本文來(lái)自論文作者（課題組）投稿

歷史上，人類多種嚴(yán)重疾病都由病毒感染所致，比如人類免疫缺陷病毒（HIV），流感病毒，以及造成當(dāng)下新冠疫情大流行的SARS-CoV-2病毒。作為人類歷史上最具破壞性的大流行病之一，由甲型H1N1病毒引起的“1918年流感大流行”在20世紀(jì)初，造成了數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的死亡。

數(shù)百年來(lái)，“光”一直被認(rèn)為是對(duì)抗傳染病的潛在工具。譬如，暴露于愈合射線（healing rays）中，可以對(duì)抗細(xì)菌感染以及傷口感染、牛皮癬、尋常痤瘡、立克次體、抑郁癥、黃疸和許多其他疾病。同時(shí)，更多的研究在進(jìn)一步探索“光”在治療感染性病原體方面的其他應(yīng)用。

近期，來(lái)自悉尼科技大學(xué)的金大勇（Dayong Jin）教授和伊斯蘭阿扎德大學(xué)的Esmaeil Biazar教授，共同以“Viral Inactivation by Light”為題在eLight發(fā)表綜述文章，對(duì)光輻射在病毒抑制及清除方面的應(yīng)用進(jìn)行了全面回顧。

近年來(lái)，越來(lái)越多的研究揭示了從自然光到激光的抑制病毒感染的新機(jī)制。盡管目前有許多抗病毒藥物，但是絕大部分的抗病毒藥物都面臨著藥物耐藥的局限性。作為一種可替代的抗病毒治療策略，科學(xué)家開始將物理學(xué)方法和技術(shù)引入抗病毒治療中，以提高其療效、安全性來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期應(yīng)用。例如，光束（light beams）的應(yīng)用已經(jīng)被證明是一種安全的，長(zhǎng)效的抗病毒治療方法。當(dāng)前研究表明，寬輻射光，包括電離輻射、紫外線輻射、中字束、電子輻射、低能電子輻射、X射線、藍(lán)光、光生物調(diào)制以及超短脈沖激光的應(yīng)用，為清除致命病毒提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)，特別是包膜病毒，如 HIV、流感病毒以及肝炎病毒。

圖1：使用不同電磁波滅活病毒的不同機(jī)制

電離輻射可以通過(guò)破壞基因組來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)病原體的滅活作用，同時(shí)對(duì)蛋白質(zhì)膜等結(jié)構(gòu)的損害較小。目前，研究人員使用電離輻射來(lái)生產(chǎn)各種類型的疫苗，或?qū)⑵鋺?yīng)用到消毒策略中。雖然這種方法適用于對(duì)生物樣品進(jìn)行滅菌或生產(chǎn)滅活疫苗，但僅限于對(duì)環(huán)境和個(gè)人防護(hù)設(shè)備（PPE）的消毒工作。X射線和伽馬射線等電離輻射也已廣泛用于醫(yī)學(xué)科學(xué)中，例如用于疾病的診斷和治療的放射科學(xué)。

不過(guò)，特異性是利用“光”來(lái)抑制病毒的過(guò)程中一個(gè)需要考慮的重要因素。電離輻射會(huì)影響不同的組織，并且可以穿透身體的各個(gè)部位。因此，另一種策略是使用靶向方法從受感染的宿主中根除病毒，比如使用與靶向病毒包膜或表達(dá)包膜的感染細(xì)胞所結(jié)合的抗體。近年來(lái)的研究顯示，使用近紅外 (NIR) 激光特異性滅活在血液制品中的病毒是安全的。同時(shí)，最理想的治療策略應(yīng)該是僅使用光，而不借助介質(zhì)，以最大程度地減少副作用以及降低治療成本。因此，從這個(gè)角度來(lái)看，近紅外激光及可見超短脈沖激光可以實(shí)現(xiàn)安全和特異性的病毒滅活作用。

高能光子，包括伽馬射線、X射線和UVC紫外射線，都可以通過(guò)釋放能量，直接對(duì)病毒內(nèi)遺傳物質(zhì)產(chǎn)生破壞作用，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)冠狀病毒的滅活，比如放射裂解或自由基對(duì)病毒核酸的間接破壞。某些強(qiáng)度的 X 射線、伽馬射線和UVC紫外射線已經(jīng)用于抑制和清除COVID-19患者體內(nèi)的SARS-CoV-2病毒復(fù)制和增殖。此外，中子輻射常被應(yīng)用到病毒的滅活中，因?yàn)橹凶虞椛湓跍缁畈《痉矫娴男蚀蠹s是伽馬射線的十倍。

紫外線輻射處于電磁光譜中與電離輻射相鄰的非電離輻射區(qū)域。低能紫外線照射被認(rèn)為是非電離輻射。但是，高能紫外線照射是電離輻射的一種形式，因?yàn)楦吣芰孔阋酝ㄟ^(guò)從原子或分子中剝離電子來(lái)電離原子或分子。因此，紫外線輻射是一種眾所周知的滅活所有已知微生物和病毒的方法。然而，紫外線輻射亦可引起在誘導(dǎo)皮膚癌方面的擔(dān)憂。因此，長(zhǎng)期使用紫外輻射必須采取一系列的預(yù)防措施，將其負(fù)面風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

圖2：低能級(jí)或高能級(jí)紫外暴露可引起非電離或電離輻射

因此，安全性和特異性是選擇物理，或者非侵入性方法以治療病毒感染所需考慮的另外兩個(gè)重要因素。安全性方面，有研究表明，利用藍(lán)光殺滅病毒或許使得利用可見光抗病毒成為一種新的可能。然而，這種類型的輻射有時(shí)會(huì)進(jìn)一步分解為有害的藍(lán)紫色光和藍(lán)綠色光。盡管需要更多的研究來(lái)確定，由自然光或者數(shù)字設(shè)備帶來(lái)的藍(lán)光輻射含有多少是對(duì)視網(wǎng)膜有害的藍(lán)光，但人們對(duì)來(lái)自數(shù)字設(shè)備的藍(lán)光可能引起的眼睛損害及其長(zhǎng)期負(fù)面影響存在一些擔(dān)憂。因此，找到更安全、更有效的波長(zhǎng)和功率密度來(lái)對(duì)抗病毒感染就變得異常重要。

本綜述中，研究人員回顧了用于病毒滅活的光輻照方法的重要進(jìn)展，探究了每種方法的機(jī)制，討論了關(guān)鍵參數(shù)，并展示了近年來(lái)針對(duì)有效病毒滅活的多維實(shí)驗(yàn)。這些新的發(fā)現(xiàn)促使了一系列性能更高的新工具和設(shè)備的發(fā)明。此外，研究人員表明，對(duì)在光輻照過(guò)程中病毒基因組和蛋白質(zhì)表征的研究，將更好地幫助我們理解光抑制及清楚病毒的內(nèi)在機(jī)制，以幫助我們實(shí)現(xiàn)更安全有效的病毒滅活，最大程度地減少對(duì)人類和環(huán)境的有害影響。

| 論文信息 |

Sadraeian, M., Zhang, L., Aavani, f. et al. Viral inactivation by light. eLight 2, 18 (2022). 

https://doi.org/10.1186/s43593-022-00029-9

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