SARS冠狀病毒 2009年02月24日修訂版

冠狀病毒是一羣具有套膜的RNA病毒，在電子顯微鏡下呈皇冠狀，其正性單股RNA約由27000~30000多個鹼基組成，爲已知最大的RNA病毒，可感染人、雞、豬、牛、鼠、貓等動物，會引發呼吸道與腸道的疾病，並引起人類輕微感冒。冠狀病毒分爲三大類，其中兩類感染哺乳動物，另一類只感染鳥類，基本上這類病毒的宿主相當專一，主要引發呼吸道與腸道感染。2003年新發現的一種冠狀病毒，爲引起人類嚴重急性呼吸道症候羣（SARS）。

嚴重急性呼吸綜合徵冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus：SARS CoV，SCoV  SARS冠狀病毒）屬與環狀病毒（torovirus）屬同爲動脈炎病毒科（arteriviridae），劃作套病毒（nidovims）目。冠狀病毒依其抗原性差異分爲3羣。SARSCoV與任何一羣的同源性均顯不高，有的研究者將其歸屬於2羣。Ksiazek示它可能爲兩羣的重組病毒。2005年6月Colorado會議提議將SCoV分類爲2羣。

A new member of Coronavirus family

SARS冠狀病毒在種屬分類上屬於“ssRNA positive-strand viruses”家系的“Nidovirales”族中的“Coronaviridae”系(見Taxonomy)。它是冠狀病毒家族中新出現的一個子類。全長29,736bp，已知有11個編碼序列（cds），而其中的一個cds（putative orf1ab polyprotein）與鼠類的肝炎病毒（murine hepatitis virus）結構類似，依據鼠類的肝炎病毒的結構模式，推斷出該段cds應該編碼了14個蛋白質。

“非典型肺炎”元兇冠狀病毒圖

SARS冠狀病毒概述

SARS冠狀病毒(SARS-Cov)，屬於巢狀病毒目(Order: Nidovirales),冠病毒科(Family:Coronaviridae)，冠狀病毒屬(Genus: Coronavirus)。根據其基因組結構分類，它屬於單鏈正義 RNA 病毒[(+)sense, ssRNA Virus]。

成熟的冠狀病毒顆粒直徑約爲 60 至 220nm 不等。其形態學上最顯著的特徵在於，在病毒包膜(envelope)外，有明顯的棒狀膜外子粒('club-shaped' peplomers)。這一酷似中世紀歐洲帝王王冠(crown)的結構（如圖 1），正是其”名字” - Coronavirus 的來源。

圖 1.  冠狀病毒電鏡照片（Department of Microbiology, University of Leicester） [參考資料] . "Department of Microbiology, University of Leicester".

對其他已知冠狀病毒的研究發現，其病毒包膜主要包括三種糖蛋白，分別命名爲S 蛋白(Spike Protein)、M 蛋白(Membrane Protein)、E 蛋白(Envelope Protein)。在部分病毒株中還能找到一種 HE 蛋白(Haemagglutinin-esterase)。其中 S 蛋白即伸出包膜的棒-球形的糖蛋白，它在病毒與宿主細胞表面受體結合及介導膜融合進入細胞的過程中，起關鍵性作用，也是冠狀病毒主要的抗原蛋白。M 蛋白則是一種跨膜蛋白，在病毒的包膜形成與出芽(budding)過程中起重要作用。E 蛋白是一種相對較小的蛋白質，主要散在分佈於病毒包膜上。冠狀病毒主要結構模式見圖 [參考資料] Holmes KV. "SARS-associated coronavirus". N Engl J Med 2003 May 15;348(20):1948-51。

冠狀病毒病毒顆粒示意圖全貌

S 蛋白結構模式

M 蛋白和 E 蛋白結構模式

N 蛋白結構模式

冠狀病毒入侵宿主細胞。冠狀病毒的 S 蛋白是介導冠狀病毒入侵宿主細胞的重要分子，

對其配體的研究亦成爲關心焦點。目前認爲有兩類分子可能是冠狀病毒的受體：氨基肽酶 N

（Aminopeptidase N）（圖 3a）以及鼠類癌胚抗原細胞黏附分子 1（murine CEACAM1）（圖

3b）。它們通過與冠狀病毒 S 蛋白結合，誘導冠狀病毒 S 蛋白髮生結構上的變化，暴露穿膜

有效結構域，介導病毒與宿主細胞發生膜融合，如圖 3c。

3a．氨基肽酶 N

3b. murine CEACAM1

3c．入侵過程

位於病毒顆粒中央的不規則核酸部分即病毒基因組，其上結合有核殼體蛋白(N蛋白，Nucleocapsid Protein)。冠狀病毒基因組 RNA(Genomic RNA)是一個無分段的，正義單鏈 RNA，長度一般在 27-31kb。該 RNA 鏈具有一個正鏈 RNA 病毒特有的重要結構特徵：即 RNA 鏈 5`端有甲基化帽(methylated cap)、3`端有 PolyA 尾的結構。這一結構，和真核mRNA 非常相近，也是其基因組 RNA 自身即可發揮翻譯模板作用的重要結構基礎。冠狀病毒進入細胞後的轉錄、翻譯、複製、裝配與出芽過程，如圖 4 所示。值得特別指出的是：冠狀病毒成熟粒子中，並不存在RNA病毒複製所需的 RNA 聚合酶(Viral RNA polymerase)。因此，它進入宿主細胞之後，首先將直接以病毒基因組 RNA 爲翻譯模板，表達出病毒 RNA 聚合酶。然後才利用該酶完成負鏈亞基因組 RNA (sub-genomic RNA)    的轉錄合成、各結構蛋白 mRNA 的合成，以及病毒基因組 RNA 的複製。另一個需要說明的特點是：冠狀病毒各個結構蛋白成熟的 mRNA 合成，並不存在轉錄後的修飾剪切過程，而是直接在初次轉錄過程中，通過  RNA  聚合酶和一些轉錄因子，以一種“不連續轉錄”(discontinuous  transcription)的機制，通過識別特定的轉錄調控序列（transcriptionregulating sequences  ，TSR），有選擇性地從負義鏈 RNA 上，一次性轉錄得到構成一個成熟 mRNA 的全部組成部分。

結構蛋白和基因組 RNA 複製完成後，將在宿主細胞內質網處裝配(assembly)生成新的冠狀病毒顆粒，並通過高爾基體分泌至細胞外，完成其生命週期。

圖 4.冠狀病毒細胞內複製模式圖

關於導致 SARS 的病原體，在其研究之初，全球各地的研究組曾經存在過多種推斷。3月22日，香港大學微生物系首先利用非洲綠喉腎臟細胞(African Green Monkey KidneyCells, Vero E6)，從一個感染者的肺組織中分離到了一種未知的病毒³，推測其很可能即爲致病原。WHO 的研究網絡隨即集中對該病毒進行了分析，並且在 3 月 27 日的簡報中首次提到了”病原體可能是冠狀病毒的一種”¹⁸。此後兩週內，該研究網絡的多個實驗室對SARS進行了臨牀標本、病理組織與影像學、病毒分離培養、血清學與免疫學診斷、分子生物學與遺傳同源性等多方面的深入研究與鑑定 4-6,19，最終確認：一種新的冠狀病毒(Coronavirus)，

就是導致嚴重急性呼吸綜合徵的病原體！

SARS 冠狀病毒基因組學研究 10-12

4月12日，加拿大 British Columbia Cancer Agency’s Genome Sciences Centre 首先完成了SARS 冠狀病毒的全基因組測序(Accession Number: AY274119)。我國中國科學院華大基因組研究中心，也於4月16日完成了5個SARS病毒分離株的測序工作。截至5月9日，已提交到 GeneBank 的完整 SARS 基因組序列達11條。其基本信息見表 1。NCBI 參照上述各 序 列 ， 以Tor2基因組序列爲藍本 ， 修正給出了SARS的 基 因 組 參 考 序 列(AC:NC_004718)。

最新科學文獻

• SARS綜述:SARS病毒基因組與侵入宿主細胞研究近況
• SARS綜述:SARS非典型肺炎的臨牀和治療進展
• The Preliminary Analysis of SARS Co-V-Host Cell Interaction(CMBI-PUCHG Since 5.7)
• The Preliminary Analysis of SARS Coronavirus Genome and Proteins(CMBI-PUCHG Since 4.26)
• Interpretation of diagnostic laboratory tests for severe acute respiratory syndrome: the Toronto experience(CMAJ－2004.1.6)
• Laboratory tests for SARS: Powerful or peripheral?(CMAJ－2004.1.6)
• Severe acute respiratory syndrome (SARS)—paradigm of an emerging viral infection(J Clin Virology－2004,vol29)
• Biosynthesis, Purification, and Substrate Specificity of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 3C-like Proteinase(JBC－2004.1)
• Evaluation of Control Measures Implemented in the Severe Acute Respiratory Syndrome Outbreak in Beijing,2003(JAMA－12.24)
• Interferon Alfacon-1 plus Corticosteroids in Severe Acute Respiratory Syndrome(JAMA－12.24)
• Early diagnosis of SARS Coronavirus infection by real time RT-PCR(J Clin Virology－2003,vol28)
• Severe Acute Respiratory Syndrome (SARS)-Editorial(J Clin Virology－2003,vol28)
• SARS-coronavirus replicates in mononuclear cells of peripheral blood (PBMCs) from SARS patients(J Clin Virology－2003,vol28)
• SARS virus infection of cats and ferrets(Nature－10.30)
• Reverse genetics with a full-length infectious cDNA of severe acute respiratory syndrome coronavirus(PNAS－10.28)
• Isolation and Characterization of Viruses Related to the SARS Coronavirus from Animals in Southern China(Science－10.10)
• Isolation and Characterization of Viruses Related to the SARS Coronavirus from Animals in Southern China(Sciencexpress－9.4)
• Possible role of an animal vector in the SARS outbreak at Amoy Gardens(Lancet－8.16)
• Managing SARS (N Engl J Med－8.14)
• SARS in Hong Kong (N Engl J Med－8.14)
• SARS and the Internet (N Engl J Med－8.14)
• A surfeit of SARS (Lancet－8.12)
• SARS: Epidemiology, Clinical Presentation, Management, and Infection Control Measures(Mayo Clin Proc－7)
• SARS: 1918 Revisited? The Urgent Need for Global Collaboration in Public Health(Mayo Clin Proc－7)
• Fatal Aspergillosis in a Patient with SARS Who Was Treated with Corticosteroids (N Engl J Med－7.31)
• Profile of Specific Antibodies to the SARS-Associated Coronavirus (N Engl J Med－7.31)
• Newly discovered coronavirus as the primary cause of severe acute respiratory syndrome(Lancet－7.26)
• Treatment of SARS with human interferons (Lancet－7.26)
• SARS — Looking Back over the First 100 Days (N Engl J Med－7.24)
• SARS, What have we learned? (Nature－7.10)
• Coronavirus Genomic-Sequence Variations and the Epidemiology of the Severe Acute Respiratory Syndrome(N Engl J Med－7.10)

參考資料

SARS冠狀病毒基因組初步分析