不是说传染病会越传播越弱吗?为什么新冠传播性越强的病毒杀伤力越强?

还是说原来的规律指的是没有现代医学干预的前提下?
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大家好,老夫又来贩卖焦虑了。


长期来看的话呢,传染性越来越强这个病毒演化的大方向是确定无疑的,但病毒毒力(virulence)和宿主抗病性(resistance)的情况却更复杂,双方此消彼长、交替领先,一刻都没消停过。

于是(邪恶的)科学家们专门发明了一个形象的名称来八卦这种共同演化关系,叫做——

宿主-病毒军备竞赛(host-virus arms race)

比如大伙儿熟悉的石老师就写过这方面的paper(大误):

但今天咱就不啃石老师的大作了啊,

今天咱上两篇更应景的paper,好好贩卖一番焦虑吧~


一、

第一篇原文在此(其实以前已经八卦过):

这个例子讲的是高中生物教材上的一段佳话——澳洲穴兔和粘液瘤病毒(MXYV),

的续集。

话说生物教材上的澳洲穴兔,通过英勇不屈的常年抗争(就是不断下崽),终于把MXYV的病死率从99.8%下挫到26%,创造了肉身抗疫的辉煌战绩。

但这篇paper的作者却给这篇家喻户晓的励志故事补了一个悲剧续集。

下面老夫选译一点:

(标题)兔粘液瘤病毒(MYXV)和澳洲穴兔,正在上演的进化军备竞赛,最新进展是一种全新的疾病表型
(前略……主要讲了MYXV毒力逐渐减弱/兔子抗病性逐渐增强的过程,高中教材同款内容)
然而毒力减弱并不是故事的大结局。穴兔种群迅速演化出遗传的抗病性,例如Urana株曾经对当地兔群有90%的致死率,7年之后同一地区兔群的致死率只剩26%。
宿主抗病性的增长显然扭转了病毒的演化方向,在那之后,病毒的毒力开始不断攀升。虽然不同地区/不同毒株的毒力有显著差别与波动,但值得留意的是,病死率低于50%的毒株变得极为少见。
毒力更高的毒株更有可能使那些抗病性更强的兔子处于更长的传播窗口期,因为这些毒株更不容易被兔子的先天免疫或适应性免疫清除。更高的毒力和免疫抑制的能力可以压制宿主的遗传抗病性——这对病毒来说是一条可行的演化路径。
虽然兔子与皮肤粘液瘤的故事已经成为各种教材上关于宿主-病原体军备竞赛的经典案例,但仍有一个明显的问题需要解答——如果宿主抗病性高了一尺,病毒毒力又相应高了一丈,之后宿主抗病性又因为选择压力而继续提升……那么病毒毒力会不会跟着无限升级?

后面的正文有点十八禁,就不翻译了,各位感兴趣的话可以自己去看原文。

总之,故事的结局是——

病毒的毒力并没有无限升级,而是直接了掀桌子……

病毒演化出了急性免疫抑制的终极大招。

于是曾经勇于跟病毒对刚,一度把病死率压制到26%的小兔兔们,再次享受到病死率90%+的待遇,

但这次,它们面对的症状再也不是皮肤粘液瘤,而是——

急性免疫系统崩溃和败血性休克。



二、

看完上一篇,可能有朋友会说——

[可是兔子又没疫苗,咱人类有疫苗哦?]

对对对,人类有疫苗护体,牛鼻!

但别急,老夫贩卖焦虑绝不拉稀摆带,包各位一次焦虑个痛啊。

——请品鉴:

(标题)有缺陷的疫苗可以增强高毒力病原体传播

因为这篇文章它还配了个深入浅出的综述[1],所以这次咱就不选译原文了,直接搬运一点综述得了:

[致死率最高的那些病毒株通常会把自己也搞死——因为他们过于擅长摧毁细胞和制造症状,在宿主死亡之前它们都还没机会扩散。]

然而,上述常规情形并不适用于一种鸡病毒(马立克氏病毒,MDV),这是有史以来最致命的病原体之一。

——如果碰上毒性最强的毒株,所有没有接种的鸟类都会在十天之内死亡。还没有任何人类病毒具有这种烈度。哪怕是埃博拉也没法在十天内杀死所有人。

造成这一例外的原因是——疫苗——或者说,接种过马立克氏病疫苗的鸡很难发病,但疫苗却无法阻止传播的尴尬现象。

一项最新研究发现,现有的MDV疫苗不仅没法阻止鸡互相传播病毒,反而可能促使疾病传染得更快速,传染期也更长。科学家们现在相信,正是疫苗使得MDV的毒力冲破天际。

这是“不完善疫苗假说”(imperfect vaccine hypothesis)第一次得到实验证明。

根据这一假说,造成MDV毒力增强的根本原因在于,MDV疫苗是一种“泄露型”疫苗(leaky vaccine)——也就是说它可以保护宿主不发生重症,但没法阻止疾病传播。作为对比,一种“完善疫苗”(perfect vaccine)则可以既阻止发病也阻止传播。

……

马立克氏病每年造成全球养鸡业大约20亿美元的经济损失。MDV有各种不同毒株,它们通常攻击鸡的脑部,并诱发肿瘤。各种毒株的毒力差异明显。

……

“最毒的病毒株可以让所有没接种的鸡在十天内必死无疑。”论文作者Andrew Read告诉记者。

近年来,专家们开始怀疑MDV强力毒株的流行率逐渐增加的罪魁祸首到底是不是疫苗。从七十年代起,雏鸡接种MDV疫苗的尝试使得整个家禽养殖业避免了崩盘的风险,但人们很快发现,鸡群还是会被感染,只是不再病死。然后,在接下来的半个世纪,这种疾病逐渐变得越来越恐怖。现在它足以让鸡的脑组织迅速烂成一摊浆糊。

人们怀疑问题出在疫苗身上,但没有试验可以证明。

……

Read老师的团队选用罗德岛红鸡作为研究对象,他们分别让已接种和未接种的两组鸡感染五种毒力不同的MDV病毒株。

他们观察到,其中毒力最强的病毒株在十天之内就搞死了所有未接种的鸡,它们甚至还没机会开始排毒。但作为对比,接种组的鸡存活期得到显著延长,其中80%都存活超过两个月。

但这些存活的鸡却有机会排出大量病毒,比未接种组高出几万倍。

在进一步试验中,已感染五种不同MDV病毒株的两组鸡分别在另一场地接触未接种的前哨(sentinel)。实验者观察到,接种组携带的病毒株毒力变得更强。前哨鸡在被接种组感染后的速度更快,死亡也发生得更快。

……

研究者后来在商业养鸡场的环境中重复了以上试验,结果不变。


——综述还是劲儿不够冲,论文原文还是得走起来:

见上图,不同颜色的折线代表不同MDV毒株(毒力有差异)。

实线代表接种组,虚线代表未接种组。

红线就是综述文章说的那种十天必死的变态毒株。

  • 如图A,接种组两个月后存活八成,未接种组10天内必死无疑;
  • 如图B,未接种组没有造成任何续发感染(来不及),接种组一个月以内传染了全部的前哨鸡;
  • 如图C,和接种组发生高危暴露的前哨鸡49天之内必死无疑(因为没打疫苗),和未接种组发生高危暴露的前哨鸡100%存活(因为没来得及发生传播)。

鉴于以上情况,现在假设各位是商业养鸡场老板,各位要不要给前哨鸡也安排上疫苗?

如果不打疫苗呢,各位的养鸡场会全灭,各位也会破产。

如果打疫苗呢,本来不该存在的变态毒株会继续生生不息,甚至越来越变态。

各位怎么选?

——最后的问题来了:

现如今的新冠疫苗——不管哪国的哪一种疫苗——算不算leaky vaccine?

好了,各位,你们可以开始焦虑了。

参考

  1. ^https://www.pbs.org/newshour/science/tthis-chicken-vaccine-makes-virus-dangerous

并非如此。简单地说:如果病毒可以在强毒性下保持传播,则它的毒性不会变弱。

因为病毒演化的首要因素是传播,毒性只不过是影响传播的众多因素之一。之所以某些病毒(比如SARS)出现毒性减弱的现象,是因为如果病毒毒性过强,在大量扩散前导致宿主死亡,就会难以传播而消失。这个因素各位答主都已经反复提到。但这只是病毒演化的众多方式之一,并不是放之四海而皆准的普遍真理。

大部分病毒变异都会在不同宿主、甚至同个宿主体内并行出现多个不同方向的演化。尤其是新冠等RNA病毒,由于RNA的不稳定性,突变更为迅速。因此,自然抗体、疫苗和病毒之间就是一场军备竞赛——天下武功,唯快不破。病毒变异得越快,越难以阻断传播。

不过,好消息是由于突变的随机性,病毒的绝大多数突变都没有价值,或会导致复制错误、或导致无法传播。因此,只有极少数突变(注意不是进化)会演化成优势种,形成稳定的毒株,在宿主群体中大量传播——“爆款”的病毒才是“好”病毒。比如疱疹病毒就非常成功。这玩意儿与人类共存多年,几乎人人都有,却没有明显症状。(但这种病毒是在传染很多代后变得温和的吗?留个悬念,答案我们稍后再讲。)

先看相反的例证。

自然界存在一些烈性病毒,例如埃博拉病毒、马尔堡病毒、狂犬病毒、亨德拉病毒、尼帕病毒等,多年来致死率均高企不下,并没有看到毒性下降的趋势。

以狂犬病毒为例,它的自然储存宿主为犬科、猫科、鼬科、灵猫科、浣熊科和翼手目动物[1],除了蝙蝠可终生携带外,其余动物均会在感染后10天内发病并死亡。这一例证清楚地表明,一些病毒经过自然界的漫长进化,经过无数次的代际传播,其毒性仍然没有变弱。

原因何在?

经过研究,科学家发现其背后都隐藏着一个共性——这些烈性病毒都身怀绝技。

例如,狂犬病之所以叫“狂”犬病,是因为它真的会让宿主发狂、发疯!狂犬病会感染宿主的大脑海马区、小脑、脑干乃至整个中枢神经系统,扰乱宿主的精神状态,使其变得亢奋而具有攻击性[2],宿主在发病后期会不断攻击、撕咬其它动物,进而将病毒引入其它宿主体内。通过控制宿主大脑,指挥宿主攻击其它生物进行传播——这是一种多么巧妙的方式!

还有一些病毒更加疯狂,可以操控宿主,使之违反天性和本能,作出更加惊人的举动。比如让宿主以极其惨烈的方式自杀,以便更好地扩散传播。这已经不能叫毒性了,应该叫魔性!

炸裂的毛虫僵尸
“我在一次荒地蝴蝶调查中发现,灌木丛和草丛的顶端竟然悬挂着一些毛毛虫。而毛毛虫死在高处是非常不寻常的,因为会被鸟吃掉。这是橡树蛋蛾的毛毛虫,它吃石楠和越橘,因此通常隐藏在灌木丛中,而不是植物的顶部。”莫斯兰兹野生动物基金会的Chris Miller博士说道,“这就像一部恐怖电影,毛毛虫变成了僵尸。” 研究者发现,是一种杆状病毒感染了毛毛虫,并让它们在快死之前爬到植物的顶端,最终内脏变成糊状而裂开。毛虫尸体的腐烂能让更多的杆状病毒落到植物叶子下方,以便其继续感染更多的“受害者”。而鸟类吃掉死掉的毛毛虫幼虫,也能帮助病毒长距离传播。 《生物学快报》的研究报告称,一个研究小组发现其背后的原理——这种病毒会改变毛毛虫对光的响应方式。 一般地,正常的蛾子幼虫会在寄宿的植物上爬上爬下。但它们不会爬到太高的地方;成熟的幼虫会爬到植物的底部,在变成固定的蛹之前,寻找一个安全位置。 但受到感染的幼虫在光照环境下,会持续攀爬3天。但被感染的幼虫在完全黑暗的环境里不会爬得那么高,并会在较低的高度死去。因此,该病毒使得毛毛虫具有趋光性,驱动它们爬到宿主植物的顶端,并在那里死去[3]

看到了吧,为了传播自己,杆状病毒竟然能让宿主作出如此疯狂的举动——致死且恐怖。只要有了适当的传播方式,毒性的强弱无关紧要。

总结一下,影响病毒传播的主要性状如下:

  1. 传播形式:气溶胶传播(顶级形式),飞沫等呼吸道传播(极易传播),粪口传播(较易传播),体液传播(不易传播);
  2. 传染期:潜伏期传播或无症状传播,可以大大增强病毒的传染系数;只有发病期传播则相对较弱。
  3. 致死性:终生携带或宿主慢性死亡会大大增加传播周期(此类突变性状更易保留),自限性清除的则次之(其中病程越长越易传播),宿主快速死亡的最次(不易传播);
  4. 耐受性:药物和抗体难以清除的病毒突变会更易保留(如可整合宿主DNA,可休眠的cccDNA)。

所以,最可怕的病毒具有以下特征:潜伏期长,可无症状传播,可通过气溶胶等多种途径传播,可在外界存活较长时间,可整合于宿主DNA,可长期潜伏,最后一举爆发,杀死宿主。

好在现有病毒还没有这样的能力,否则人类就差不多团灭了:

非常主观且不负责任地打个分数:狂犬病和埃博拉病毒[4]发病期传播,宿主快速死亡,综合得分6分;朊病毒[5]可在体外环境长期保持活性(其实它只是一段蛋白质),但传播困难,综合得分5分;HIV[6]是逆转录病毒,只有体液传播,但会寄存在宿主DNA里,难以清除,综合得分13分;乙肝[7]可以按cccDNA形式休眠,终生携带,体液传播,综合得分12分;SARS气溶胶传播,自限性清除,潜伏期不传播,综合得分12分;流感病毒气溶胶传播,自限性清除,潜伏期传播,综合得分15分(目前最成功的病毒之一,其它诸如肠病毒、水痘病毒 、疱疹病毒和疣病毒也很成功,几乎每人都有);新冠病毒疑似气溶胶传播,尚不清楚是否会终生携带或自限性清除,但病程较长,可无症状传播,综合得分14-18分(有超过流感的潜力!)。

也就是说,新冠已经是一个非常成功的病毒了,由于其呼吸道传染的特性、无症状传播的可能、较长的病程,导致其毒性强弱对于演化压力来说并不敏感。因此,很有可能新冠病毒会保持毒性,并长期与人类共存,必须尽快研发有效手段予以阻断。

以几百年的跨度来看,历史上每一次大的瘟疫都会消灭大量人口——这些病毒对于幸存者来说如同挠痒,但对于死者来说是致命的。病毒和宿主的演化是一个双向适应的过程——不能长期传播的病毒会被淘汰掉;同样,被病毒杀死的宿主也会被淘汰掉。我们现在之所以能在充满病毒的自然界中活蹦乱跳,是因为我们遗传了幸存者的基因。那些被远古病毒杀死的早期人类,早已被遗忘在历史的长河中。

回到前文疱疹病毒的问题,这种十分容易传播的病毒为什么杀伤力很弱呢?看起来应证了越传播越弱的说法啊。

但实际原因可能很残酷:不是疱疹病毒毒性下降,而是人类已经被疱疹病毒清洗过了。很大的可能性是,远古时期因为感染现在来看比较温和的病毒(比如单纯疱疹病毒)而丧命的人都没有留下后代。

可能有人不太相信。事实上,孢疹病毒是十分危险的。人类疱疹病毒对狨猴等灵长类来说非常致命,而猴疱疹病毒虽然对猴类温和,但对人类也是致命的!因此,假如我们做一个不道德的假设,放任艾滋病病毒传播,那么再过若干年,HIV也将成为无毒的病毒——那时,所有人都将拥有CCR5-△32变异基因。

那能说HIV毒性下降了吗?恐怕不能。至少那些没有HIV免疫基因的普通人不会这么想。

结语

疫苗更迭快还是病毒变异快?不断升级疫苗是否会养蛊为患?一系列问题摆在人类面前,医疗科技再次面临大考。从理论上说,只要全球所有国家严格隔离一段时间,人类就可以一劳永逸。但在全球化一体的时代,只要有一个国家放松管制,其他国家的努力就会前功尽弃。所以,目前来看,新冠问题单靠科学技术的手段难以短期解决。我们要做好持久战的心理准备,与新冠共存,任重而道远。

----2020.4.20补充----

过了2个月,COVID-19经历了多次代际传播和演化,毒性并没有下降。

----2020.12.24补充----

又过了8个月,在无数次的演化后,英国出现了更易于传播的变异种,但重症率和死亡率没有变化,毒性仍然没有下降。

----2021.7.27补充----

1年半,病毒传播力增强,毒性没有下降。 此次引起南京疫情的毒株是德尔塔毒株,从此前相关的疫情来看,这个毒株对身体的适应力增强,传播速度比较快,病毒的载量比较高,治疗时间比较长,也比较容易发展成为重症

----2022.3.30补充----

2年多了,疫情还没有结束。尤其是奥密克戎BA.2毒株的出现,令新冠早已开挂的传播力继续加强。不过,我们久等的好消息终于来了——这个毒株从肺部转攻呼吸道,重症率下降、无症状感染者增加,也就是说毒性下降了!这一变化虽然一方面更有利于病毒传播,但一方面也是一种筛选,令新冠向高传播、高隐匿的方向演化。提醒一下,奥密克戎虽然相对温和,但仍然比流感严重得多,如果防疫不当,很容易造成医院资源挤兑。

----2022.11.24补充----

疫情已经接近3年,形势发生了新的变化。奥密克戎毒株正在逐步稳定为一种极易传染,但致死率相对较低的病毒。和之前的毒株相比,奥密克戎更加适应环境,预计将永远存在于自然界。因此,彻底消灭新冠病毒已经没有可能。综合考虑各种因素,防疫策略一定会适时调整,不会长期大范围封锁。所以,各位,考验我们的时候到了。大战在即,我们要做好思想准备,准备好医疗物资和人员,在最大程度上避免医疗挤兑。

相信国家,相信科学,我们一定能赢!

参考

  1. ^http://blog.sciencenet.cn/blog-347754-649472.html
  2. ^https://www.bbaqw.com/cs/354176.htm
  3. ^https://www.iflscience.com/plants-and-animals/caterpillars-exploding-from-zombie-virus-outbreak/
  4. ^https://www.who.int/csr/disease/ebola/zh/
  5. ^https://baike.baidu.com/item/%E6%9C%8A%E7%97%85%E6%AF%92
  6. ^https://baike.baidu.com/item/HIV
  7. ^https://www.xianjichina.com/news/details_99293.html