蝠到福到：我們都誤會了這位飛行鄰居

五福臨門——福、祿、壽、喜、財。在諧音梗還不罰錢的年代，蝙蝠因與“福”諧音，是深受人們喜愛的祥瑞，衍生出一系列美好寓意的蝙蝠紋樣和吉祥話兒。不過，因為近幾年人畜共患病概念的普及，蝙蝠被許多人稱為“毒王”，形象一落千丈。新春送福之際，咱們來個“反向諧音”，聊一聊蝙蝠，看看這個小東西有何“魔力”。

撰文 | 黃新越、李慶超（山東師范大學(xué)）

蝙蝠有福

乾隆松石綠地礬紅彩云蝠紋葫蘆瓶，漫天的紅色蝙蝠寓意“洪福齊天”。丨圖源：故宮博物院

中國人自己的“Batman”：八仙之一張果老，據(jù)傳是“白蝙蝠精”丨圖源：《仙佛奇蹤》（明洪應(yīng)明）

洪“蝠”齊天 ——飛得高

蝙蝠是地球上唯一能夠真正持續(xù)飛行的哺乳動物（相比之下，鼯鼠僅能滑翔），它們的翅膀由演化成翼的前肢和薄膜狀的皮膚構(gòu)成。蝙蝠的翅膀比鳥類的翅膀薄得多，且由更多的骨頭組成。[1, 2]這種特殊的翅膀結(jié)構(gòu)使得蝙蝠在飛行時能夠靈活調(diào)整姿態(tài)，進行復(fù)雜的空中飛行活動，可在更廣闊的空間中尋找食物、有效地逃避天敵，還使其具有長途遷徙的能力（可跨越上千公里）。

飛行給蝙蝠帶來了極大的生存優(yōu)勢，但也消耗了大量能量。蝙蝠飛行時的代謝率是自身靜息時的20倍左右，可達到體重相近哺乳動物奔跑時代謝率的2.5~3倍[3]。高代謝率也使蝙蝠的體溫相對較高，與鳥類相似，在飛行中蝙蝠的體溫通常在41°C以上。

真的有“紅蝠”，圖中為分布于北美的赤蓬毛蝠（Lasiurus borealis）丨圖源：batcon.org/Bat Conservation International

“蝠”滿天下——種類多

北極星、彩虹、烏鴉、真愛和蝙蝠有什么共同點？——它們都常常被掛在人們的嘴邊，但感覺在現(xiàn)實中并不常見。

事實上，蝙蝠所屬的翼手目，是哺乳動物中僅次于嚙齒目動物的第二大類群。在所有已知的哺乳動物中，蝙蝠約占 20%，超過 1400種。它們分布極為廣泛，通常群居生活，棲息在樹葉、巖石裂縫和洞穴、中空的樹木等自然環(huán)境，也能適應(yīng)谷倉、房屋和橋梁等人造建筑。除極地、極端沙漠氣候和少數(shù)海洋島嶼外，各個大陸均有蝙蝠的蹤跡。蝙蝠在覓食類型（從昆蟲和花蜜到血液和魚）、體型、繁殖量和遷徙能力等方面展現(xiàn)出高度多樣性。因此，它們在自然界食物鏈中占據(jù)了多樣化的位置。同時，它們在植物授粉、種子傳播和控制昆蟲種群等方面發(fā)揮著重要的生態(tài)作用。

其實，蝙蝠遠比人們直覺中常見得多。從鄉(xiāng)村到城市，蝙蝠都是人類“不得見的街坊”。蝙蝠在各地習(xí)語中都有不同的叫法，比如燕么虎、壁婆、壁蝠，也有些地方就叫壁虎，反映了它們與人類的“親密”關(guān)系。

美國城市奧斯丁的國會大道橋下壯觀的蝙蝠群，超過百萬只蝙蝠在這個城市上空盤旋。丨圖源：congressbridgebats.com

“蝠”壽天成——壽命長

清·乾隆官制粉彩描金五福捧壽盤丨圖源：文化藝術(shù)報/whysb.org

蝙蝠具有小小的體型，異常高的代謝率，卻有很長的壽命。

人們很早就注意到哺乳動物的體型大小與壽命存在一定的關(guān)聯(lián)：越大的動物越長壽。1908 年，德國生理學(xué)家馬克斯·魯布納（Max Rubner）結(jié)合自己對代謝的研究，將其總結(jié)為“生存速率原則”（Rate-of-living theory）：體型越小，新陳代謝越快，其壽命越短。史蒂文·奧斯塔德（S. N. Austad）等人在1991年將其量化為“長壽商數(shù)”（Longevity Quotient，LQ）[4]。

LQ是“實際壽命”除以“預(yù)測壽命”的商。其中，預(yù)測壽命是通過觀察“非飛行真獸類”哺乳動物的壽命和體重關(guān)系，并進行回歸獲得的。排除飛行的蝙蝠（高壽）和有袋類哺乳動物（相對低壽）后，哺乳動物的平均LQ為1（實際壽命更長，LQ則大于1，反之則小于1）。這種方法抹平了體重對壽命的影響，可以在不同動物之間進行壽命的比較。以此計算，人的LQ為5.1，比人類LQ更高的哺乳動物只有19種，其中18 種是蝙蝠，還有一種是“抗衰老明星”裸鼴鼠。

以體型與實驗室小鼠差不多的鼠耳蝠為例：實驗室小鼠的壽命不超過4年，而鼠耳蝙蝠能活到37歲。據(jù)報道，一只于1964年戴上腳環(huán)并放歸自然的布氏鼠耳蝠，近42年后再次被捕捉到——相當(dāng)于人類生活了235年[5]。

相比于其他哺乳動物（黑點），蝙蝠的壽商（白點）更高。圖為630種哺乳動物的壽商丨圖源：參考文獻[6]

蝙蝠之道

“禍兮，福之所倚；福兮，禍之所伏”。在當(dāng)今社會，蝙蝠形象似乎不佳。不得不承認，蝙蝠確實是個“丑萌丑萌”的小東西，丑字大寫。西方文化中蝙蝠與吸血鬼掛鉤。事實上，在上千種蝙蝠中，吸血蝙蝠僅有三種：普通吸血蝠（Desmodus rotundus）、毛腿吸血蝠（Diphyllaecaudata）和白翅吸血蝠（Diphyllaecaudata）。盡管這種特性對人類來說有一定風(fēng)險，但這并不是它們真正的“危害”，讓蝙蝠口碑不佳的是它強大的“帶毒”能力。

“蝠”禍相依——帶“毒”多

蝙蝠是非常重要的天然病毒庫。人類已在蝙蝠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了七大類至少28個病毒科成員，最主要的病毒類型是冠狀病毒和彈狀病毒，各占總數(shù)的1/3；其中包含很多引起人高致死率的病毒：漢坦病毒、SARS冠狀病毒、狂犬病病毒、尼帕病毒、拉沙熱病毒、肝炎病毒、埃博拉病毒和馬爾堡病毒[7]。

研究表明，蝙蝠中冠狀病毒的種類多達91種，攜帶率為8.6%，遠遠高于非人靈長類的0.12%和嚙齒類動物的0.32%。目前已知的感染人的冠狀病毒有七種，三種可以引起人嚴重疾病的冠狀病毒，包括傳染性非典型肺炎病毒（SARS-CoV-1）、中東呼吸綜合征冠狀病毒（MERS-CoV）和疫情期間流行的新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）。證據(jù)表明，SARS冠狀病毒和MERS冠狀病毒的天然宿主都是蝙蝠，新冠病毒的天然宿主也極大可能是蝙蝠[8]。它們可能直接感染人或者通過中間宿主感染人，SARS冠狀病毒是由果子貍作為中間宿主感染人的，MERS冠狀病毒則是由單峰駱駝傳染給人的[9]；與新冠病毒最接近的蝙蝠冠狀病毒，兩者相似度達到96%。

冠狀病毒的種內(nèi)及種間傳播：三次冠狀病毒爆發(fā)均指向蝙蝠這一自然宿主。實線為已證實的傳播途徑，虛線為疑似傳播途徑。圖源：改編自參考文獻[10]

絕大多數(shù)蝙蝠病毒并不能傳染給人。個別蝙蝠病毒具備傳染人的能力，可能的傳播途徑有：接觸蝙蝠體液（血液、唾液、尿液、糞便）、中間宿主、環(huán)境暴露，以及吸血節(jié)肢動物造成的蟲媒傳播。當(dāng)這些病毒通過中間宿主（例如果子貍、駱駝等）傳播給人類或其他動物時，就可能引發(fā)嚴重的疾病。

為何蝙蝠能成為非常重要的天然病毒儲存宿主？這與其獨特的生態(tài)特征和生理機制密切相關(guān)。

首先是飛行。蝙蝠具有較強的飛行能力，活動范圍廣泛，同時以群居生活，還有多樣化食物鏈的特性，這些特點使其可以接觸大量的病毒來源，為病毒跨物種傳播創(chuàng)造了有利條件。而且蝙蝠具有較高的體溫。高體溫溫環(huán)境相當(dāng)于“發(fā)燒”，這本來對于許多病毒來說并不友好，因為它們需要特定的溫度范圍才能存活，升高的體溫會對病毒復(fù)制形成抑制作用，從而限制了病毒的致病性[11]。然而，如果病毒適應(yīng)了蝙蝠的高體溫，跨物種傳播后可能表現(xiàn)為更強的致病性——煉丹爐里蹦出來的猴子果然不一樣了。

長壽是另一個因素。蝙蝠本身壽命比較長，使病毒能夠在宿主體內(nèi)長期共存和演化，而不必迅速導(dǎo)致宿主死亡。與之相應(yīng)的，蝙蝠進化出了一套具有高度耐受性的免疫系統(tǒng)。其免疫反應(yīng)往往能夠有效抑制病毒復(fù)制，但又避免過度炎癥反應(yīng)，從而使蝙蝠能夠攜帶多種病毒而不出現(xiàn)明顯感染癥狀。

不足者補之——超強的DNA修復(fù)能力

從理論上講，飛行的高代謝需求可能導(dǎo)致一系列副作用，例如很多活性氧的產(chǎn)生、更多DNA損傷發(fā)生和其他會觸發(fā)炎癥激活的危險信號的釋放等。因此，對飛行的適應(yīng)也表現(xiàn)為對上述副作用的抑制機制。

利用比較基因組學(xué)的方法對蝙蝠免疫系統(tǒng)進行更深入的研究后，研究人員獲得了一些重要發(fā)現(xiàn)。通過對兩種遠親蝙蝠（Pteropus alecto和Myotis davidii）的基因組進行測序，研究人員發(fā)現(xiàn)負責(zé)DNA損傷檢查點和修復(fù)途徑的基因似乎正在經(jīng)歷加速的正選擇（這意味著這些基因中的有益突變被自然選擇青睞并保留下來，因為它們能提高生物的適應(yīng)性）[12]。這些基因的改變可能有利于DNA的修復(fù)，以適應(yīng)長時間劇烈飛行過程中氧化應(yīng)激導(dǎo)致的DNA損傷[13]。由于飛行導(dǎo)致的DNA損傷與病毒感染引起的具有一定相似性，因此這種用于處理飛行引起的細胞損傷的DNA修復(fù)機制，可能也對蝙蝠抵抗病毒感染有所幫助。

柔弱者生之徒——減弱炎癥

“兵強則滅，木強則折”，硬剛并不總是最優(yōu)解。

機體天然免疫系統(tǒng)是通過分子模式識別受體（Pattern Recognition Receptors）識別分子模式的方式來感知微生物感染或自身損傷的。這種識別方式可以達到“一種”受體識別“一類”危險信號，以兼顧廣譜與特異性的方式來啟動天然免疫反應(yīng)。例如，DNA是遺傳信息的載體，它應(yīng)該好好待在細胞核里，如果出現(xiàn)在細胞質(zhì)中，就是一種典型的危險信號：胞質(zhì)DNA的存在可能代表著自身核基因的不穩(wěn)定和DNA外泄，或者DNA病毒的感染。

細胞內(nèi)的cGAS或者AIM2受體蛋白可以通過識別結(jié)合胞質(zhì)DNA的方式分別激活下游信號通路。cGAS最終激活干擾素（IFN）的表達和釋放，使細胞進入抗病毒天然免疫反應(yīng)狀態(tài)。而AIM2最終激活炎癥小體，引發(fā)IL-1β釋放，通過炎癥反應(yīng)清除異常細胞或達到抗病毒目的。

正所謂“兵者，國之大事”，又所謂“傷敵一千，自損八百”。抗感染免疫也會帶來免疫損傷，免疫系統(tǒng)的激活需要受到嚴格的調(diào)控。蝙蝠飛行帶來的損傷理論上會造成更多的炎癥，但它進化出一系列適應(yīng)性措施抑制炎癥過度發(fā)生，避免免疫系統(tǒng)造成過多傷害。這種抑制炎癥的能力反而幫助蝙蝠與病毒“和平共處”。蝙蝠感染病毒后機體的炎癥反應(yīng)更弱，更弱的炎癥可以減輕免疫系統(tǒng)“硬剛”病毒過程中給機體帶來的損傷。

例如，蝙蝠的STING結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，功能受到抑制。STING 是cGAS的下游信號分子，是啟動干擾素（IFN）表達所必須的。此外，蝙蝠體內(nèi)NLRP3的表達受到抑制，自身活性也較弱[14]。NLRP3是識別各種細胞應(yīng)激和病原體入侵、激活炎癥小體的關(guān)鍵模式識別受體。更“絕”的是，蝙蝠將整個參與先天免疫的PYHIN基因家族（包括AIM2）都舍棄了[15]。如此種種，使蝙蝠的天然免疫反應(yīng)激活過程更加溫和，避免了過多的免疫損傷，從而實現(xiàn)對蝙蝠機體的保護。[16, 17]

獨特的蝙蝠天然免疫系統(tǒng)

A．在人類或小鼠中，RNA 病毒、危險信號或細胞內(nèi)雙鏈 DNA激活 NLRP3 或 AIM2 等模式識別受體 (PRR) ，進而激活炎癥小體，引發(fā)細胞焦亡和 IL-1β 分泌。B. 相比之下，蝙蝠的 NLRP3 轉(zhuǎn)錄啟動減弱 (1) 且功能降低 (2)，PYHIN（包括 AIM2）缺失 (3)，caspase-1 活性降低 (4) 和/或 IL-1β 裂解減少 (5)，從而導(dǎo)致炎癥水平總體減輕。圖源：參考文獻[18]

蝙蝠擁有多種機制，在強化宿主防御反應(yīng)和免疫耐受之間實現(xiàn)了良好的動態(tài)平衡。一方面，蝙蝠的免疫系統(tǒng)具有增強的免疫防御機制，能夠迅速識別并清除大部分入侵的病毒；另一方面，對于一些難以清除的病毒，蝙蝠的免疫系統(tǒng)則選擇與其“和諧相處”，通過獨特的耐受機制，避免發(fā)生過度的免疫反應(yīng)造成自身受損。這種平衡使得蝙蝠能在攜帶多種病毒的同時保持健康，成為自然界中的“超級病毒儲庫”。

蝙蝠在免疫防御和免疫耐受之間的獨特平衡。蝙蝠通過STING信號通路減弱以及炎癥小體通路（例如NLRP3信號通路減弱、PYHIN蛋白缺失以及下游IL-1β信號通路減弱）的抑制，有助于蝙蝠的免疫耐受。與此同時，蝙蝠也具備增強的宿主防御反應(yīng)，包括干擾素（IFN）和干擾素刺激基因（ISG）的組成型表達、熱休克蛋白（HSP）表達增加、外排泵ABCB1的基礎(chǔ)表達水平升高以及自噬增強。參考文獻[18]

結(jié)語

由于幾年前疫情的原因，人們更加關(guān)注蝙蝠，了解到它們是引起嚴重新發(fā)傳染病的各種病毒的天然宿主，近期尼帕病毒疫情再度使蝙蝠進入大眾視野。需要補充的是，造成蝙蝠成為“病毒庫”而被廣泛關(guān)注的原因還有一個：研究的偏好性。與其他動物相比，更多的研究關(guān)注于蝙蝠，造成蝙蝠病毒組的證據(jù)更多。蝙蝠、嚙齒動物和靈長類動物攜帶的人畜共患病毒都明顯多于其他哺乳動物群體，但三者差異不明顯[19]。這也是目前蝙蝠是否是主要的病毒儲庫的爭議之處。

不論如何，蝙蝠所攜帶的許多病毒，如果不首先經(jīng)歷自然演化過程，通常不會感染人類。也就是說，蝙蝠攜帶的是祖先病毒，而不是引起人類疾病的直接病原體[20-22]。因此，我們應(yīng)該更科學(xué)、更客觀地認識蝙蝠在人畜共患疾病暴發(fā)及其在各種生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用，注意保護其自然棲息地，減少人為干擾，以防止從蝙蝠體內(nèi)外溢后突變產(chǎn)生的傳染性病原體與人類的接觸。此外，深入研究蝙蝠的免疫耐受機制將為預(yù)測和控制人畜共患病毒溢出事件，開發(fā)抗衰老和抗癌策略以及治療人類炎癥性疾病提供重要啟示。蝙蝠研究對“同一健康”理念具有關(guān)鍵價值。

所以，拜托這些丑萌的小東西幫我們把福送來，把病帶走！

參考文獻

[1] Brown University (2007). "Bats in Flight Reveal Unexpected Aerodynamics". ScienceDaily. Retrieved 31 October 2017.

[2] Riskin, D. K.; Bergou, A.; Breuer, K. S.; Swartz, S. M. (2012). "Upstroke wing flexion and the inertial cost of bat flight". Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 279 (1740): 2945-2950.

[3] Maina, J. N. What it Takes to Fly: The Structural and Functional Respiratory Refinements in Birds and Bats. J. Exp. Biol. 203, 3045–3064 (2000).

[4] Austad, S. N.; Fischer, K. E. (1 March 1991). "Mammalian Aging, Metabolism, and Ecology: cnd Marsupials". Journal of Gerontology. 46 (2): B47 – B53. doi:10.1093/geronj/46.2.B47. PMID 1997563.

[5] https://education.cosmosmagazine.com/cosmos-magazine-live-fast-die-last/

[6] Austad SN. Methusaleh's Zoo: how nature provides us with clues for extending human health span. J Comp Pathol. 2010 Jan;142 Suppl 1(Suppl 1):S10-21. doi: 10.1016/j.jcpa.2009.10.024. Epub 2009 Dec 4. PMID: 19962715; PMCID: PMC3535457.

[7] Brook, C. E. & Dobson, A. P. Bats as ‘special’ reservoirs for emerging zoonotic pathogens. Trends in microbiology 23, 172-180 (2015).

[8] SARS-CoV-2's origin should be investigated worldwide for pandemic prevention

[9] Wu, Zhiqiang et al. The Lancet, Volume 398, Issue 10308, 1299 - 130

[10] Anthony, S. J. et al. Global patterns in coronavirus diversity. Virus evolution 3, vex012 (2017).

[11] Su, S., Wong, G., Shi, W., Liu, J., Lai, A.C.K., Zhou, J., Liu, W., Bi, Y., and Gao, G.F. (2016). Epidemiology, Genetic Recombination, and Pathogenesis of Coronaviruses. Trends Microbiol. 24, 490–502. https://doi.org/10.1016/j.tim.2016.03.003

[12] CANALE C I，HENRY P Y. Energetic costs of the immune response and torpor use in a primate［J］. Funct Ecol，2011，25（3）：557-565. DOI：10. 1111/ j. 1365-2435. 2010. 01815. x.

[13] Zhang, G., Cowled, C., Shi, Z., Huang, Z., BishopLilly, K.A., Fang, X., Wynne, J.W., Xiong, Z., Baker, M.L., Zhao, W., et al. (2013). Comparative analysis of bat genomes provides insight into the evolution of flight and immunity. Science 339, 456–460. https://doi.org/10.1126/science. 1230835.

[14] Barzilai, A., Rotman, G., and Shiloh, Y. (2002). ATM deficiency and oxidative stress: a new dimension of defective response to DNA damage. DNA Repair 1, 3–25. https://doi.org/10. 1016/S1568-7864(01)00007-6.

[15] Ahn, M. et al. Dampened NLRP3-mediated inflammation in bats and implications for a special viral reservoir host. Nat. Microbiol. 4, 789-799 (2019).

[16] Ahn, M., Cui, J., Irving, A. T. & Wang, L. F. Unique loss of the PYHIN gene family in bats amongst mammals: implications for inflammasome sensing. Sci. Rep. 6, 21722 (2016).

[17] Xie, J., Li, Y., Shen, X., Goh, G., Zhu, Y., Cui, J., Wang, L.F., Shi, Z.L., and Zhou, P. (2018). Dampened STING-dependent interferon activation in bats. Cell Host Microbe. 23, 297–301.e4. https://doi.org/10.1016/j.chom.2018.01. 006

[18] Ahn, M., Cui, J., Irving, A.T., and Wang, L.F. (2016). Unique loss of the PYHIN gene family in bats amongst mammals: implications for inflammasome sensing. Sci. Rep. 6, 21722–21727. https://doi.org/10.1038/srep21722.

[19] Irving, A. T., Ahn, M., Goh, G., Anderson, D. E., & Wang, L. F. (2021). Lessons from the host defences of bats, a unique viral reservoir. Nature, 589(7842), 363–370. https://doi.org/10.1038/s41586-020-03128-0

[20] Olival, Kevin J.; Weekley, Cristin C.; Daszak, Peter (2015). "Are Bats Really 'Special' as Viral Reservoirs? What We Know and Need to Know". Bats and Viruses. pp. 281–294. doi:10.1002/9781118818824.ch11. ISBN 978-1118818824.

[21] Forni, D., Cagliani, R., Clerici, M., and Sironi, M. (2017). Molecular evolution of human coronavirus genomes. Trends Microbiol. 25, 35–48. https://doi.org/10.1016/j.tim.2016.09.001.

[22] Clayton, E., and Munir, M. (2020). Fundamental characteristics of bat interferon systems. Front. Cell. Infect. Microbiol. 10, 527921. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.527921.

[23] Latinne, A., Hu, B., Olival, K.J., Zhu, G., Zhang, L., Li, H., Chmura, A.A., Field, H.E., ZambranaTorrelio, C., Epstein, J.H., et al. (2020). Origin and cross-species transmission of bat coronaviruses in China. Nat. Commun. 11, 4235. https://doi.org/10.1038/s41467-020-17687-3.

注：本文封面圖片來自版權(quán)圖庫，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛。

特 別 提 示

1. 進入『返樸』微信公眾號底部菜單“精品專欄“，可查閱不同主題系列科普文章。

2.『返樸』提供按月檢索文章功能。關(guān)注公眾號，回復(fù)四位數(shù)組成的年份+月份，如“1903”，可獲取2019年3月的文章索引，以此類推。

3. 歡迎投稿！郵箱：fanpusci@163.com ，如有參考文獻請附文末。稿件合適會盡快聯(lián)系！

版權(quán)說明：歡迎個人轉(zhuǎn)發(fā)，任何形式的媒體或機構(gòu)未經(jīng)授權(quán)，不得轉(zhuǎn)載和摘編。轉(zhuǎn)載授權(quán)請在「返樸」微信公眾號內(nèi)聯(lián)系后臺。