3)经泌尿生殖道传播:由直接性接触而感染,如人类免疫缺陷病毒、单纯疱疹病毒等。

  (4)经皮肤伤口传播:经昆虫媒介的叮咬、动物咬伤或皮肤伤口直接接触病毒而感染。如流行性乙型脑炎病毒、狂犬病病毒等。

  (5)经血液传播:经输血或血液制品,包括经注射、器官移植等途径引起的感染,如乙型肝炎病毒、人类免疫缺陷病毒等。

  2、垂直传播:垂直传播是指病毒经胎盘、产道、哺乳由母亲传给胎儿或新生儿的方式。可经垂直传播的病毒有风疹病毒、人类免疫缺陷病毒、乙型肝炎病毒等。

  3.新型冠状病毒利用什么方式进行传播?

  张主任:新型冠状病毒的传播途径主要是呼吸道飞沫传播和接触传播,气溶胶和粪-口等传播途径尚待进一步明确。

  (1)呼吸道飞沫传播:患者的唾液里含有病毒,日常面对面说话、打喷嚏等都可能造成飞沫,在1-2米之间或者1.5米的距离就可以传播。而飞沫颗粒较大,不会长时间悬浮在空中。

  (2)接触传播:病毒会停留在物体表面,手如果没有注意污染到病毒了,揉眼睛、咬手指、抠鼻孔等行为可能会造成感染。

  因此在防控新冠肺炎时,我们个人的防护措施主要是戴口罩、勤洗手(使用皂液和流水),以此防范病毒的入侵。

  4.病毒的一般存活条件是怎样的,在体外能活多久?

  张主任:大多数病毒耐冷不耐热,在低温情况中,特别是干冰温度(-70度)或液氮温度(-196度)条件下病毒的感染性可保持数月至数年之久。多数病毒在PH值5.0-9.0范围内稳定,pH5.0以下酸性环境中以及pH9.0以上碱性环境中,病毒大多能被迅速灭活,但具体情况也因病毒种类而有所不同。与细菌相比,病毒对化学因素的抵抗力一般较强,现有的抗生素对病毒没有抑制作用。

  新冠病毒在空气中的存活时间与温度和湿度有关,温度越高病毒越难存活,56度30分钟就可杀灭病毒,在室温25度左右时病毒很快丧失传染性。在干燥的空气中,病毒更容易在空气中漂浮;而在潮湿的空气中,病毒比较容易落在物表和地面上,参考SARS病毒的存活时间,其在塑料、金属、玻璃等表面可存活2-3天。另外,在目前0度左右干燥的空气中,如果一个患者打喷嚏,其喷出的病毒在空气中的存活时间不会超过2小时,但是在潮湿的空气中,同样的一个喷嚏喷出来的病毒却能存活超过1天。

  5.对于引起呼吸道感染的流感病毒,在感染后是否存在一定的潜伏期,其疫情具有怎样的起落规律?

  张主任:这要从流感病毒抗原变异说起,变异幅度的大小直接影响到流感的规模,若变异幅度小属于量变,称为抗原漂移,主要是血凝素(HA)和神经氨酸酶(NA)内的氨基酸序列发生了位点的突变,这种变化是逐渐积累产生的,一般2-3年发生一次,可引起中小型流行;如果抗原变异幅度大,则属于质变称为抗原性转变,(HA)和/或(NA)发生抗原性转变的同时可形成新的亚型或毒株,一般10-15年就会发生一次,当新的流感病毒亚型出现时,人群普遍对其缺乏免疫力,此时往往容易爆发大的流行,比如目前发生的新冠肺炎病毒的流行。

  流感病毒潜伏期通常为1-3d。典型的流感起病急,病程2~7d,临床症状咳嗽、发热、乏力可持续1-2周。轻型流感注意休息一般3~5d内自愈,可分如下几个类别:

  1、肺炎型流感多发生于老年人,婴幼儿,慢性病患者及其他免疫力低下者。病初类似典型流感症状,1d后病情迅速加重,多于5~10d内发生呼吸循环衰竭,预后较差。

  2、高致病性禽流感(H5N1):潜伏期一般在7d以内,通常为2~4d。起病急,早起酷似普通型流感,主要为发热,体温大多数持续在39℃以上,热程5~7d,多为3~4d。常在发病1~5d后病情加重,于1周内死亡。

  3、人感染猪流感(H1N1):潜伏期一般在1~7d,通常为1~3d。典型患者起病急,以发热为首发症状,数小时内达38℃以上,一般持续2~3d。后逐渐好转,预后较好。

  4、传染性非典型肺炎(SARS): 潜伏期1~16d,常见为3~5d。典型患者通常分三期。早期:一般为病初的1~7d,起病急,一般以发热为首发症状。发热3~7d后出现咳嗽等下呼吸道症状。进展期:病情于10~14d达到高峰,发热、乏力呼吸窘迫等感染中毒症状加重。恢复期:病程进入2~3周后,发热减退,其他症状与体征减轻乃至消失。

  以上疾病中老年人,婴幼儿,有基础病,免疫缺陷的患者往往症状多较重,直接影响着疾病的进程和预后。

  5、新冠病毒属于冠状病毒属里的新成员,与SARS病毒在基因上的相似程度为80%。相比SARS病毒,新冠病毒临床表现不典型,潜伏期最短1-2天,长为10~14天,平均7天。因此要进行医学观察14天,潜伏期内有一定传染性,患者出现高热的时候传染性最强。就目前的治疗来看还在摸索阶段,轻症患者的病程大约2~3周,重症患者4-6周或许还要更长时间。

  6.在感染呼吸道病毒后,人体的免疫系统如何工作来清除病毒?

  张主任、陈主任:人体的免疫系统包括吞噬细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞等免疫细胞,它们各自发挥自己特有的功能。免疫系统在面对病毒等病原体时,首先启动固有免疫应答,快速清除一部分入侵的病原体,并激活适应性免疫应答,共同完成清除病原微生物的任务。

  固有免疫应答是人类在长期进化中逐渐形成的,是机体抵抗病原入侵的第一道防线。参与固有免疫应答的细胞,例如吞噬细胞,会将遇到的病毒进行吞噬和分解。其中巨噬细胞在吞噬病毒之后,能识别病原体相关的分子模式(就像身份标志),并会将病毒分解之后特殊的蛋白质碎片(即抗原)运送到细胞表面。

  当抗原在体内出现,机体免疫系统的适应性免疫应答就将被激活,开展抗病毒的工作。其中,最主要的是T淋巴细胞,作为巡查兵的T细胞将起到两方面作用:一是作为媒介辅助细胞毒性T淋巴细胞(即杀伤细胞)的生成,后者将直接杀伤病毒细胞;二是辅助B淋巴细胞进一步增殖,产生抗体,附着在病毒表面,使病毒的繁殖受阻,从而使其被吞噬细胞吞掉。在和病毒抗衡的过程中,淋巴细胞会自损并且数量下降,当机体逐渐回复正常使,淋巴细胞也会逐渐升高至正常水平。

  7.目前一些新闻报道中,医疗专家指出需密切观察新型冠状病毒是否出现变异,何为病毒的变异?

  陈主任:病毒的变异可表现为毒力的变异,耐药性、抗原性的变异,以及对物理、化学因素的变异等。病毒变异的类型包括突变,基因重组等方式,其中突变是指病毒的核酸组成或结构发生改变(包括单一核酸片段的改变或缺失);基因重组指当两种或多种病毒感染同一宿主细胞,不同病毒间相互交换了核酸片段(或基因),产生的子代病毒具有新的特性。

  病毒变异的影响通常是多方面的。抗原性的变异使临床微生物学诊断的难度加大;耐药能力的产生也是病毒抵抗环境因素变异性的表现。但是,人类也正是利用病毒的变异来研制减毒活疫苗,来帮助人类通过接种疫苗从而产生对病毒的抵抗能力。

  8.近日,国家卫健委新闻发布会上介绍了新型冠状病毒肺炎出院病人的情况,并指出轻症患者无后遗症,部分重症患者会遗留一定的肺损害修复变化,比如肺纤维化。什么是肺纤维化?肺部的再生机制是怎样的?

  陈主任:我们长期以来从事肺部再生机制的研究。首先说下肺的功能和结构,肺是重要的呼吸器官,也是重要的造血器官。肺就像一棵倒着长的大树,是由气管接着的支气管经过多次分支所形成的细支气管为基础构成的,其中各条细支气管的末端膨大成气囊状,囊的表面有很多突起的小囊泡,即是肺泡(类似树叶)。而正如树叶进行光合作用,为大树提供养料,肺泡是肺里进行气体交换的主要部位,它是由单层上皮细胞构成的,成人约有7亿多个肺泡,总面积近100平方米。

  肺脏上皮黏膜(包括气道上皮和肺泡上皮)是机体与外界的重要屏障,当其被病毒直接或间接损伤后,如果不能及时恢复,肺部的炎症反应将会加重,同时,肺里的成纤维细胞为了弥补损伤部位,会进行代偿性增殖与分化,大量没有气体交换功能的纤维化组织将代替肺泡,渐渐地导致肺纤维化。一旦肺纤维化形成,机体通气功能将下降,氧气进入血液的量不足,患者会觉得气短。

  在肺脏再生修复方面,正常情况下肺脏中有两种祖细胞——Club和2型肺泡细胞,它们既能分化修复损伤的上皮黏膜,又能分泌抗菌物质。然而2型肺泡细胞表达血管紧张素转换酶2(ACE2),会遭到新型冠状病毒的侵袭被破坏。也有研究表明,Club细胞也表达ACE2。这样看来,新型冠状病毒将通过侵入肺脏祖细胞破坏再生修复功能,所以新型冠状病毒肺炎的重型患者(肺脏再生能力老化)死亡率偏高。如何辅助肺脏再生呢?细胞自噬等促进肺脏再生,但是细胞自噬诱导剂是否促进冠状病毒感染致肺损伤后的修复需要研究才能确定。目前多种抗病毒推荐药物,最好也要评估其对肺脏再生的影响,遴选出至少不损失肺脏再生的药物,做到精准治疗。

  天津大学海河医院

  天津大学海河医院(简称海河医院)是以治疗呼吸系统疾病为主的集医疗、教学、科研为一体的大型三级甲等综合医院,是国家重点投资建设的现代化医院之一,是天津市公共卫生体系的重要组成部分。医院占地面积203亩,建筑面积69,249㎡,建筑床位810张,开放床位610张。医院设有结核科、呼吸科、肿瘤科、感染免疫科、心内科、消化内分泌科等多个临床科室。现为天津大学及多家医科院校的临床教学基地,培养研究生及临床实习生千余人;为天津市呼吸疾病研究所所在地、国家中医药管理局重点研究室、国家药物临床试验基地。

  天津市肺脏再生医学重点实验室

  2019年12月,天津市科学技术局、天津市教育委员会联合公布了2019年度正式认定的天津市重点实验室名单(津科基【2019】185号),由天津大学海河医院申报的“天津市肺脏再生医学重点实验室”获批立项建设。实验室依托天津大学海河医院建设,其“呼吸学科”为天津市“十三五”临床重点学科(专科),同时充分发挥天津大学“医工结合学科交叉平台”优势,秉持“医学牵引、工程支撑、转化创新、临床示范”的理念,全力推动校院深度合作与医工交叉融合,实现学科发展的强强联合。实验室将通过细胞生物学、病理学和临床医学等多学科的合作,以转化医学研究为指导,重点开展针对目前对人类生命及健康有重大威胁的呼吸系统疾病的基础研究与转化研究,主要包括:肺泡再生功能的改变与肺结核病理学关系、基于肺泡再生逆转肺间质病纤维化改变的机制、增强气道上皮再生控制支气管哮喘炎性反应的机制等研究方向。实验室将积极搭建广泛的交流与合作平台,大力推动重大呼吸系统疾病病理学机制的揭示,为新药研发、新型疾病治疗方法提供理论支撑。

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