【關於 COVID-19 的這大半年】咆問疫從何處來
撰文／駱宛琳
打從疫情一開始，關乎「疫情從哪來」的流言蜚語就沒有停歇過。
流行病學家 Adam Kucharski 博士任教於 London School of Hygiene and Tropical Medicine，在新書 The Rules of Contagion 裡，討論疾病（甚至是假消息），是如何爆發，又如何終了的。他開始寫書的時候，正值聖誕節；沒想到新年一過，這出書的計畫，倒是讓人苦笑不已的無巧不成章。
在疫情裡，我們都想知道這事是如何開端地； 好像有了萬夫所指的責備對象以後，就可以避開這次橫禍，或者，就能安保未來無憂了。但，大多數的事情，都不若點火燎原，更不是排排站的骨牌，只要挪掉了第一枚骨牌、不讓它傾倒，就能確保後頭骨牌的安然。
不過，即便「疫從哪裡來」的探問究查，無法保證我們免於下一場全球大流行的到來，卻能夠在為未來提供覽古戒今的素材之餘，更幫助我們好好地應對當下疫情。對流行病源頭的追查深究，對於疫情的遏阻管控，扮演了關鍵角色。而這所謂的「源頭」，包括了導致疫情的「病原體」，以及如何從最初宿主傳染至人的「傳染途徑與傳染媒介」。倘若能在疫情爆發初始之際，「迅速地」將這些關鍵要項釐清，就能夠讓相關防疫單位，能夠對症下藥地精準制定防疫策略。
「速度」正是一個重點。這是疫情發展在未受控制下，常以指數型生長（exponential growth）的態勢蔓延。指數型增長有多恐怖呢？我最喜歡的具象描述，是 Radiolab 在三月底 Podcast 裡所舉出的例子。如果，今天給你一百萬元，又或者是，今天給你一分錢（cent；也叫做 penny），明天給你兩分錢，後天給你四分錢，如此每天翻倍地給你一個月。你會選擇哪一種呢？ 如果你選擇後者，到月底的時候，大概會接近二千萬呢！又或者，換一個說法，如果以 Podcast 主持人三公尺見方的小小辦公室為例，如果每天都把這空間擴增一倍，只需要一個半月左右的時間，不斷倍增的辦公室佔地面積，就會比地球表面還大。以指數型速度蔓延的疫情，絕不單單是「擴散很快」能夠形容的。
「防疫要即早」的策略，在將近二十年前的禽流感 H5N1 與 SARS 疫情，都有良好成效。到 2009 後，快速地病原體基因體分析，更已是疫情爆發時的標準應對步驟。不論是 2012 年中東呼吸症候群冠狀病毒、2013 年 H7N9 禽流感病毒、2014 年伊波拉病毒、或是 2015 年茲卡病毒，神速地利用定序技術與基因體分析，都讓我們在防疫上佔得先機。
仰仗著基因定序技術的發達，這一次在疫情爆發之後，科學家依舊很快地驗明了 COVID-19 全球大流行的始作俑者。世界衛生組織也將這正身，正名為SARS-CoV-2 病毒。可惜，相應的後續措施，在如今事後諸葛的上帝視角來看，卻不盡如人願。
SARS-CoV-2 雖新，其所身屬的冠狀病毒科（Coronaviridae）在人類史上可是出沒已久。與其有關的研究，甚至可以追溯到 1930 年代。除了SARS-CoV-2，同樣致命地還有 SARS-CoV（嚴重急性呼吸症候群冠狀病毒）、以及 MERS-CoV（中東呼吸症候群冠狀病毒），分別在 2002 與 2012 的時候禍患於世。另外還有四種冠狀病毒可以感染人類，包括了 HKU1、NL63、OC43、還有229E ，但這幾種病毒比較小咖，感染後的症狀相較前面三種，要輕微許多。
在驗明 SARS-CoV-2 正身之後，藉由對病毒序列的分析與科學研究，自是可以對 SARS-CoV-2 的危害手段與身家底細，詳加盤查。四月時，於美國加州 Scripps Research Institute 專門研究宿主與微生物之間複雜關係的 Kristian Anderson 教授，便與多位專家一同在 Nature Medicine 上，概括分析了 SARS-CoV-2 的病毒序列特性，並對感染源頭的幾個主要可能性，簡要整理了一番。自此，相關的研究如雨後春筍般，一篇接著一篇。其中，有一篇橫跨美國、比利時、與英國等研究團隊，在 Nature Microbiology 上所發表的成果，更是備受矚目。我們一起來看看，至今，我們對 SARS-CoV-2 的了解，有多少吧。
首先，先來看看這病原體本身。SARS-CoV-2 既然身屬於冠狀病毒裡的一份子，目前研究也證實，它也不可免俗地有著其他冠狀病毒一般的特色。除了外觀像皇冠而得名，其所帶有的基因組，是一條長達 30 kb 的單股 RNA，是已知 RNA 病毒裡最為可觀的。一般流感病毒的基因組，只有約 14 kb 左右。
接續的研究很快地發現SARS-CoV-2 有別於 SARS-CoV、或是其他種冠狀病毒的獨特之處。首先，讓人咬牙的是，SARS-CoV-2 在結構上，似乎特別擅於結合上人類細胞受器 ACE2。再來，這病毒表面的棘狀蛋白（spike protein）序列裡，多嵌入了一段十二個核苷酸長的片段。而這兩大特性，除了讓科學家能夠循線追查 SARS-CoV-2 的身家底細是從哪裡演化出來的，也讓我們有跡可循為什麼 SARS-CoV-2 如此致命難纏，甚至提供研發新藥的著眼點。
我們先來討論 SARS-CoV-2 打從哪裡來。
一但定序了 SARS-CoV-2，就像採集到了罪犯指紋一樣。只要資料庫夠詳盡，經過比對，不難挖出底細。SARS-CoV-2 和早年的 SARS-CoV 病毒，有大約百分之八十的序列相似度。不過，目前發現序列最相近的，是在中國雲南省蹄鼻蝙蝠（horseshoe bat；Rhinolophus affinis）上所採樣而得的檢體，相似度高達百分之九十六。但，百分之九十六的相似度雖夠高，卻仍不盡如人意；所以，科學家還在努力尋找中間所缺失的連結，是落在哪裡。
而 SARS-CoV-2 借道於 ACE2 這個表面蛋白質來感染細胞，這策略並非創世新奇。其姐妹 SARS-CoV 雖然只有八成相似度，但也是利用同樣的細胞表面蛋白質。不過，SARS-CoV-2 棘狀蛋白上的六個突變胺基酸，讓它比其他種也利用 ACE2 來感染宿主細胞的冠狀病毒，更擅長結合 ACE2。
棘狀蛋白專職於結合上宿主細胞表面的受器，可謂冠狀病毒能夠感染細胞的第一步。而棘狀蛋白既頂著衝鋒的重責，也身擔冠狀病毒的「顏值」——棘狀蛋白裡受器結合域（receptor-binding domain）是冠狀病毒基因組裡變異最大的區段。不同的冠狀病毒，表現不同的棘狀蛋白，故而提供了探查病毒身家底細的切入點。
以 SARS-CoV-2 來說，這六個胺基酸的變異，和蹄鼻蝙蝠所採樣到的病毒檢體（RaTG13）也不一樣，這故而讓科學家傾向於從蝙蝠到人類之間，不是 RaTG13 此病毒，可以如魚躍龍門一樣一飛沖天，屁股扭扭就能夠變成 SARS-CoV-2 此等殺手級病毒這般簡單。這中間必然還有無數次的天擇演化，悄悄發生著。
於是，這有幾種可能，一種是在 SARS-CoV-2 在變得能夠人畜共通傳染之前，還有一個在蝙蝠之後的中間宿主。讓科學家心生起疑的可能中間宿主之一，是馬來穿山甲（Malayan pangolins；Manis javanica）。從採樣自走私到廣東省的馬來穿山甲檢體裡，有發現相似度極高的冠狀病毒（但序列相似度只有百分之九十一左右）。但馬來穿山甲之所以嫌疑高，是因為在分析檢體裡的冠狀病毒基因組序列之後，發現其棘狀蛋白裡受器結合域，恰恰好帶有 SARS-CoV-2 那六個胺基酸變異。
不過，之前提過，除了這六個位於棘狀蛋白裡受器結合域的胺基酸變異，SARS-CoV-2 的另一個特點，是在棘狀蛋白裡有一小段的嵌入序列突變。這小段嵌入序列之所以特別，是因為它剛剛好介於棘狀蛋白 S1 與 S2 之間。棘狀蛋白既然像皇冠上的突起，可以把這蛋白想像成皇冠突起的「支撐座」和「鑲於其上的珠寶」。棘狀蛋白裡的 S2 像是那支撐座，S1則像那珠寶。而那小段的嵌入突變，正位在S1 與 S2 這兩個功能區塊之間，並且提供了三處可能的醣基化點。這醣基化點，像是在基座與珠寶之間，還虛榮地錦上添花了三串流蘇吊穗。而不論是蝙蝠還是穿山甲所採到的病毒檢體裡，都不具有這錦上添花。
另一種可能，是這天擇過程，發生病毒能夠人畜傳染之後。換言之，SARS-CoV-2 是在人類身上，逐漸變得愈來愈適應，愈來愈能夠人傳人。在最早的研究裡，在分析從 COVID-19 病人身上所分離出來的病毒之後，推估最近的共用始源病毒，最早可能是在去年十一月底、十二月初出現。如果這假設為真，那在 SARS-CoV-2 能夠有效地人傳人之前，或許就有些病毒感染人的零星案例，但因為傳染鏈太短，才不被察之。這也會很像 MERS-CoV 的例子。早期的時候，幾乎所有的人類罹病案例，都是個自由駱駝身上而被感染。
你說，有第三種可能，是人為嗎？目前，科學上的證據其實並不支持這個可能。若要人為，一則是有人蓄意製造，二是從實驗室裡被大意流出。SARS-CoV-2 不會是人為的科學證據，幾乎已經可以說是鐵證歷歷。首先，目前我們手上最相近的序列，是從蹄鼻蝙蝠所採樣到的病毒檢體，而我們已經討論過為什麼這組序列不會是罪魁禍首。而且，經過電腦分析發現，如果要人為的話，SARS-CoV-2 上的那六個特異性胺基酸，並不是透過生物資訊分析會得到的最佳解。換言之，如果真有人想要扮演上帝，將蹄鼻蝙蝠所採樣到的病毒檢體大為改造，那六個胺基酸變異，不會是人類知識可及下能想到的首選。而且，記得那錦上添花的「醣基化」嵌入變異嗎？通常，這種特色，也不會是人工一代又一代細胞養殖所能篩選出來的特色，而通常是和免疫系統互動才有呢。如果想要更近一步了解的人，也可以參考幾位病毒學家，聯手在 Emerging Microbes & Infections 更進一步的討論（參考資料 #6）。又或者是 Podcast 〈This Week in Virology〉在第 623 集裡的後段，Peter Daszak 也有跟主持的幾位病毒學家討論到喔。
討論到的原始研究：
關於 SARS-CoV-2 病毒起源：Maciej F Boni, Philippe Lemey, Xiaowei Jiang, Tommy Tsan-Yuk Lam, Blair W Perry, Todd A Castoe, Andrew Rambaut, David L Robertson. Nat Microbiol. Evolutionary origins of the SARS-CoV-2 sarbecovirus lineage responsible for the COVID-19 pandemic. 2020 Jul 28. doi: 10.1038/s41564-020-0771-4. Online ahead of print.
關於 SARS-CoV-2 病毒的幾個特點：Andersen KG, Rambaut A, Lipkin WI, Holmes EC, Garry RF. The proximal origin of SARS-CoV-2. Nat Med. 2020 Apr;26(4):450-452. doi: 10.1038/s41591-020-0820-9. PMID: 32284615
參考資料：
- Timothy Sheahan et al. Mechanisms of zoonotic severe acute respiratory syndrome coronavirus host range expansion in human airway epithelium. J Virol. 2008 Mar;82(5):2274-85. doi: 10.1128/JVI.02041-07. Epub 2007 Dec 19.
- Canrong Wu, et al. Analysis of therapeutic targets for SARS-CoV-2 and discovery of potential drugs by computational methods Acta Pharm Sin B. 2020 May; 10(5): 766–788. Published online 2020 Feb 27.
- Wendong Li, et al. Bats are natural reservoirs of SARS-like coronaviruses. Science. 2005 Oct 28;310(5748):676-9. doi: 10.1126/science.1118391. Epub 2005 Sep 29.
- Weiss SR. Forty years with coronaviruses. J Exp Med. 2020 May 4;217(5):e20200537. doi: 10.1084/jem.20200537.
- Juan Ángel, et al. Recombination and lineage-specific mutations led to the emergence of SARS-CoV-2. bioRxiv. 2020 Mar 23;2020.02.10.942748. doi: 10.1101/2020.02.10.942748. Preprint
- Shan-Lu Liu, et al. No credible evidence supporting claims of the laboratory engineering of SARS-CoV-2. 2020 Feb 26;9(1):505-507. doi: 10.1080/22221751.2020.1733440. eCollection 2020.
- Podcast <This Week in Virology> #623. Bats and coronaviruses with Peter Daszak.
- Podcast <Radiolab> Dispatch 1: Numbers.
- Adam Kucharski. <The Rules of Contagion: Why Things Spread - and Why They Stop> Wellcome Collection.