冠狀病毒的生存環境分析-關于有效防治的思考

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綜述

人類冠狀病毒在環境中生存能力以及對新型消毒劑研發帶來的影響

冠狀病毒科,一種有包膜的RNA病毒科,尤其是人類冠狀病毒(HCoV),一直以來被認為是導致大部分普通感冒和其他上呼吸道感染的原因。HCoV可涉及更嚴重的呼吸道疾病,如支氣管炎、細支氣管炎或肺炎,特別是兒童和新生兒、老年人和免疫抑制患者。盡管冠狀病毒被公認為脆弱的包膜病毒,但冠狀病毒的有一個有趣的特征是它們潛在的在環境中的生存能力。事實上,一些研究已經描述了HCoVs(i.e. HCoV 229E, HCoV OC43 , NL63, HKU1 or SARS-CoV)在不同環境條件下(如溫度和濕度)、在醫院環境中(如鋁、無菌海綿或乳膠手術手套或生物液體中)的不同載體上的生存能力。本文綜述了目前關于人類冠狀病毒在環境中生存能力的研究,以及一些消毒劑對人類冠狀病毒的作用,重點介紹了評價新型抗菌消毒劑對病毒活性的新方法。

01. 簡介

2002-2003年,新發現了一種冠狀病毒SARS- cov (SARS相關冠狀病毒),SARS(嚴重急性呼吸系統綜合癥)在全球范圍內的流行,加強了人們對冠狀病毒科的興趣。人類冠狀病毒229E和OC43 (HCoV 229E和OC43)以前已經被認為是引起輕度上呼吸道感染和上呼吸道疾病的原因。此后,該家族又發現了兩名成員(HCoV HUK1和NL63),而且HCoVs也參與了更嚴重的呼吸道感染。此外,這些病毒表現出一種環境抗性,增加了它們通過表面、手等在受污染的宿主之間傳播的可能性。

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02. 流行病學和冠狀病毒對人類的影響

2.1 人類冠狀病毒(SARS冠狀病毒除外)
2.1.1 呼吸道疾病
HCoV 229E和HCoV OC43(現在稱為β冠狀病毒1)是第一個被確認的人類冠狀病毒。自60年代末以來,他們被認為是造成上呼吸道感染和輕微呼吸道感染的原因,如普通感冒。如果感染了HCoV NL63,可能會導致更嚴重的下呼吸道疾病,如支氣管炎,細支氣管炎或肺炎或累及臀部。這些感染主要涉及新生兒或嬰兒、老年人或免疫抑制患者等體弱患者。他們也涉及醫療相關感染,特別是在新生兒科。
2.1.2 冠狀病毒導致的其它疾病
HCoVs可能導致消化功能障礙。它們與新生兒壞死性小腸結腸炎有關,腹瀉或其他胃腸道癥狀已被證明與冠狀病毒感染有關。

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2.2 一種高致病性冠狀病毒:SARS相關冠狀病毒。
SARS-CoV引起的疫情是21世紀全球范圍內的第一次疫情。它始于2002年11月的中國廣東省,短短幾個月內就傳播到世界各地。SARS-CoV受體,即血管緊張素轉換酶ACE-2,不僅存在于肺部,也存在于胃腸道。通過呼吸飛沫在較近距離傳播。然而,直接或間接接觸呼吸道分泌物、糞便或動物載體也可能導致傳播,至少在某些情況下是這樣

2.3 冠狀病毒的進化能力
除了這些致病特性外,冠狀病毒還通過其跨物種傳播能力對人類構成另一種威脅。這可能是HCoV OC43從牛冠狀病毒進化而來的結果,而牛冠狀病毒是造成牛腸胃感染的罪魁禍首。

2.4 疫苗與治療

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03.人類冠狀病毒(HCoVs) ,有包膜的病毒,并非那么脆弱

在本節中,我們將重點介紹冠狀病毒在不同條件下的生存能力,盡管它們是有包膜包裹的病毒。這些知識對于更好地了解病毒傳播和交叉感染的可能性以及制定適當的感染控制措施至關重要。

盡管這篇綜述專門針對人類冠狀病毒,但一些關于小鼠肝炎病毒(MHV)和傳染性胃腸炎病毒(TGEV)(現在稱為α冠狀病毒1)的數據被記錄在這里,因為它們曾被用作SARS-CoV的替代物。

3.1 在不同濕度和溫度下的生存
一項研究比較了HCoV 229E和無包膜病毒(1型脊髓灰質炎病毒)在不同溫度和濕度條件下的存活率。結果見表1。

表1


上圖表1 HCoV 229E和1型脊髓灰質炎病毒在不同溫度和濕度條件下的存活率不同
在20℃時,霧化的HCoV 229E在50%的相對濕度下比在30%的相對濕度下更能存活。事實上,在6天后仍能檢測到原感染病毒的近20%。高相對濕度似乎對病毒不利,除非溫度下降到6°C。在這個溫度下,無論相對濕度多大,HCoV 229E的存活率都顯著提高。這種在高相對濕度和低溫度下的存活率提高可以解釋冠狀病毒在冬季的傳播。相對濕度為30%和50%時,HCoV 229E存活率明顯高于1型脊髓灰質炎病毒。

還測定了SARS-CoV對溫度的敏感性。病毒暴露于56°C的溫度下30分鐘后,病毒滴度降低到無法檢測的水平,除非SARS-CoV與蛋白質有關,如20%胎牛血清(FCS),這為病毒提供了保護。

3.2 在懸液和干燥條件下的生存
Rabenau等對不同病毒(SARS-CoV、HCoV 229E、1型單純皰疹病毒(HSV-1)和3型腺病毒)在懸液和干燥后的穩定性進行了比較研究。在有10% FC(小牛血清)和無10% FCS的培養基中,HCoV 229E在9天內逐漸喪失感染性,這與之前的研究一致。包括SARS-CoV在內的其他三種病毒的感染滴度在有和沒有蛋白質的情況下在9天內保持穩定。腺病毒是最穩定的病毒,因為它在實驗的九天內保持了它的傳染性。

其他一些研究證實了這些結果。根據不同的條件,SARS-CoV被證明在不同的材料上干燥或在水中稀釋后仍能存活,只有在72至96小時后傳染性才會下降。然而,如果將其沉積在棉花或紙張等多孔表面,則可更快地降低其感染性。

因此,在椅子、電梯、電腦鼠標等不同的環境樣本中發現了SARS-CoV的RNA,這可能導致了未直接接觸SARS患者的衛生保健工作者受到污染。

最近的一項研究表明,水和污水參與了SARS-CoV的傳播,糞便污染的水應被視為潛在的傳播媒介。

3.3 pH條件對冠狀病毒存活的影響
一些冠狀病毒對pH值變化的敏感性已經得到證實。HCoV 229E、MHV、TGEV和犬冠狀病毒在弱酸性pH(6 – 6.5)條件下比堿性pH(8)條件下更穩定。

3.4 在生物液體中的生存
如前所述,HCoVs在呼吸道分泌物中排泄,但也存在于其他生物液體,如糞便中。了解和理解病毒存活對于評估病毒的傳播途和傳播風險是關鍵所在。

已經對SARS-CoV進行了研究,發現它在痰、血清和糞便中至少存活96小時。但若將其懸浮于尿中,則其傳染性較低。

04.還有改進空間的消毒劑(皮膚消毒劑和物表消毒劑)

4.2 什么是消毒劑?我們如何評估其消毒效能?
4.3 消毒劑抗病毒效能評價的重要參數
4.3.1 中和步驟和接觸時間
4.3.2 各種不同的檢測方法
4.4 國際標準化檢測方法
消毒劑檢測的挑戰之一是標準化,以獲得有價值和可比較的結果。下一節將對此進行說明,即使關于消毒劑對HCoVs的活性的結果大體上是一致的,它們仍然很難進行比較。因此,制定標準來測試這些殺病毒活性是非常重要的。

迄今為止,只有一項歐洲標準(NF EN 14476+A1)公布了在醫學中進行抗病毒消毒劑活性檢測的方法。根據本標準,如果一個產品在準確的接觸時間內導致至少4 log10的病毒滴度的降低,則認為該產品具有消毒劑的抗病毒活性。在美國,主要標準與歐洲標準比較接近,但它規定了3 log10的評判標準。
4.4 HCoVs對消毒劑的敏感性

4.5.1 “經典”HCoVs(除了SARS-CoV)對消毒劑的敏感性
Sattar等人的一項研究評估了15種不同化學家族的消毒劑對四種不同病毒的效力:兩種非包膜病毒(b型柯薩奇病毒和5型腺病毒)和兩種包膜病毒(HCoV 229E和3型副流感病毒)。為了達到這一目的,病毒接種物被懸浮在糞便或粘蛋白中,以模擬有機物,然后放在不銹鋼盤上晾干。接觸時間為1分鐘,殺病毒效力標準為降低病毒滴度3 log10。結果見表2(下圖,點擊可放大)。

表2-01的副本
表2-02的副本

 
這項研究強調了這樣一個事實,即包膜病毒比非包膜病毒對消毒劑的作用更敏感,盡管每個組的敏感性存在差異。然而,包膜病毒并不是那么脆弱,不是每一種消毒劑都能滅活包膜病毒。

Kariwa等人在SARS-CoV上也證實了這一結果,他們用懸液法試驗,接觸時間為1分鐘和2分鐘,測試了聚維酮碘的不同配方。通過添加硫代硫酸鈉,實現了化學中和步驟。所有配方均在接觸2分鐘后將病毒感染性降低至可檢測水平以下,用70%的乙醇接觸時間1分鐘也能得到同樣的結果。

研究表明,氯己定的抗HCoV活性依賴于時間與濃度,僅在接觸時間為60分鐘后可使HCoV 229E降低3 log10(圖1a)。這樣的殺HCoV 229E水平達不到消毒要求。已脒定對HCoV 229E無任何作用。另一個研究關注的是calixarenic 化合物對HCoV 229E殺滅水平,這兩種化合物是tetra-para-sulfonato-calix[4]arene (C[4]S) 和 the 1,3-bis(bithiazolyl)-tetra-para-sulfonato-calix[4]arene (C[4]S-BTZ)。這些分子比較有吸引力,因為它們沒有表現出任何細胞毒性。而且,C[4]S-BTZ的殺HCoV 229E活性與氯己定相當,甚至更好。事實上,它的活性在5分鐘的接觸時間內降低了近3個log10的病毒滴度(圖1b)。

Figure 1-01
Figure 1-02

上圖圖1. 氯已定和環芳烴對HCoV 229E 的殺滅效果

環芳烴為:1,3-bis(bithiazolyl)-tetra-para-sulfonatocalix[4]arene

注:粗黑線為歐盟殺病毒滴度降低的對數值為4
4.5.2 SARS-CoV對消毒劑的敏感性

Rabenau等人使用不同有機負荷(白蛋白、小牛血清或綿羊紅細胞)的懸浮液進行了一項研究,并遵循了歐洲標準的建議。大多數測試的酒精溶液(異丙醇或乙醇)已被證明可以在30秒內降低> 4 log10的病毒滴度,無論添加多少有機負荷??疾炝巳N表面及儀器消毒劑(一種以苯扎氯銨和十二烷基胺為基礎;一種以苯扎氯銨、戊二醛和二癸基二氯銨為基礎;還有一種基于單酞酸鎂)。接觸時間為30和60分鐘,仍然符合歐洲標準。所有消毒劑滅活SARS-CoV,不管有機負荷的類型,均使其低于檢測限度(降低對數值3.25 log10)。該研究小組對不同消毒劑的SARS-CoV病毒殺滅活性進行了評估,這些消毒劑分別是醇類(丙醇,用于手部消毒的乙醇)、醛類(甲醛,戊二醛)、葡萄糖原蛋白和葡萄酒醋。結果見表3(下圖)。

表3


上圖表3 通過懸液法試驗,研究了不同手消毒劑配方和表面消毒劑對SARS-CoV的抗病毒活性
最近,一項研究使用MHV和TGEV作為SARS-CoV的替代物。通過在不銹鋼表面的載體試驗和化學中和步驟,評價了六種不同配方的抗SARS-CoV效果。療效標準是接觸1分鐘后病毒滴度降低3 log10。結果見表4(下圖)。

表4


上圖表4 用載體試驗方法檢測不同的手消毒劑和表面消毒劑對MHV和TGEV的抗病毒活性,MHV和TGEV作為SARS-CoV的替代物
本研究揭示的另一個重要問題是,漂白劑,一種廣泛使用的消毒劑,當按制造商規定的1:100(0.06%)稀釋使用時,效果不佳。

05. 結論

與SARS-CoV相比,這四種HCoVs 229E、OC43、NL63和HKU1可引起輕微的呼吸道疾病,但這些感染因子涉及10 – 20%患有呼吸道疾病的兒童和免疫缺陷成人,它們還涉及院內感染。此外,盡管SARS流行已得到控制,但仍有可能重新出現SARS-CoV或出現另一種人畜共患菌株。

除了缺乏特定的治療和疫苗,目前已知的HCoVs表現出明顯的環境抗性。它們在不同的生物液體如呼吸道分泌物或糞便中存活已經得到證實。此外,一些參數如低溫高相對濕度的穩定作用或有機物的保護作用等,似乎也有利于HCoVs的穩定。在制定消毒策略時,應仔細考慮這種保護作用。事實上,這往往需要用到更高的數量和/或濃度的消毒劑,因此具有更高的毒性。因此,一個有效的消毒過程應該包括一個清潔步驟,以去除這些有機物。古老而著名的消毒原則——只有清潔的東西才能有效消毒——仍然很有價值。

如此看來,在家中配置空氣凈化器和除濕機,是有必要的,而在外,必須佩戴口罩。

希望這次瘟疫能盡快過去,還中國人民健康安樂。

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