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导读

此次新冠疫情中的零号病人亦有可能是无症状感染者或者症状非常轻微，导致并未就医，无相关病情记录，也许永远也无法找到，新冠病毒溯源需如何开展呢？

本文选自中国工程院院刊《Engineering》2020年第10期

作者：李淼，杨云锋，陆韻，张大奕，刘毅，崔小凤，杨蕾，刘锐平，刘建国，李广贺，曲久辉

来源：Natural Host–Environmental Media–Human: A New Potential Pathway of COVID-19 Outbreak[J].Engineering,2020,6(10):1085-1098. https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.08.010

导语

新冠病毒的全球蔓延，引发了对其来源追溯的广泛讨论。传统上，识别第一个感染病例（即“零号病人”）是追溯病毒来源的关键，但这项工作往往非常困难，如1918年的西班牙大流感、2009年的H1N1流感均尚未识别“零号病人”；此次新冠疫情中的零号病人亦有可能是无症状感染者或者症状非常轻微，导致并未就医，无相关病情记录，也许永远也无法找到。新冠病毒溯源需如何开展呢？

中国工程院曲久辉院士科研团队在中国工程院院刊《Engineering》撰文，提出了一种新的追溯新冠病毒来源的可能途径。文章分析了人类历史上的数十次病毒暴发以及上百种病毒在环境中的存活时间，发现很大比例的疫情事件都是由人类直接接触带有传染性病毒的环境介质而引起的，同时病毒可以在环境介质中长期保持活性。文章指出，随着人类活动能力的不断增强，与动物等生存空间的逐渐重叠，人类与带病毒环境介质（该研究称之为“环境准宿主”）之间的接触大大增加。因此，文章提出了跳过“零号病人”追溯病毒来源的新思路，即以携带SARS-CoV-2或携带与新冠病毒关系密切的蝙蝠携带冠状病毒——RaTG3等环境介质为目标，基于自然宿主–环境介质（环境准宿主）–人的传播路径，进行新冠病毒溯源。

一、引言

传统上，识别第一个感染病例（零号病人）是追溯病毒来源的关键，但是，常常很难找到零号病人。尽管科学家们做出了广泛的努力，但仍未确定1918年流感大流行、人类免疫缺陷病毒（HIV）或2009年H1N1流感的零号病人，而严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）的零号病人也很可能无法确定。目前，追溯 SARS-CoV-2来源所面临的主要挑战是需要进行大量的跨学科研究，特别是如果零号病人无症状或症状非常轻微，他或她可能没有看医生或产生病历，那么我们可能永远也无法确定患者身份。因此，是否可以既跳过零号病人，又能追溯到病毒的来源呢？

基于此，我们跳过零号病人，以携带SARS-CoV-2 或RaTG3相关的蝙蝠传播冠状病毒（Bat-CoV）等病毒的环境介质（以下称为“环境准宿主”）为中心，提出了一种新的病毒传播途径（图1），并分析了环境准宿主可能成为识别SARS-CoV-2来源关键节点的理由。

图1 SARS-CoV-2的传播途径

病毒通过自然宿主-人接触或环境准宿主-人接触传染给人类，其中环境准宿主可能是被动物宿主的尿液、唾液、粪便或分泌物污染的水、土壤或食物等。尽管许多研究人员认为SARS-CoV-2可能来自野生动物市场，但他们还是把注意力集中在自然宿主-人的途径上，而忽视了自然宿主-环境准宿主-人这一传播途径。

零号病人是否有可能是因为接触环境准宿主而感染了SARS-CoV-2呢？一方面，全球化和工业化进程的发展，使得人类的活动空间与动物的生活空间逐渐重叠，这导致人类与环境准宿主之间的接触大大增加。另一方面，病毒可以在某些环境介质中长期生存，人有很大的概率在接触这些环境介质时感染病毒。研究发现，人类的许多病毒暴发都是由于人类直接接触了含有病毒的环境介质，如携带病毒的水和土壤岩土介质等，而不是直接接触自然宿主引起的。

根据以下几条近期研究的证据和其他病毒的传播途径，我们认为SARS-CoV-2有可能是由环境准宿主传播的。

二、在各种环境介质中检测出SARS-CoV-2

SARS-CoV-2已在各种环境介质中被检测到，包括废水、土壤、地板表面、门把手、水槽、储物柜、桌子、窗户和包装等（表1）。2020年2—3月间，武汉大学的Liu及其同事通过在两家医院及其周围设置气溶胶捕获装置，证明了空气中存在SARS-CoV-2 RNA。Ong的研究小组在患者房间和厕所的环境表面检测到SARS-CoV-2。荷兰蒂尔堡史基浦机场的废水中也检测到了SARS-CoV-2。基于以上研究推测，SARS-CoV-2可能存在于其自然宿主的动物栖息地中，因此进一步检测自然栖息地环境介质中可能存在的 SARS-CoV-2是有必要的。

表1 环境介质中的SARS-CoV-2 

三、病毒在环境介质中的长期存活

目前已有研究显示，病毒能够在低温、相对封闭、受扰动较小、高度异质的环境介质中长时间保持活性。在适宜条件下，病毒在环境介质中可存活数百天乃至上千天，并且仍具有感染性。在永久冻土中保存了3万年的西伯利亚细小病毒，复苏后仍具有感染能力。猪细小病毒在土壤中可存活43周以上，脊髓灰质炎病毒在1 ℃下保存75天后依旧稳定并具有活性。在地下水中，人诺如病毒存活1266天后仍有10%的活性。甲型肝炎病毒和脊髓灰质炎病毒在4 ℃矿泉水中保存一年后的感染力仅有少量降低。污水中的诺如病毒 1343天后仍可被检测到。

我们分析了近120年来发表的482篇学术论文（表2），这些论文研究了116种不同病毒株的生存时间。从统计学角度看，116种不同病毒株中，84%以上的病毒可以存活一周以上（图2）。而且随着全球交通的快速发展，环境介质中的病毒可以在几天或几周内从世界的一个地方被带到另一个地方，因此，病毒的起源地可能远离其暴发地。由于病毒的系统发育特征可能会在很大程度上影响其在环境介质中的存活时间，因此病毒的系统发育特征也值得进一步研究。

图2 研究的116病毒的存活时间比较

表2 病毒在环境介质中的存活时间

现有研究证实，SARS-CoV-2很可能长期存在于化粪池和其他含土壤的固体介质中。新加坡国家传染病中心和国防科学组织（DSO）国家实验室在COVID-19患者的居室中检测到该病毒，其中地板表面的病毒阳性信号最高，超过马桶、门把手、水槽、储物柜、桌子和窗户等地方的信号。SARS-CoV-2被发现可以在气溶胶中保持长期活性，研究者们发现在实验3 h 后每升空气中的感染性滴度（TCID50）仅从103.5降至 102.7。基于这些研究结果推测，SARS-CoV-2可能在野生动物的栖息地和活动场所存在并长期保持活性，特别是在气温低、光照少的地方。

四、因直接接触环境介质而非自然宿主所引起的人类病毒暴发

通过分析过去120年发表的文献，我们发现至少198 例病毒感染病例，涉及 28种不同的病毒株，是通过直接接触环境介质而引起的（表3）。其中有些病例是从数据统计中获得了环境介质与病毒传播之间的相关性，大多数病例是通过对环境介质的调查，从而认识到了病毒传播的途径或宿主。例如：

表3 人与环境介质直接接触引起的病毒感染病例

（1）2008年，一名44岁的美国妇女在乌干达旅游时参观了一个有蝙蝠群栖息的蟒蛇洞，她在回国后不久就出现了马尔堡病的症状。这种疾病是由一种与埃博拉病毒同属一个家族的病毒引起的。科学家对乌干达一个山洞中的埃及果蝠进行了基因测序，认为她是在参观蟒蛇洞时接触了一块布满蝙蝠粪便的岩石而感染了该病毒。

（2）埃博拉病毒传播途径也被确认是由于人类误食了果蝠粪便污染的水果。

（3）自2009年以来，我国已累计发生不少于5起因饮用病毒污染地下水而引发的传染疾病，受影响人数合计上千人。例如，2014—2015年冬季，中国河北发生了一起胃肠炎疫情。从临床和水样中提取的诺如病毒核苷酸序列与Beijing/CHN/2015年的毒株同源性达99%，证实了此次疫情是由水传播引起的。这是通过调查环境介质找到病毒传播途径的一个很好的例子。

（4）空气传播是病毒传播的一种重要方式，目前已经报道了至少6种不同的病毒通过空气传播感染人类的病例。Alsved及其同事从诺如病毒感染患者的周围环境中采集空气样本，通过逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）分析样本中的诺如病毒RNA。他们在部分空气样本中检测到诺如病毒RNA，提示呕吐造成的空气污染是诺如病毒的重要来源。

从统计学角度的研究也为环境与流行病之间的联系提供了证据：

（1）首次报道的11例人类埃博拉病例中，有8例发生在森林破坏严重的地区，而森林是携带埃博拉病毒的蝙蝠的栖息地。

（2）受损林区蜱虫的迁徙轨迹与科萨努尔森林病和莱姆病的分布以及发病情况有显著的相关性。此外，研究表明，栖息地的破坏既增加了野生动物的生存压力，也增加了尿液和唾液分泌物的病毒量。

五、动物身上的病毒可能通过多种途径传播给人类

巢病毒目（Nidovirales）冠状病毒科（Coronaviridae）正冠状病毒亚科（Orthocoronavirinae）由四个属组成：a-冠状病毒、b-冠状病毒、g-冠状病毒和d-冠状病毒。

SARS-CoV-2属于b-冠状病毒属的Sarbecovirus亚属， SARS-CoV和MERS-CoV也属于该属。冠状病毒（CoV）既能感染人类，也能感染家畜和野生动物，在大多数情况下，感染仍处于亚临床状态。

a-冠状病毒和b-冠状病毒通常可以感染哺乳动物，可能宿主是蝙蝠，而g-冠状病毒和d-冠状病毒主要感染鸟类，有时也可以感染哺乳动物，可能宿主是猪。

据报道，有许多动物物种是病毒的中间宿主，如狗、猫、牛、马、骆驼、啮齿动物、兔子、穿山甲、水貂、蛇、青蛙、土拨鼠、刺猬和雪貂等。因此，不同动物对人的病毒传播途径可能有多种。中国的三个冠状病毒暴发点，即2003年广东的畜禽市场、2019年年底的武汉华南海鲜市场和2020年6月的北京新发地海鲜市场，都与动物市场有关。果子狸和骆驼已经被证明可以将SARS-CoV或MERS-CoV传播给人类，这为病毒直接从动物身上传播给人类提供了重要提示。

然而，目前尚不清楚哪种动物可能是SARS-CoV-2的主要中间宿主，尽管在海鲜市场和三文鱼的砧板上检测到了阳性的病毒RNA信号。1983年，Lidgerding和Hetrick首次报道了冠状病毒在鱼类细胞系中的复制。此外，Sano 等于1988年成功地从普通鲤鱼（Cyprinus carpio）中分离出一种冠状病毒，该病毒能导致实验感染鱼的肝脏、肾脏和肠道坏死。Miyazaki等于2000年在彩鲤（Cyprinus carpio）身上发现了一种冠状病毒，该病毒可引起皮肤病变和内脏坏死。

基于上述证据，我们认为SARS-CoV-2可以也有可能通过环境准宿主感染人类，可能的传播途径有两种：

（1）自然宿主（携带病毒的动物）—环境准宿主（动物粪便/被动物尿液、唾液、粪便污染的水、土壤和食物，以及分泌物）—零号病人（在野外旅行或工作时与环境准宿主接触的感染者或病毒携带者）—回到家中或人类居住地—暴发COVID-19；

（2）自然宿主（携带病毒的动物）—环境准宿主（被动物尿液、唾液、粪便和分泌物污染的水果、食品或肉类）—运输到不同的地区或国家—零号病人（接触或吃掉环境准宿主的感染者或病毒携带者）—暴发COVID-19。

综上所述，环境中的溯源的核心是调查寻找环境准宿主，可以通过以上建议的两种传播途径追溯SARS-CoV-2的起源。由于目前人类的活动范围非常广泛，跨区域或跨国活动非常频繁，目前还很难确定新冠病毒的最初来源地，新冠病毒可能来源于地球上任一人类能接近的动物栖息地或栖息地环境显著改变地区。另一方面，也说明溯源工作任重道远，实施难度大、周期长、复杂程度高，需要在全球尺度上开展溯源研究，更需要多学科和多国家合作。长远来说，我们必须从根本上保护各级物种的生存和发展，积极主动地保护和恢复物种的生存环境，才能从根本上预防下一次大流行病的暴发。

注：本文内容呈现略有调整，若需可查看原文。

改编原文：

Miao Li, Yunfeng Yang, Yun Lu, Dayi Zhang, Yi Liu, Xiaofeng Cui, Lei Yang, Ruiping Liu, Jianguo Liu, Guanghe Li, Jiuhui Qu.Natural Host–Environmental Media–Human: A New Potential Pathway of COVID-19 Outbreak[J].Engineering,2020,6(10):1085-1098.

作者介绍

曲久辉，环境工程专家，中国工程院院士。

主要从事水质科学与工程技术研究，目前重点关注饮用水水质风险控制、污水及废水资源化能源化、受污染水体生态修复等方面的理论探索、技术创新和工程应用。