Nature综述：病毒的跨物种传播和毒力的进化

（3）毒力进化的理论

题记：

当前给全人类造成重大危害的新冠病毒可能来源于蝙蝠。新冠病毒在实现从蝙蝠到人的跨物种传播后，其毒力会如何演变？

本文介绍的原理和方法可能为我们今后进一步思考和研究相关问题提供有益的启示。

(已发布该综述论文的1－3部分，未完待续） 

题目为《The phylogenomics of evolving virus virulence ( 病毒毒力的进化与系统基因组学 )》的综述论文于2018年12月发表在  Nature Reviews Genetics| volume 19:769-756  

毒力进化的理论

进化生物学家对毒力（virulence）的研究已经有很长一段时间了。

围绕这个主题有非常丰富的文献，我们在此提供一个简短的概述。

毒力进化的一个简单的解释是,自然选择将优化病原体的毒力水平，使其具有最大的适应性（fitness）,适应性表示为基本繁殖数(R0),尽管在实际上适应性取决于病原体与宿主之间复杂的相互作用。

当前的进化理论告诉我们，当一个病毒转移（ jumps）到一个新的宿主物种时，它的初始毒力可能从无症状到高致病性不等，而它在这个毒力谱上的确切位置很难预测。然而，如果了解了毒力和可传播性（ transmissibility）之间的关键关系，以及因此而产生的适应性，毒力进化的方向是有可能被预测的，至少在一定程度上是可以预测的。

重要的是，也有来自昆虫病毒的证据表明，宿主系统发育（phylogeny）能够预测跨越物种后毒力进化的某些方面，相关的宿主物种趋向于有相似的毒力水平。

一种常见的观点是，在毒力和传播能力之间经常存在一种进化上的权衡（trade- off），因为在一个宿主个体内病毒的复制是促进病毒在各个宿主间传播的必要条件，但也可能导致疾病，而且自然选择不可能同时选择所有的性状。在粘液瘤病毒MYXV的案例中，这种权衡被认为导致中等毒力具有选择性优势，较高的毒力可能意味着在病毒能在宿主间传播之前兔子宿主就已死亡，而较低的毒力也未被选择，因为它不会增加病毒的传播率。有人提出了一个类似的权衡模型来解释艾滋病病毒毒力的演变。

然而,有许多人质疑上述权衡模型的普遍适用性,病毒的适应性将受到除了毒力和传播能力之外的其他特性的影响，相反的结果也在实验研究中观察到，只有相对很少的人知道在自然界存在进化上的权衡。例如,在澳大利亚，当第二种病毒－－兔出血热病毒(RHDV)释放出来用作针对欧洲兔子的生物控制工具时，有证据表明该病毒的毒力随着时间增加,可能是因为经常通过以动物尸体为食的丽蝇（ blow flies ）出现病毒传播，能使宿主死亡成为受自然选择青睐的优点。

类似地，对植物RNA病毒的实验研究表明，高毒力并非必然妨碍对宿主的适应。在疟疾的案例中，已证明高毒力的疟原虫在宿主中具有竞争优势。

   除了进化上的权衡之外，其他因素也会影响一种新出现病毒的毒力水平。例如,单个宿主内“短视的（short- sighted）”毒力进化对宿主间的传播可能是有害的，新出现的溢出（ spillover）感染如果只经历了数量有限的传播事件，可能其毒力水平尚未被自然选择依据其传播能力进行优化。因此，对于溢出感染，正在发生的传播可能在很大程度上受随机漂移效应（ random drift effects）的支配，包括通常伴随此类事件而来的严重的种群瓶颈（population bottlenecks）。最后，毒力有时可能只是另一种性状选择或另一种物种传播选择的副产品。

因此，理论告诉我们，自然选择可以增加或减少病原体的毒力，这取决于宿主、病毒和环境之间的特定组合。虽然提供了一个有用的框架，但理论只能提供有用的概论，因为相关因素差别很大，需要根据具体案例进行评估。然而，如果了解其基因组基础，就可以更好地理解毒力进化。

相关博文：

Nature综述：病毒的跨物种传播和毒力的进化（1） 2020-03-05

Nature综述：病毒的跨物种传播和毒力的进化 （2） 2020-03-07

原文全文下载：

The phylogenomics of evolving virus virulence.pdf