蝙蝠身上帶有多種病毒卻不會被感染。

流行病毒的傳播讓蝙蝠研究愈發(fā)“炙熱”。

當?shù)貢r間3月21日，《自然》（Nature）雜志以新聞特寫的形式，發(fā)布題為“Bats play host to a horde of nasty viruses — can studying their immunity help stop pandemics?”（《蝙蝠是大量危險的病毒的宿主——研究它們的免疫力能否幫助阻止大流行病？》）的文章稱，研究人員正在研究蝙蝠奇怪的免疫系統(tǒng)，希望有助于防止流行病毒的下一次暴發(fā)。

美國科羅拉多州立大學（Colorado State University）免疫學家Tony Schountz也表示：“在未來兩三年內(nèi)，蝙蝠病毒學和蝙蝠免疫學將取得一些巨大的進步?！?/p>

美國杜蘭大學（Tulane University）的進化生態(tài)學家Hannah Frank說，很多科學家對此領域產(chǎn)生大量興趣，“我對我們的現(xiàn)狀感到非常興奮”，但研究人員對蝙蝠跨物種免疫反應的研究越多，他們目前的結論就越模糊?！拔覀円矊⒁庾R到這個問題有多復雜。”

進入蝙蝠洞

“這可能是我一生中最漫長的日子之一?！?020年5月的一個夜晚，西班牙國家研究委員會（CSIC）進化生物學博士Javier Juste來到西班牙的一座廢棄水壩，他躡手躡腳地走進大壩的混凝土隧道，從它們的棲息地收集了兩只中華菊頭蝠（horseshoe bats）。

隨后，他帶著兩只蝙蝠在荒蕪的高速公路上疾馳，第二天一早就到達了馬德里機場，在聯(lián)邦快遞倉庫外，他和同事給兩只蝙蝠實施安樂死，將其骨骼和器官切片，并擠壓到六個標本管中，又將管子放在冷藏箱中以保持細胞存活?！斑@可能是我一生中最漫長的日子之一?！盝avier Just說，他花了幾個月的時間才獲得這趟旅行的許可。

大約26小時后，樣本到達美國西奈山伊坎醫(yī)學院（Icahn School of Medicine at Mount Sinai）細胞生物學家Thomas Zwaka的實驗室。包裹的情況不妙，許多細胞已經(jīng)死亡。以前從未處理過蝙蝠組織的Zwaka急忙從蝙蝠標本翼骨中提取骨髓，并從透明的橡膠翅膀上切下方形的皮膚組織。

2020年前后，新冠的大流行引發(fā)科學家對各種可能攜帶病毒動物的試驗。然而，攜帶冠狀病毒的蝙蝠在北美并不常見，但它們遍布歐洲。因此，在西班牙某生物站工作的Javier Juste決定將蝙蝠從西班牙的一個蝙蝠棲息地送到紐約市——當時世界上最嚴格的封控地之一，也是國際航班大規(guī)模停飛的地方。

借助這些標本，Zwaka團隊提取出了誘導性多能干細胞（iPS cells），Zwaka說，這些細胞帶領他的團隊“進入了相當大的兔子洞”。此前已有相關研究借助誘導性多能干細胞，揭示了一些關于蝙蝠和病毒進化的密切聯(lián)系。Zwaka與同事一起對這些細胞表達的RNA（核糖核酸）進行測序，發(fā)現(xiàn)了大量基本上是病毒片段的部分，其中許多片段是初代冠狀病毒基因組。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，蝙蝠的誘導性多能干細胞中的病毒基因表達比蝙蝠皮膚細胞、小鼠和人類多能細胞中的病毒基因表達更高且更多樣化。更重要的是，蝙蝠的誘導性多能干細胞實際上利用病毒片段，制造了看起來像病毒的顆粒。

“結果意義非凡。”Zwaka說。當你制造蝙蝠干細胞時，你基本上“喚醒了你在基因組中發(fā)現(xiàn)的所有病毒化石”。這些細胞似乎系統(tǒng)地吸收了基因組中的病毒信息，“幾乎像海綿一樣”，然后表達出來?！斑@使得這些蝙蝠干細胞成為有利于病毒生長的環(huán)境?！盳waka說。但蝙蝠與病毒共存的機制尚不清楚?！耙环N可能性是，基因插入物以某種方式保護蝙蝠免受病毒侵害，就像疫苗一樣?！盳waka表示。

研究人員計劃一方面使用這些干細胞來生成肺、腸道和血液組織，另一方面，讓這些病毒感染細胞。Zwaka希望利用這種組織更好地了解蝙蝠的免疫力，并最終“為人類健康制定策略”。團隊其他人員正在研究通過蝙蝠干細胞開發(fā)的蝙蝠類器官，來回答類似的問題。

涼爽的基地

在地球另一處，蝙蝠研究也正開展。

兩只圓溜溜、光滑的黑眼睛，細小的尖耳朵一動一動，毛茸茸的鼻子不時地皺皺，這是一只年輕的雄性長舌果蝠（Eonycteris spelaea），它扭動著，尖叫著，偶爾伸出粉紅色的長舌頭舔舐甜甜的飲料。

此雄性長舌果蝠屬于新加坡一個研究性繁殖基地，這是亞洲第一個研究蝙蝠的繁殖基地，約飼養(yǎng)著140只長舌果蝠。它由杜克-新加坡國立大學醫(yī)學院（Duke-NUS Medical School）的病毒學家王林發(fā)建立，旨在為研究蝙蝠生物學創(chuàng)造一個受控的環(huán)境。

“蝙蝠已經(jīng)成為一個熱門話題，”王林發(fā)說。對于花了幾十年時間研究蝙蝠和傳染病的王林發(fā)來說，研究蝙蝠讓他產(chǎn)生更多思考。例如，構成蝙蝠免疫系統(tǒng)的細胞特征是什么，以及它們對感染的反應如何?，F(xiàn)在蝙蝠正在繁殖，團隊的研究可以更容易地重復。王林發(fā)團隊與世界各地的十幾個團隊共享著這個蝙蝠基地。

長舌果蝠是一種寶貴的資源，研究人員小心謹慎地照料著它們。蝙蝠喜歡以25左右的數(shù)量群居在涼爽的黑暗處，它們喜歡新鮮切碎的甜瓜、木瓜和芒果、奶粉和香甜的花蜜狀液體。對此，研究人員調(diào)整了蝙蝠的飲食和環(huán)境，在每個籠子的頂部都掛著一個裝有“美食”粗麻布袋。在今年（2023年）晚些時候，當蝙蝠群搬到一個更大的籠子后，基地工作人員Randy Foo計劃進一步引入更豐富的設備。

“基地給了我們想要的一切?！蓖趿职l(fā)說。他的辦公室里擺滿了多年來收集的紀念品——一個“蝙蝠俠”鑰匙扣、一個蝙蝠印花的杯子、樹脂包裹的蝙蝠標本、蝙蝠的框架圖畫。

2022年11月，王林發(fā)的團隊首次發(fā)表了蝙蝠單細胞測序的結果。研究人員用蝙蝠呼腸孤病毒（Pteropine orthoreovirus）感染了長舌果蝠，這是一種在長舌果蝠中常見的病毒。在蝙蝠的肺細胞中，研究人員發(fā)現(xiàn)了許多熟悉的免疫細胞指紋，比如T細胞，以及一些不熟悉的細胞。

在研究基地，科學家們還研究了蝙蝠的基因組和動物宿主病毒的多樣性。他們還利用蝙蝠的細胞開發(fā)了氣道類器官——由干細胞組成的微型器官。目前相關實驗集中在蝙蝠對感染的反應，它們的衰老過程以及它們在飛行過程中非常活躍的新陳代謝。

蝙蝠細胞和基因組

蝙蝠是“超級酷的動物”，Zwaka說。它們是唯一進化出飛行的哺乳動物，它們利用聲波在黑暗中定位物體，它們體型很小，但壽命特別長，癌癥發(fā)病率很低。

不過近幾十年來，蝙蝠成為人們關注的焦點是因為它們能夠攜帶豐富的病毒。某些蝙蝠，尤其是中華菊頭蝠，可以容納異常多樣的冠狀病毒，其中包括與新型冠狀病毒密切相關的冠狀病毒。一些蝙蝠物種還攜帶狂犬病、埃博拉等病毒。可以說，蝙蝠基因組中布滿了病毒殘留物。

是什么讓它們能夠忍受病毒而不出現(xiàn)感染跡象？

杜克-新加坡國立大學醫(yī)學院傳染病學專家Aaron T. Irving團隊的相關研究表明，一些蝙蝠物種對入侵者設立了強大的第一道防線：即使沒有外來威脅，它們也保持高水平的干擾素，這些干擾素會發(fā)出警報并堅持對抗病毒，比如迅速抑制病毒復制，使其失效。此外，蝙蝠還具有延伸的編碼蛋白質(zhì)的基因庫，這些蛋白質(zhì)會干擾病毒復制，或阻止病毒離開細胞，以便對病毒進行“圍剿”。因為蝙蝠的細胞配備了一個有效系統(tǒng)來處理已被侵染的細胞成分，稱為“自噬”，這種現(xiàn)象已被證明有助于清除人類細胞中的病毒。

此外，當病原體入侵時，蝙蝠通常不會產(chǎn)生過度的炎癥反應，因為蝙蝠有幾種方法來馴服炎癥反應，例如抑制被稱為炎癥體的大分子蛋白的活性。Aaron T. Irving說，蝙蝠沒有花費大量的精力來完全擺脫病毒，似乎容忍了病毒低水平的存在。“在蝙蝠和它們寄生的病原體之間有一種‘和平條’’?！卑拇罄麃啿畠?nèi)特研究所（Burnet Institute）的病毒學家 Joshua Hayward說。

現(xiàn)在，曾經(jīng)的研究人員和該領域的新來者都將目光從研究蝙蝠迅速和無差別防御的先天免疫反應，轉(zhuǎn)向其較慢的、更有針對性的適應性反應?！斑@種反應保留了關于病原體的信息，當它再次遇到它的敵人時就會立即行動。適應性免疫被限制在幾個特定的細胞類型中，相較先天免疫反應，適應性免疫反應研究起來很麻煩?！盚annah Frank說。

除了細胞，對細胞生物學家來說，還有更重要的研究資源——基因組。在2020年之前，大約有十幾個蝙蝠基因組研究，質(zhì)量參差不齊。那一年，愛爾蘭都柏林大學（University College Dublin）蝙蝠生物學家Emma Teeling和她的同事描述了第一個來自六種蝙蝠的高質(zhì)量基因組，每個基因組都屬于不同的蝙蝠，并且每個都清楚地標記了其蛋白質(zhì)編碼基因。

該項目是名為Bat1K的全球基因組聯(lián)盟的一部分，Emma Teeling是創(chuàng)始人之一。該項目旨在為每個蝙蝠物種創(chuàng)建高質(zhì)量的基因組。Teeling說，自新冠大流行以來，大家對蝙蝠的研究興趣和投資資金激增，到目前為止，她們已經(jīng)對大約80個蝙蝠基因組進行了測序。

高質(zhì)量基因組的研究意義在于其可用性改變了蝙蝠免疫學領域。它促進了對RNA分子和蛋白質(zhì)的大規(guī)模研究，并提供了一種對免疫細胞進行分類的方法，在某種程度上克服了蝙蝠缺乏單克隆抗體的困難。基因組將成為“許多研究的基礎”，德國柏林夏里特醫(yī)院（Charité – Universit?tsmedizin Berlin）的病毒學家Marcel Müller說。

也有其他科學家正在使用RNA測序來比較蝙蝠和人類細胞。例如，法國巴斯德研究所（Institute Pasteur）的病毒學家Nolwenn Jouvenet正在將這種技術與CRISPR基因編輯相結合，并利用不同種類蝙蝠的細胞系，研究蝙蝠細胞和人類細胞天然免疫反應的差異。Jouvenet希望最終能確定負責控制病毒復制的基因。

除了蝙蝠自身系統(tǒng)，環(huán)境也會影響病毒傳播。澳大利亞新南威爾士大學（The University of New South Wales）的生物與環(huán)境學家Peggy Eby還在研究蝙蝠的免疫反應與其生態(tài)之間的聯(lián)系，以更好地了解它們何時何地傳播病毒，以及傳播給其他動物的風險。此研究聚焦于解釋環(huán)境因素對蝙蝠的影響，以及這是否會增加病毒傳染的風險。

有限的工具

蝙蝠研究不斷展開，但阻礙也顯而易見。比如，研究人員可用的工具非常有限。

新加坡研究基地的建立和維護成本很高，與標準實驗室小鼠相比，蝙蝠的懷孕時間更長，幼崽更少。且在超過1450種蝙蝠中，只有少數(shù)幾種會在世界各地的研究基地繁殖，包括新加坡的長舌果蝠（Eonycteris spelaea）、美國的牙買加果蝠（Artibeus jamaicensis）、德國的埃及果蝠（Rousettus aegyptiacus）和加拿大的大棕蝠（Eptesicus fuscus），但沒有一個基地以冠狀病毒宿主的菊頭蝠屬（Rhinolophus）為主?！叭藗儑L試過但失敗了?！笨赡苁且驗檠芯咳藛T對它們的棲息偏好不夠了解。Aaron T. Irving說。

如果誘捕野生蝙蝠呢？那會存在后續(xù)挑戰(zhàn)，因為蝙蝠細胞很難在細胞培養(yǎng)皿中繁殖。

如果使用用于其他實驗動物的工具包呢？蝙蝠缺乏單克隆抗體，而免疫學家正是用它來標記免疫細胞和蛋白質(zhì)的，研究小鼠和人體組織的免疫學家已經(jīng)“完全被這些工具寵壞了”，Thomas Zwaka說。

缺乏工具意味著研究人員仍然沒有清楚地了解“蝙蝠免疫系統(tǒng)的基本結構”，中國科學院武漢病毒研究所研究員周鵬說。

但是，老牌研究人員多年的工作和新來者的涌入正促使新工具產(chǎn)生，包括高質(zhì)量的基因組和實驗室制造的蝙蝠組織。未來十年將看到一些令人興奮的見解，Emma Teeling說，“出現(xiàn)新發(fā)現(xiàn)的唯一原因就是產(chǎn)生了新一代工具?！?/p>

最新的研究也正在填補蝙蝠免疫反應生物學機制的細節(jié)，比如鑒定蝙蝠可能獨有的細胞類型。研究人員還在揭示蝙蝠耐受病毒感染的各種方式，這可以幫助確定是否存在“一種適用于所有蝙蝠和所有病毒的全球機制”，美國蒙大拿州立大學（Montana State University）的粘膜免疫學家Diane Bimczok說，他已經(jīng)加入了蝙蝠研究的潮流。

Hannah Frank說，很多科學家都對此領域產(chǎn)生了大量興趣，她從美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）獲得了研究蝙蝠免疫學的資助?！拔覍ξ覀兊默F(xiàn)狀感到非常興奮，”Frank說。不過她同時強調(diào)，研究人員對蝙蝠跨物種免疫反應的研究越多，他們目前的結論就越模糊，“我們也將意識到這個問題有多復雜?！?/p>

參考文獻：

1 https://www.nature.com/articles/d41586-023-00791-x

2 https://www.nature.com/articles/s41586-020-03128-0

3 https://www.mdpi.com/1999-4915/10/4/185

4 https://www.nature.com/articles/s41586-020-03128-0

5 https://www.nature.com/articles/s41586-022-05506-2

6 https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-2557682/v1 

7 https://doi.org/10.1101/2023.02.13.528205 

8 https://www.cell.com/immunity/fulltext/S1074-7613(22)00549-0?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS1074761322005490%3Fshowall%3Dtrue

9 https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00041-7?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867423000417%3Fshowall%3Dtrue