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，造成全球約800人死亡，翅蝠屬蝙蝠被確認是其天然宿主。2016年，豬急性腹瀉綜合癥（SADS）冠狀病毒在廣東省暴發，來源于翅蝠屬蝙蝠。2019年，新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）爆發，引發COVID-19，與SARS-CoV關系密切，也起源于翅蝠屬蝙蝠。

　　蝙蝠被認為是SARS和MERS冠狀病毒的源頭，同時也是人類冠狀病毒NL63和229E的祖先來源。SARS-CoV-2的出現突顯了蝙蝠來源冠狀病毒對全球健康的重要性。中國是蝙蝠物種多樣性豐富的地區，擁有超過100種蝙蝠，其中許多是特有物種。然而，冠狀病毒在中國蝙蝠宿主中的進化和傳播機制仍然不完全了解。

　　2024年12月19日，中國科學院武漢病毒所石正麗等人在Nature Communications在線發表題為“Origin and cross-species transmission of bat coronaviruses in China”的研究論文，該研究使用貝葉斯統計框架以及來自中國的蝙蝠冠狀病毒（包括589條新型冠狀病毒序列）的龐大序列數據集，來研究它們的宏觀進化、跨物種傳播和擴散。研究發現，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，而β型冠狀病毒的宿主交換則更多受限于系統發育距離。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。作者的分析還識別出了中國冠狀病毒進化多樣性的熱點宿主類群和地理區域，這為菊頭蝠冠狀病毒的發現和積極的動物源性疾病監測提供了潛在的目標。最后，作者展示了一項系統發育分析，提出SARS-CoV-2可能起源于菊頭蝠屬的蝙蝠。

　　越來越多的研究表明，蝙蝠是SARS冠狀病毒和中東呼吸綜合癥（MERS）冠狀病毒的進化來源，并且也是人類冠狀病毒NL63和229E的祖先來源。SARS-CoV-2的出現進一步強調了蝙蝠來源冠狀病毒對全球健康的重要性，理解其來源和跨物種傳播機制是為應對大流行做準備的重中之重。

　　在本研究中，作者分析了來自中國各地的蝙蝠冠狀病毒序列的廣泛野外采樣數據集，旨在增進作者對冠狀病毒如何進化、多樣化、在蝙蝠科和屬之間流行及傳播的理解，以幫助識別那些冠狀病毒溢出風險較高的蝙蝠宿主和區域。

　　分類和地理抽樣

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

　　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方法重建了每個節點的祖先宿主，采用蝙蝠宿主科作為離散性狀。對中國α型冠狀病毒（CoVs）的系統發育重建表明，這些病毒的進化起源于翅蝠科和耳蝠科。α-CoVs的第一個分支是隸屬于Rhinacovirus亞屬（L1），源自翅蝠科，并包括與HKU2-CoV和SADS-CoV相關的序列。隨后，多個支系（L2–L7）分別從耳蝠科蝙蝠中分化。β-CoVs的系統發育樹顯示，它們很可能起源于耳蝠科和果蝠科，分為四個主要譜系：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譜系中的一個分支，并最接近來自馬來犁頭蝠（Rhinolophus malayanus和R. affinis）和馬來穿山甲的病毒。

　　圖2. 中國蝙蝠冠狀病毒RdRp序列的系統發育樹和祖先宿主重建

　　作者通過貝葉斯隨機搜索變量選擇（BSSVS）方法識別了蝙蝠科和屬之間的病毒宿主交換事件。結果顯示，α-CoVs和β-CoVs之間分別有九個和三個高度支持的科間宿主交換事件（BF > 10）。進一步分析表明，α-CoVs的宿主交換速率（0.015次/單位時間）是β-CoVs（0.002次/單位時間）的七倍。

　　圖3. Sarbecovirus亞屬（β- cov）中蝙蝠源RdRp序列的系統發育關系

　　對于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。作者還識別了18個α-CoVs和15個β-CoVs的屬間宿主交換事件，α-CoVs的宿主交換率（0.017次/單位時間）是β-CoVs（0.005次/單位時間）的三倍。

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

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

　　冠狀病毒在中國的時空分布

　　作者使用貝葉斯離散種群地理學模型，重建了冠狀病毒（CoVs）在中國的時空擴散動態。結果顯示，α-CoVs和β-CoVs分別有12條和5條顯著的擴散路徑。α-CoVs的擴散起源于中國西南（SW）和南方（SO）區域，之后擴散至其他區域；β-CoVs則主要源自SO和SW，且多次擴散到其他區域。α-CoVs的遷移事件發生頻率（0.037次/單位時間）比β-CoVs（0.01次/單位時間）高約四倍，SO區域在兩種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的時空傳播

　　系統發育多樣性

　　作者計算了中國冠狀病毒（CoVs）系統發育多樣性的熱點區域，使用了平均系統發育距離（MPD）、最近物種距離（MNTD）及其標準化效應值（SES）。

　　圖7 .來自蝙蝠的α和β冠狀病毒的系統發育多樣性

　　結果表明，除了Hipposideridae科及部分屬的α-CoVs外，大多數蝙蝠科和屬的α-CoVs與β-CoVs都表現出顯著的系統發育聚類。β-CoVs在多樣性上低于α-CoVs，且具有較強的基線聚類，表明其宿主結構效應較強。CoVs在同一生物地理區的蝙蝠群體中顯示系統發育聚類，西南地區的α-CoVs進化多樣性較高。蝙蝠物種豐富度與CoV多樣性關系不顯著，表明其他生態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發育轉換/分化

　　此外，CoVs在蝙蝠科間有較高的系統發育差異，尤其是Rhinolophidae科與其他科之間。西南和海南地區的CoVs表現出較深的進化分化，具有顯著的獨特性。

　　圖9. 中國動物地理區域間冠狀病毒的系統發育轉換/分化

　　曼特爾檢驗

　　Mantel檢驗顯示，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，無論是否包括省份；β-CoVs則僅在包含省份且少于四個病毒序列時，地理距離矩陣與基因分化之間存在顯著正相關，而在不包括省份的情況下無顯著性。此外，作者還發現，β-CoVs的基因分化（FST）與其宿主的系統發育距離矩陣之間存在顯著正相關，無論是否包括屬，但α-CoVs則未表現出顯著相關性。

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

　　同時研究發現，SARS-CoV-2的近親病毒出現在馬蹄蝙蝠中，強調了加強靶向采樣和發現新型CoV的必要性，尤其是在中國鄰國如緬甸、老撾和越南。α-CoVs在宿主轉換中的潛力較高，且具有較強的跨物種傳播能力，尤其是在SARS-CoV和SADS-CoV的爆發中表現明顯。因此，未來應加大對α-CoV的采樣和研究，特別是對馬蹄蝙蝠、扇蝙蝠、大夜蝙蝠和小翼蝙蝠等蝙蝠屬的監測，以評估其對人類或家畜的潛在風險。