人类冠状病毒在环境中生存能力以及对新型消毒剂研发带来的影响(中文版简版)

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综述

人类冠状病毒在环境中生存能力以及对新型消毒剂研发带来的影响

冠状病毒科,一种有包膜的RNA病毒科,尤其是人类冠状病毒(HCoV),一直以来被认为是导致大部分普通感冒和其他上呼吸道感染的原因。HCoV可涉及更严重的呼吸道疾病,如支气管炎、细支气管炎或肺炎,特别是儿童和新生儿、老年人和免疫抑制患者。尽管冠状病毒被公认为脆弱的包膜病毒,但冠状病毒的有一个有趣的特征是它们潜在的在环境中的生存能力。事实上,一些研究已经描述了HCoVs(i.e. HCoV 229E, HCoV OC43 , NL63, HKU1 or SARS-CoV)在不同环境条件下(如温度和湿度)、在医院环境中(如铝、无菌海绵或乳胶手术手套或生物液体中)的不同载体上的生存能力。本文综述了目前关于人类冠状病毒在环境中生存能力的研究,以及一些消毒剂对人类冠状病毒的作用,重点介绍了评价新型抗菌消毒剂对病毒活性的新方法。

 

01. 简介

2002-2003年,新发现了一种冠状病毒SARS- cov (SARS相关冠状病毒),SARS(严重急性呼吸系统综合症)在全球范围内的流行,加强了人们对冠状病毒科的兴趣。人类冠状病毒229E和OC43 (HCoV 229E和OC43)以前已经被认为是引起轻度上呼吸道感染和上呼吸道疾病的原因。此后,该家族又发现了两名成员(HCoV HUK1和NL63),而且HCoVs也参与了更严重的呼吸道感染。此外,这些病毒表现出一种环境抗性,增加了它们通过表面、手等在受污染的宿主之间传播的可能性。

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02. 流行病学和冠状病毒对人类的影响

2.1 人类冠状病毒(SARS冠状病毒除外)
2.1.1 呼吸道疾病
HCoV 229E和HCoV OC43(现在称为β冠状病毒1)是第一个被确认的人类冠状病毒。自60年代末以来,他们被认为是造成上呼吸道感染和轻微呼吸道感染的原因,如普通感冒。如果感染了HCoV NL63,可能会导致更严重的下呼吸道疾病,如支气管炎,细支气管炎或肺炎或累及臀部。这些感染主要涉及新生儿或婴儿、老年人或免疫抑制患者等体弱患者。他们也涉及医疗相关感染,特别是在新生儿科。
2.1.2 冠状病毒导致的其它疾病
HCoVs可能导致消化功能障碍。它们与新生儿坏死性小肠结肠炎有关,腹泻或其他胃肠道症状已被证明与冠状病毒感染有关。

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2.2 一种高致病性冠状病毒:SARS相关冠状病毒。
SARS-CoV引起的疫情是21世纪全球范围内的第一次疫情。它始于2002年11月的中国广东省,短短几个月内就传播到世界各地。SARS-CoV受体,即血管紧张素转换酶ACE-2,不仅存在于肺部,也存在于胃肠道。通过呼吸飞沫在较近距离传播。然而,直接或间接接触呼吸道分泌物、粪便或动物载体也可能导致传播,至少在某些情况下是这样

 

2.3 冠状病毒的进化能力
除了这些致病特性外,冠状病毒还通过其跨物种传播能力对人类构成另一种威胁。这可能是HCoV OC43从牛冠状病毒进化而来的结果,而牛冠状病毒是造成牛肠胃感染的罪魁祸首。

 

2.4 疫苗与治疗

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03.人类冠状病毒(HCoVs) ,有包膜的病毒,并非那么脆弱

在本节中,我们将重点介绍冠状病毒在不同条件下的生存能力,尽管它们是有包膜包裹的病毒。这些知识对于更好地了解病毒传播和交叉感染的可能性以及制定适当的感染控制措施至关重要。

 

尽管这篇综述专门针对人类冠状病毒,但一些关于小鼠肝炎病毒(MHV)和传染性胃肠炎病毒(TGEV)(现在称为α冠状病毒1)的数据被记录在这里,因为它们曾被用作SARS-CoV的替代物。

 

3.1 在不同湿度和温度下的生存
一项研究比较了HCoV 229E和无包膜病毒(1型脊髓灰质炎病毒)在不同温度和湿度条件下的存活率。结果见表1。

表1
上图表1 HCoV 229E和1型脊髓灰质炎病毒在不同温度和湿度条件下的存活率不同
在20℃时,雾化的HCoV 229E在50%的相对湿度下比在30%的相对湿度下更能存活。事实上,在6天后仍能检测到原感染病毒的近20%。高相对湿度似乎对病毒不利,除非温度下降到6°C。在这个温度下,无论相对湿度多大,HCoV 229E的存活率都显著提高。这种在高相对湿度和低温度下的存活率提高可以解释冠状病毒在冬季的传播。相对湿度为30%和50%时,HCoV 229E存活率明显高于1型脊髓灰质炎病毒。

还测定了SARS-CoV对温度的敏感性。病毒暴露于56°C的温度下30分钟后,病毒滴度降低到无法检测的水平,除非SARS-CoV与蛋白质有关,如20%胎牛血清(FCS),这为病毒提供了保护。

3.2 在悬液和干燥条件下的生存
Rabenau等对不同病毒(SARS-CoV、HCoV 229E、1型单纯疱疹病毒(HSV-1)和3型腺病毒)在悬液和干燥后的稳定性进行了比较研究。在有10% FC(小牛血清)和无10% FCS的培养基中,HCoV 229E在9天内逐渐丧失感染性,这与之前的研究一致。包括SARS-CoV在内的其他三种病毒的感染滴度在有和没有蛋白质的情况下在9天内保持稳定。腺病毒是最稳定的病毒,因为它在实验的九天内保持了它的传染性。

其他一些研究证实了这些结果。根据不同的条件,SARS-CoV被证明在不同的材料上干燥或在水中稀释后仍能存活,只有在72至96小时后传染性才会下降。然而,如果将其沉积在棉花或纸张等多孔表面,则可更快地降低其感染性。

因此,在椅子、电梯、电脑鼠标等不同的环境样本中发现了SARS-CoV的RNA,这可能导致了未直接接触SARS患者的卫生保健工作者受到污染。

最近的一项研究表明,水和污水参与了SARS-CoV的传播,粪便污染的水应被视为潜在的传播媒介。

3.3 pH条件对冠状病毒存活的影响
一些冠状病毒对pH值变化的敏感性已经得到证实。HCoV 229E、MHV、TGEV和犬冠状病毒在弱酸性pH(6 – 6.5)条件下比碱性pH(8)条件下更稳定。

3.4 在生物液体中的生存
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体,如粪便中。了解和理解病毒存活对于评估病毒的传播途和传播风险是关键所在。

已经对SARS-CoV进行了研究,发现它在痰、血清和粪便中至少存活96小时。但若将其悬浮于尿中,则其传染性较低。

04.还有改进空间的消毒剂(皮肤消毒剂和物表消毒剂)

4.2 什么是消毒剂?我们如何评估其消毒效能?
4.3 消毒剂抗病毒效能评价的重要参数
4.3.1 中和步骤和接触时间
4.3.2 各种不同的检测方法
4.4 国际标准化检测方法
消毒剂检测的挑战之一是标准化,以获得有价值和可比较的结果。下一节将对此进行说明,即使关于消毒剂对HCoVs的活性的结果大体上是一致的,它们仍然很难进行比较。因此,制定标准来测试这些杀病毒活性是非常重要的。

迄今为止,只有一项欧洲标准(NF EN 14476+A1)公布了在医学中进行抗病毒消毒剂活性检测的方法。根据本标准,如果一个产品在准确的接触时间内导致至少4 log10的病毒滴度的降低,则认为该产品具有消毒剂的抗病毒活性。在美国,主要标准与欧洲标准比较接近,但它规定了3 log10的评判标准。
4.4 HCoVs对消毒剂的敏感性

4.5.1 “经典”HCoVs(除了SARS-CoV)对消毒剂的敏感性
Sattar等人的一项研究评估了15种不同化学家族的消毒剂对四种不同病毒的效力:两种非包膜病毒(b型柯萨奇病毒和5型腺病毒)和两种包膜病毒(HCoV 229E和3型副流感病毒)。为了达到这一目的,病毒接种物被悬浮在粪便或粘蛋白中,以模拟有机物,然后放在不锈钢盘上晾干。接触时间为1分钟,杀病毒效力标准为降低病毒滴度3 log10。结果见表2(下图,点击可放大)。

表2-01的副本 表2-02的副本
这项研究强调了这样一个事实,即包膜病毒比非包膜病毒对消毒剂的作用更敏感,尽管每个组的敏感性存在差异。然而,包膜病毒并不是那么脆弱,不是每一种消毒剂都能灭活包膜病毒。

Kariwa等人在SARS-CoV上也证实了这一结果,他们用悬液法试验,接触时间为1分钟和2分钟,测试了聚维酮碘的不同配方。通过添加硫代硫酸钠,实现了化学中和步骤。所有配方均在接触2分钟后将病毒感染性降低至可检测水平以下,用70%的乙醇接触时间1分钟也能得到同样的结果。

研究表明,氯己定的抗HCoV活性依赖于时间与浓度,仅在接触时间为60分钟后可使HCoV 229E降低3 log10(图1a)。这样的杀HCoV 229E水平达不到消毒要求。已脒定对HCoV 229E无任何作用。另一个研究关注的是calixarenic 化合物对HCoV 229E杀灭水平,这两种化合物是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)。这些分子比较有吸引力,因为它们没有表现出任何细胞毒性。而且,C[4]S-BTZ的杀HCoV 229E活性与氯己定相当,甚至更好。事实上,它的活性在5分钟的接触时间内降低了近3个log10的病毒滴度(图1b)。

Figure 1-01 Figure 1-02

上图图1. 氯已定和环芳烃对HCoV 229E 的杀灭效果

环芳烃为:1,3-bis(bithiazolyl)-tetra-para-sulfonatocalix[4]arene

注:粗黑线为欧盟杀病毒滴度降低的对数值为4
4.5.2 SARS-CoV对消毒剂的敏感性

Rabenau等人使用不同有机负荷(白蛋白、小牛血清或绵羊红细胞)的悬浮液进行了一项研究,并遵循了欧洲标准的建议。大多数测试的酒精溶液(异丙醇或乙醇)已被证明可以在30秒内降低> 4 log10的病毒滴度,无论添加多少有机负荷。考察了三种表面及仪器消毒剂(一种以苯扎氯铵和十二烷基胺为基础;一种以苯扎氯铵、戊二醛和二癸基二氯铵为基础;还有一种基于单酞酸镁)。接触时间为30和60分钟,仍然符合欧洲标准。所有消毒剂灭活SARS-CoV,不管有机负荷的类型,均使其低于检测限度(降低对数值3.25 log10)。该研究小组对不同消毒剂的SARS-CoV病毒杀灭活性进行了评估,这些消毒剂分别是醇类(丙醇,用于手部消毒的乙醇)、醛类(甲醛,戊二醛)、葡萄糖原蛋白和葡萄酒醋。结果见表3(下图)。

表3
上图表3 通过悬液法试验,研究了不同手消毒剂配方和表面消毒剂对SARS-CoV的抗病毒活性
最近,一项研究使用MHV和TGEV作为SARS-CoV的替代物。通过在不锈钢表面的载体试验和化学中和步骤,评价了六种不同配方的抗SARS-CoV效果。疗效标准是接触1分钟后病毒滴度降低3 log10。结果见表4(下图)。

表4
上图表4 用载体试验方法检测不同的手消毒剂和表面消毒剂对MHV和TGEV的抗病毒活性,MHV和TGEV作为SARS-CoV的替代物
本研究揭示的另一个重要问题是,漂白剂,一种广泛使用的消毒剂,当按制造商规定的1:100(0.06%)稀释使用时,效果不佳。

05. 结论

与SARS-CoV相比,这四种HCoVs 229E、OC43、NL63和HKU1可引起轻微的呼吸道疾病,但这些感染因子涉及10 – 20%患有呼吸道疾病的儿童和免疫缺陷成人,它们还涉及院内感染。此外,尽管SARS流行已得到控制,但仍有可能重新出现SARS-CoV或出现另一种人畜共患菌株。

除了缺乏特定的治疗和疫苗,目前已知的HCoVs表现出明显的环境抗性。它们在不同的生物液体如呼吸道分泌物或粪便中存活已经得到证实。此外,一些参数如低温高相对湿度的稳定作用或有机物的保护作用等,似乎也有利于HCoVs的稳定。在制定消毒策略时,应仔细考虑这种保护作用。事实上,这往往需要用到更高的数量和/或浓度的消毒剂,因此具有更高的毒性。因此,一个有效的消毒过程应该包括一个清洁步骤,以去除这些有机物。古老而著名的消毒原则——只有清洁的东西才能有效消毒——仍然很有价值。

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