冠狀病毒（CoVs）是引起呼吸道和腸道疾病的RNA病毒，能夠感染人類和動(dòng)物，且大多起源于蝙蝠。SARS冠狀病毒于2002年首次在人類中爆發(fā)，造成全球約800人死亡，翅蝠屬蝙蝠被確認(rèn)是其天然宿主。2016年，豬急性腹瀉綜合癥（SADS）冠狀病毒在廣東省暴發(fā)，來(lái)源于翅蝠屬蝙蝠。2019年，新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）爆發(fā)，引發(fā)COVID-19，與SARS-CoV關(guān)系密切，也起源于翅蝠屬蝙蝠。

　　蝙蝠被認(rèn)為是SARS和MERS冠狀病毒的源頭，同時(shí)也是人類冠狀病毒NL63和229E的祖先來(lái)源。SARS-CoV-2的出現(xiàn)突顯了蝙蝠來(lái)源冠狀病毒對(duì)全球健康的重要性。中國(guó)是蝙蝠物種多樣性豐富的地區(qū)，擁有超過(guò)100種蝙蝠，其中許多是特有物種。然而，冠狀病毒在中國(guó)蝙蝠宿主中的進(jìn)化和傳播機(jī)制仍然不完全了解。

　　2024年12月19日，中國(guó)科學(xué)院武漢病毒所石正麗等人在Nature Communications在線發(fā)表題為“Origin and cross-species transmission of bat coronaviruses in China”的研究論文，該研究使用貝葉斯統(tǒng)計(jì)框架以及來(lái)自中國(guó)的蝙蝠冠狀病毒（包括589條新型冠狀病毒序列）的龐大序列數(shù)據(jù)集，來(lái)研究它們的宏觀進(jìn)化、跨物種傳播和擴(kuò)散。研究發(fā)現(xiàn)，α型冠狀病毒的宿主交換頻率較高，且跨越的宿主類群較為遙遠(yuǎn)，而β型冠狀病毒的宿主交換則更多受限于系統(tǒng)發(fā)育距離。此外，跨科和跨屬的宿主交換在菊頭蝠科（Rhinolophidae）及菊頭蝠屬（Rhinolophus）中最為常見(jiàn)。作者的分析還識(shí)別出了中國(guó)冠狀病毒進(jìn)化多樣性的熱點(diǎn)宿主類群和地理區(qū)域，這為菊頭蝠冠狀病毒的發(fā)現(xiàn)和積極的動(dòng)物源性疾病監(jiān)測(cè)提供了潛在的目標(biāo)。最后，作者展示了一項(xiàng)系統(tǒng)發(fā)育分析，提出SARS-CoV-2可能起源于菊頭蝠屬的蝙蝠。

　　越來(lái)越多的研究表明，蝙蝠是SARS冠狀病毒和中東呼吸綜合癥（MERS）冠狀病毒的進(jìn)化來(lái)源，并且也是人類冠狀病毒NL63和229E的祖先來(lái)源。SARS-CoV-2的出現(xiàn)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了蝙蝠來(lái)源冠狀病毒對(duì)全球健康的重要性，理解其來(lái)源和跨物種傳播機(jī)制是為應(yīng)對(duì)大流行做準(zhǔn)備的重中之重。

　　在本研究中，作者分析了來(lái)自中國(guó)各地的蝙蝠冠狀病毒序列的廣泛野外采樣數(shù)據(jù)集，旨在增進(jìn)作者對(duì)冠狀病毒如何進(jìn)化、多樣化、在蝙蝠科和屬之間流行及傳播的理解，以幫助識(shí)別那些冠狀病毒溢出風(fēng)險(xiǎn)較高的蝙蝠宿主和區(qū)域。

　　分類和地理抽樣

　　作者從中國(guó)收集的蝙蝠直腸拭子中生成了589個(gè)RNA依賴性RNA聚合酶（RdRp）基因的部分序列，并將608個(gè)來(lái)自蝙蝠和8個(gè)來(lái)自穿山甲的冠狀病毒序列添加到數(shù)據(jù)集中。根據(jù)宿主和地理信息，作者分別創(chuàng)建了宿主數(shù)據(jù)集和地理數(shù)據(jù)集。通過(guò)層次聚類，將中國(guó)劃分為六個(gè)生物地理區(qū)域：西南、北方、中北、中部、南方和海南島。宿主數(shù)據(jù)集包含676個(gè)α型和503個(gè)β型冠狀病毒序列，分別來(lái)自40種和29種蝙蝠。地理數(shù)據(jù)集包括652個(gè)α型和477個(gè)β型冠狀病毒序列，分別來(lái)自21個(gè)省和20個(gè)省。為避免樣本偏倚，作者還使用了每個(gè)宿主科或區(qū)域隨機(jī)選擇30個(gè)序列的子集進(jìn)行分析。

　　圖1. 在本研究中鑒定出RdRp冠狀病毒序列的樣本采集點(diǎn)的地理位置

　　祖先宿主和跨物種傳播

　　作者使用BEAST中的貝葉斯離散種群地理學(xué)方法重建了每個(gè)節(jié)點(diǎn)的祖先宿主，采用蝙蝠宿主科作為離散性狀。對(duì)中國(guó)α型冠狀病毒（CoVs）的系統(tǒng)發(fā)育重建表明，這些病毒的進(jìn)化起源于翅蝠科和耳蝠科。α-CoVs的第一個(gè)分支是隸屬于Rhinacovirus亞屬（L1），源自翅蝠科，并包括與HKU2-CoV和SADS-CoV相關(guān)的序列。隨后，多個(gè)支系（L2–L7）分別從耳蝠科蝙蝠中分化。β-CoVs的系統(tǒng)發(fā)育樹顯示，它們很可能起源于耳蝠科和果蝠科，分為四個(gè)主要譜系：Merbecovirus（C譜系）、Nobecovirus（D譜系）、Hibecovirus（E譜系）和Sarbecovirus（B譜系），其中SARS-CoV-2形成了Sarbecovirus譜系中的一個(gè)分支，并最接近來(lái)自馬來(lái)犁頭蝠（Rhinolophus malayanus和R. affinis）和馬來(lái)穿山甲的病毒。

　　圖2. 中國(guó)蝙蝠冠狀病毒RdRp序列的系統(tǒng)發(fā)育樹和祖先宿主重建

　　作者通過(guò)貝葉斯隨機(jī)搜索變量選擇（BSSVS）方法識(shí)別了蝙蝠科和屬之間的病毒宿主交換事件。結(jié)果顯示，α-CoVs和β-CoVs之間分別有九個(gè)和三個(gè)高度支持的科間宿主交換事件（BF > 10）。進(jìn)一步分析表明，α-CoVs的宿主交換速率（0.015次/單位時(shí)間）是β-CoVs（0.002次/單位時(shí)間）的七倍。

　　圖3. Sarbecovirus亞屬（β- cov）中蝙蝠源RdRp序列的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系

　　對(duì)于α-CoVs，翅蝠科和小翼蝠科的宿主交換事件比其他蝙蝠科更多，而翅蝠科是β-CoVs的最大供體科。作者還識(shí)別了18個(gè)α-CoVs和15個(gè)β-CoVs的屬間宿主交換事件，α-CoVs的宿主交換率（0.017次/單位時(shí)間）是β-CoVs（0.005次/單位時(shí)間）的三倍。

　　圖4. 根據(jù)RdRp序列分析推斷中國(guó)蝙蝠α -冠狀病毒和β -冠狀病毒的家族間宿主切換

　　圖5. 根據(jù)RdRp序列分析推斷，中國(guó)蝙蝠α -冠狀病毒和β -冠狀病毒屬間宿主切換

　　冠狀病毒在中國(guó)的時(shí)空分布

　　作者使用貝葉斯離散種群地理學(xué)模型，重建了冠狀病毒（CoVs）在中國(guó)的時(shí)空擴(kuò)散動(dòng)態(tài)。結(jié)果顯示，α-CoVs和β-CoVs分別有12條和5條顯著的擴(kuò)散路徑。α-CoVs的擴(kuò)散起源于中國(guó)西南（SW）和南方（SO）區(qū)域，之后擴(kuò)散至其他區(qū)域；β-CoVs則主要源自SO和SW，且多次擴(kuò)散到其他區(qū)域。α-CoVs的遷移事件發(fā)生頻率（0.037次/單位時(shí)間）比β-CoVs（0.01次/單位時(shí)間）高約四倍，SO區(qū)域在兩種CoVs的遷移事件中都起到了核心作用。

　　圖6. 從RdRp序列推斷冠狀病毒在中國(guó)的時(shí)空傳播

　　系統(tǒng)發(fā)育多樣性

　　作者計(jì)算了中國(guó)冠狀病毒（CoVs）系統(tǒng)發(fā)育多樣性的熱點(diǎn)區(qū)域，使用了平均系統(tǒng)發(fā)育距離（MPD）、最近物種距離（MNTD）及其標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)值（SES）。

　　圖7 .來(lái)自蝙蝠的α和β冠狀病毒的系統(tǒng)發(fā)育多樣性

　　結(jié)果表明，除了Hipposideridae科及部分屬的α-CoVs外，大多數(shù)蝙蝠科和屬的α-CoVs與β-CoVs都表現(xiàn)出顯著的系統(tǒng)發(fā)育聚類。β-CoVs在多樣性上低于α-CoVs，且具有較強(qiáng)的基線聚類，表明其宿主結(jié)構(gòu)效應(yīng)較強(qiáng)。CoVs在同一生物地理區(qū)的蝙蝠群體中顯示系統(tǒng)發(fā)育聚類，西南地區(qū)的α-CoVs進(jìn)化多樣性較高。蝙蝠物種豐富度與CoV多樣性關(guān)系不顯著，表明其他生態(tài)或生物地理因素可能影響CoV多樣性。

　　圖8. 蝙蝠宿主類群中冠狀病毒的系統(tǒng)發(fā)育轉(zhuǎn)換/分化

　　此外，CoVs在蝙蝠科間有較高的系統(tǒng)發(fā)育差異，尤其是Rhinolophidae科與其他科之間。西南和海南地區(qū)的CoVs表現(xiàn)出較深的進(jìn)化分化，具有顯著的獨(dú)特性。

　　圖9. 中國(guó)動(dòng)物地理區(qū)域間冠狀病毒的系統(tǒng)發(fā)育轉(zhuǎn)換/分化

　　曼特爾檢驗(yàn)

　　Mantel檢驗(yàn)顯示，α-CoVs的基因分化（FST）與地理距離矩陣之間存在顯著的正相關(guān)，無(wú)論是否包括省份；β-CoVs則僅在包含省份且少于四個(gè)病毒序列時(shí)，地理距離矩陣與基因分化之間存在顯著正相關(guān)，而在不包括省份的情況下無(wú)顯著性。此外，作者還發(fā)現(xiàn)，β-CoVs的基因分化（FST）與其宿主的系統(tǒng)發(fā)育距離矩陣之間存在顯著正相關(guān)，無(wú)論是否包括屬，但α-CoVs則未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。

　　總而言之，本研究確定了中國(guó)冠狀病毒（CoV）系統(tǒng)發(fā)育多樣性和多樣性中心的宿主分類和地理區(qū)域，為蝙蝠攜帶的冠狀病毒的靶向發(fā)現(xiàn)提供了策略，并有助于早期檢測(cè)蝙蝠冠狀病毒在家畜和人類中的爆發(fā)。建議未來(lái)的采樣應(yīng)集中在中國(guó)南方和西南部的CoV多樣性熱點(diǎn)，并擴(kuò)展到鄰近國(guó)家。由于這些地區(qū)具有亞熱帶氣候、人口密集和快速城市化等特點(diǎn)，它們可能促進(jìn)跨物種傳播和疾病發(fā)生。

　　同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，SARS-CoV-2的近親病毒出現(xiàn)在馬蹄蝙蝠中，強(qiáng)調(diào)了加強(qiáng)靶向采樣和發(fā)現(xiàn)新型CoV的必要性，尤其是在中國(guó)鄰國(guó)如緬甸、老撾和越南。α-CoVs在宿主轉(zhuǎn)換中的潛力較高，且具有較強(qiáng)的跨物種傳播能力，尤其是在SARS-CoV和SADS-CoV的爆發(fā)中表現(xiàn)明顯。因此，未來(lái)應(yīng)加大對(duì)α-CoV的采樣和研究，特別是對(duì)馬蹄蝙蝠、扇蝙蝠、大夜蝙蝠和小翼蝙蝠等蝙蝠屬的監(jiān)測(cè)，以評(píng)估其對(duì)人類或家畜的潛在風(fēng)險(xiǎn)。