看新型冠状病毒的“生命轮回”

　　新型冠状病毒可能是人类在21世纪遇到的第一个难缠的对手，该病毒虽然只是一个直径仅为100nm大小的球形“小个子”，但却给人类带来了巨大的麻烦，至今已经导致超过8万7千人感染引发新型冠状病毒肺炎，死亡人数超过2800人。

　　拥有高超智慧、先进科技和完善免疫系统的人类为什么会在这个“小个子”面前显得如此被动呢？其主要原因是我们起初并不了解新型冠状病毒的特点，因为它是一个技能高超的“伪装者”，是潜伏在黑暗中的人类“杀手”。

　　今天就让我们一起来了解一些有关这个“伪装者”的生活细节吧。

　　新型冠状病毒属于一种带有包囊膜的病毒，与其他病毒一样，它也不能在外界中独立生活，必须要寄生在宿主细胞内，才能够生存与繁殖，它所需要的各种营养素、组成成分都需要在宿主细胞内合成，甚至连“外衣”（包囊膜）也是从宿主细胞的细胞膜上借用的。在体外的环境中，新型冠状病毒比较脆弱，对于加热、紫外线照射和有机溶剂处理等均比较敏感。进入人体以后，新型冠状病毒也有可能被抗体、补体等免疫分子中和，或者被吞噬细胞所吞噬，但是它可以凭借从宿主细胞表面借来的细胞膜成分所形成的包囊膜来伪装自己，从而可能骗过免疫系统成分的攻击，而幸存下来。不过，对于一个游离于细胞外的新型冠状病毒来讲，生存的风险还是太大了，此时最重要的事情就是尽快找到一个宿主细胞，然后进入这个细胞，尽快安家。

　　（左）游离的新型冠状病毒（来自网络）

　　一、吸附

　　新型冠状病毒感染宿主细胞，一般都是从一次“偶遇”开始的。当新型冠状病毒进入人体以后，病毒会通过偶然碰撞以及静电力吸引的作用，非特异性的与宿主细胞形成可逆性的联结状态，并通过不断地碰撞与联结过程，寻找对于病毒感染敏感的宿主细胞。当病毒遇到了带有相应的特异性病毒受体的敏感宿主细胞时，就可以与这些细胞表面的受体特异性结合，附着在这些细胞的表面。这个过程被称为病毒的吸附。新型冠状病毒包膜表面上的刺突蛋白（简写为S蛋白）是其与宿主细胞表面特异性病毒受体——血管紧张素转化酶2（简写为ACE2）分子相互结合的工具，通过二者的相互作用可以将新型冠状病毒与人类的肺泡上皮细胞以及肠道黏膜细胞等敏感宿主细胞紧密的结合起来。这个吸附的过程，对于病毒感染宿主细胞来说至关重要，每一种病毒都有其敏感的宿主细胞，而且只能与其敏感的宿主细胞产生特异性的吸附作用，如果不能吸附就不会引起感染。不同物种的宿主带有不同种类的病毒受体，所能吸附的病毒也不同，这给病毒在跨物种传播时，带来了一定的障碍。而同一个体体内的不同细胞也会表达不同的病毒受体，从而使不同病毒在体内感染不同的靶器官和靶细胞。例如，HIV感染带有CD4分子的Th细胞，EB病毒感染CD21阳性的淋巴细胞，而新型冠状病毒主要感染带有ACE2的肺泡上皮细胞等。

　　新型冠状病毒的刺突（spike）蛋白与ACE2的相互作用（图片来自网络，略有修改）

　　二、穿入

　　在完成了吸附过程以后，病毒必须通过各种方式，使其核酸等遗传物质或者感染性核衣壳结构能够穿过宿主细胞膜，进入细胞质，从而感染细胞，这个过程称为穿入。病毒穿入宿主细胞的方式主要有三种：融合、胞饮和直接注入。融合是新型冠状病毒感染人体细胞的最主要方式，当新型冠状病毒吸附于宿主细胞表面上时，其可以破坏受体ACE2分子的胞外段结构，从而使病毒包膜与宿主细胞膜相互接近并接触，由于新冠病毒的包膜也是来自于宿主细胞膜，所以二者的成分与结构完全一致，可以很容易的被宿主细胞当作自身细胞膜的成分而进行融合，新冠病毒的感染颗粒就会乘此机会进入宿主细胞，大部分的新冠病毒都是通过这种方式感染宿主细胞的。宿主细胞为了摄取细胞外的营养素等物质进行新陈代谢，一般会通过胞饮作用，使其细胞膜内陷，将细胞外的成分包裹形成囊泡，并带入到细胞质中，吸附于细胞表面或者在宿主细胞周围游离的新冠病毒也可以通过这种吞饮作用进入细胞质的囊泡中，从而感染细胞，有一小部分的新冠病毒是通过宿主细胞的胞饮作用而穿入感染细胞的，是新冠病毒感染中一种相对较罕见的穿入模式。而直接注入，则是病毒与宿主细胞吸附后，会释放一些酶，破坏病毒的衣壳与细胞膜的结构，从而使病毒的遗传物质被直接注入细胞中而引发感染。但直接注入主要是脊髓灰质炎病毒等无包膜病毒或者噬菌体感染的主要方式，新型冠状病毒一般不会通过注入的方式感染人体细胞。

　　无包膜病毒以及噬菌体可以通过直接注入的方式，使遗传物质穿入感染细胞的过程中，一般会将大部分病毒衣壳成分留在细胞外，仅使遗传物质注入细胞即可。对于新型冠状病毒这类有包膜的病毒来说，在进行穿入的过程同时，还需要解除病毒体的外壳结构完整性，使其遗传物质进入宿主细胞，这个过程称为脱壳。当病毒遗传物质进入宿主细胞以后，会进入隐蔽期，为病毒的复制和繁殖，即进入生物合成期进行准备。

　　三、生物合成

　　新型冠状病毒的生物合成期可以分为病毒蛋白合成和RNA复制两个部分。新型冠状病毒遗传物质是一条单链正链RNA，全长约为30kB左右，属于RNA病毒中基因组最大的一类病毒。其RNA具有与真核细胞mRNA类似的5’端甲基化的“帽子”以及3’端PolyA“尾巴”的结构，可以直接发挥翻译模板的作用，合成病毒所需要的蛋白，而不必经过RNA－DNA－RNA的转录过程。不同冠状病毒的RNA和RNA之间重组率较高，容易导致病毒出现变异。当不同的冠状病毒RNA重组后，其基因序列可发生变化，导致编码的氨基酸序列及其组成的蛋白质也发生变化，使病毒的抗原性发生变化，使其可以在具有针对变异前冠状病毒保护性免疫的宿主体内发生免疫逃逸的现象。

　　新型冠状病毒本身并不带有RNA复制所需要的RNA聚合酶，当它们进入宿主细胞后，直接以病毒基因组的正链RNA为模板，翻译表达出RNA聚合酶，并利用该聚合酶复制合成负链RNA和基因组RNA，完成病毒基因组的复制，并且可以转录出编码各种病毒结构蛋白的mRNA，指导各种结构蛋白的翻译合成。

　　新型冠状病毒的生物合成过程具有单链正链RNA病毒的特点，与流感等单链负链RNA病毒及HIV等逆转录病毒的生物合成过程是不同的。

　　四、装配

　　新合成的新型冠状病毒RNA基因组与其病毒结构蛋白在感染的宿主细胞内组合成病毒颗粒的过程，称为装配。与大多数DNA病毒在进行病毒的装配不同，新型冠状病毒与大多数RNA病毒一样，在细胞质内完成RNA复制及蛋白合成以后，并不会进行结构蛋白的运输，而是在细胞质直接进行装配，形成病毒颗粒，但此时的新型冠状颗粒还没有包膜，也未形成包囊。新型冠状病毒复制与装配的速度很快，一般感染后6个小时内，就可以在一个宿主细胞内产生上万个病毒颗粒。

　　五、释放

　　新合成的病毒，从细胞内转移到细胞外的过程为释放。当新型冠状病毒完成装配以后，就可以通过高尔基体和囊泡运输的途径，分泌到细胞外，完成其生命的周期。

　　正在采取出芽方式释放中的新型冠状病毒（图片来自网络）

　　一般来说，病毒的释放主要有裂解、胞吐和出芽三种方式。裂解就是病毒在宿主细胞内复制好以后，会导致宿主细胞死亡，细胞膜破裂而使病毒释放到细胞外。胞吐的方式，则是病毒复制好以后，通过高尔基体，进入宿主细胞的囊泡运输，囊泡与细胞膜融合以后，病毒就会释放到细胞外。出芽的方式也是带包膜病毒释放的主要方式，病毒颗粒合成完成后，也是通过高尔基体进入囊泡运输到细胞膜出，而此时病毒颗粒会“夺取”宿主细胞的细胞膜，并使其成为病毒的包膜。新型冠状病毒一般是通过出芽的方式，从宿主细胞中释放到体液环境中的。而宿主细胞也就成为了新型冠状病毒的庇护所和加工厂，在不经意之间，源源不断地生产和释放着新型冠状病毒。

　　由于新型冠状病毒的包膜来自人体细胞的细胞膜，其结构和成分与细胞膜一样，从而有利于病毒“迷惑”免疫系统和宿主细胞，从而逃避攻击，而且还会借助这个伪装，继续在下一次感染的时候，能够亲密“拥抱”宿主细胞而不会被察觉。

　　病毒生活史（来自网络，略有改动）

　　就是这样，新型冠状病毒通过吸附-穿入-生物合成-释放，不断重复地进行轮回与繁殖，引发COVID-19，成为了一个善于“伪装”的人类健康杀手。