消息快報 | 淺談新型冠狀病毒COVID-19

中國武漢爆發的新型冠狀病毒引發的肺炎,此病毒剛開始命名為2019 novel coronavirus Disease: coronavirus disease (COVID 19),後來國際病毒命名委員會(ICTV) 將之命名為 SARS-CoV-2。

目前疫情持續延燒,根據中國網站對確診病例的2020年3月11日的統計,80793例確診,死亡3169例,總計全球共124656例確診,4608例死亡。,台灣則為49例確診,1例死亡;造成極大的震撼。

我們也藉這個機會讓大家了解冠狀病毒。

我們也聽到COVID-19是一種正義單鏈RNA病毒(Positive-sense single strand RNA virus),這些又代表何種意義呢?

首先我們先了解一下病毒是甚麼?

1. 病毒(Viruses)是一種很小(30-130奈米)的介於生物與非生物的顆粒狀的有機體,由於它很小所以不但肉眼看不見,一般的光學顯微鏡也看不到;只有電子顯微鏡才能見其蹤跡。過去以過濾細菌的濾器無法將它分離所以也叫它濾過性病毒。

2. 所謂介於生物與非生物的物體,是因為它沒有完整的細胞構造,經常只有一個蛋白質的外套、包覆幾個酵素及核酸遺傳物質(DNA或RNA)所構成,即使給它養分也無法自行分裂繁殖。藉由感染的機制,這些簡單的有機體可以利用宿主的細胞系統進行自我複製。如同好萊塢電影的異型入侵人體後,在體內繁殖最後遭入侵的人吐出一大堆小異型,然後在去找新的宿主重複感染。

3. 病毒也是無所不在的,它會感染各種生物包括動物、植物、真菌、原生生物、甚至細菌(感染細菌的叫噬菌體,Phages)。病毒大概和細胞演化出來時就已存在,並且共同演化出新的種類,目前已經分離出來的病毒至少五千多種。

為甚麼稱為冠狀病毒 (Coronavirus)?

冠狀病毒顆粒(左)的長相在電子顯微鏡下具外套膜,類似皇冠的突起或日冕(Solar corona,右)而得名。

SARS、MERS、及目前還在盛行的COVID-19武漢肺炎病毒,都是過去所未見的新種。

正義單鏈RNA病毒是甚麼意思?

根據美國病毒學家也是諾貝爾獎得主 巴爾的摩(David Baltimore)將病毒的的核酸類型(DNA或RNA)、鏈型(單鏈或雙鏈)以及義型(正義或反義)分類如下:

冠狀病毒屬於第四組(IV),也就是說它的遺傳訊息是由單股的RNA所攜帶,這一股RNA可以在病毒入侵細胞後直接翻譯成自己所需要的蛋白,這種可以直接轉換成蛋白的單股RNA,稱為正義(或叫做正鏈)單股RNA。相對的,反義單股RNA就需要經由酵素轉換成互補的正義RNA之後才能進行轉譯成蛋白質。

至於為何病毒以DNA或RNA作為遺傳訊息?

有專家認為RNA 應該比DNA 更早出現在地球上,也就是說RNA病毒是一種更為原始的種類,而且RNA病毒具有較高的變異性與多樣性,尤其是單股的RNA病毒。相對地, DNA病毒有較高的穩定性,能把攜帶的遺傳訊息原封不動地保留下來。這也說明單股的RNA COVID 19病毒有高度不可捉摸的變異性。

冠狀病毒如何感染人類細胞?

這就要回到冠狀病毒的構造來說明,從圖1我們可以看到冠狀病毒具有:       
1. RNA

2. 兩種酶:複製酶(replicase)及蛋白酶(proteinase)

3. 四種結構蛋白:棘蛋白(spike protein)、封套蛋白(envelope protein)、膜蛋白 (membrane protein) 核殼蛋白(nucleocapsid protein)

4. 其它非結構蛋白(non-structural proteins)

這種再也簡單不過的構造卻對人類的健康造成極大的威脅。首先,就像最近常看到的冠狀病毒動畫,最開始的角色是棘蛋白(S-蛋白)有如鑰匙般的和人類上皮細胞表面的 血管收縮素轉化2受體(ACE2 receptor)結合,並與人類細胞膜融合後將整個病毒侵入。謠傳東亞人種體內的ACE-2受體,是非東亞人種的4-5倍是不正確的。另有傳說高血壓的病人因為血液中ACE2較高所以較易被新冠病毒感染也非事實,也因ACE2的功能與血管及其他生理功能都有關係,不能以ACE2的多寡,來判斷被傳染的可能性高低。我們只要把ACE受體想成一個鑰匙洞,而棘蛋白就是鑰匙;細胞膜的門就被打開了,也就是感染的開始。

病毒進入細胞後,複製酶(replicase)就開始發揮作用。複製酶(replicase)就像新冠病毒自己所攜帶的影印機,把RNA一再的複製成很多依樣的RNA(正義RNA  反義RNA  正義RNA)。我們都知道RNA會把序列的核酸訊息轉成蛋白,這個過程叫做轉譯(Translation)。轉譯的過程需要核醣體來完成,由於病毒自己沒有核醣體,於是就地取材利用人類細胞的核醣體系統來完成轉譯。經過複製及轉譯後,這個被感染的細胞就充滿了病毒的RNA和病毒蛋白,也耗盡了人細胞中的物資及能量。

然而病毒仍然要再度把自己重新組合起來。

因此,病毒仍需要進一步將轉譯出來的蛋白,利用自己所帶入細胞的蛋白酶切成許多小段;蛋白就像固定形狀的剪刀在固定的蛋白上裁剪。這些小段就組成病毒所構成的結構蛋白以及。病毒再重新組合形成上千個新病毒體從細胞中釋放出來再進行下一次的感染,這時我們的免疫系統也開始發動攻擊,啟動發炎反應。也提高我們的體溫希望熱死病毒也就是開始發燒,但冠狀病毒要50oC以上才有可能失去活性,因此發燒只是顯示感染的嚴重性。如果病毒感染的是肺泡細胞,我們可憐的肺部就充滿瓦解的和死去的免疫細胞,肺部充滿細胞液黏液可能導致窒息死亡。

如何治療新冠狀病毒?

新冠狀病毒由於是新的疾病,因此新的疫苗或治療藥物一時也無法上線做有效的控制,所以暫時只能以支持性治療讓病人產生抗體減少乃至完全沒有病毒後痊癒。但實際上在疫情爆發後,所有醫療及科學屆無不朝兩個方向努力:

1. 發新的疫苗

2. 治療藥物

如果能開發出有效的疫苗,那就是一種一勞永逸的方法。我們只要打一針疫苗就不怕冠狀病毒的感染。疫苗就是讓我們的免疫系統產生抗體,一旦病毒入侵,抗體就會辨識入侵者並與它結合,併聯合免疫細胞將它吞噬加以消滅,阻絕病毒魚細胞之外。但由於新冠狀病毒是一種RNA病毒,具有高度的變異性,疫苗的有效持久性就會受到考驗。

另一個方向就是發展能夠抑制病毒複製酶或裁切蛋白酶的藥物,使病毒即使侵入細胞,由於無法進行複製RNA或裁切蛋白受阻,都無法產生下一波的感染。正在進行人體試驗的新藥瑞德西韋(Remdesivir)就是一種RNA複製玫的抑制藥物。

無論疫苗或藥物我們都希望很快能發展成功,並期待這波疫情很快的結束。

已加入購物車
網路異常,請重新整理