翁育偉(綜述),嚴(yán)延生(審校)
腸道病毒71型(enterovirus 71, EV71)是引起兒童手足口病(Hand foot mouth disease,HFMD)的主要病原體,病毒感染后的臨床表現(xiàn)包括無癥狀感染以及以發(fā)熱和手、足、口腔等部位的皮疹或皰疹為特征的HFMD,少數(shù)患者可出現(xiàn)無菌性腦膜炎、腦炎、急性弛緩性麻痹、神經(jīng)源性肺水腫和心肌炎等,個別患者病情進(jìn)展迅速,可導(dǎo)致死亡。在HFMD患者中,EV71感染是造成重癥和死亡的主要危險因素之一。EV71最早發(fā)現(xiàn)于1969年,上世紀(jì)70-80年代,該病毒主要以散發(fā)形式流行于美洲及歐洲等國家,歐洲個別國家曾有暴發(fā)流行。1997年后EV71開始在亞洲持續(xù)發(fā)生暴發(fā)流行并不斷擴(kuò)散,目前已經(jīng)成為亞太地區(qū)的重要公共衛(wèi)生問題,對本地區(qū)兒童健康造成嚴(yán)重影響。為應(yīng)對和控制EV71的流行,近年來各國在EV71的防控上投入了大量的資源并取得了顯著的進(jìn)展。本文就目前在EV71的流行病學(xué)、病毒受體研究、抗病毒治療以及疫苗發(fā)展等方面取得的進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。
在病毒分類上,EV71屬于小RNA病毒科(picoraviridae)腸道病毒屬(enterovirusgenus)成員,病毒的形態(tài)為無包膜正二十面體結(jié)構(gòu),大小約為33-35nm[1],基因組為一長約7.4 kb的單正鏈RNA分子,其5’末端與病毒的Vpg蛋白共價結(jié)合,形成非帽子結(jié)構(gòu)的5’末端。病毒基因組從5’端到3’端分別為5’ 端非編碼區(qū)、蛋白編碼區(qū)和3’ 端非編碼區(qū)。其中5’端非編碼區(qū)含有控制病毒復(fù)制和蛋白翻譯的重要元件,3’端非編碼區(qū)含有多聚腺苷酸尾,兩者之間具有單一的長的開放閱讀框,編碼病毒多聚蛋白。病毒基因組RNA可以作為mRNA模板,用于病毒多聚蛋白的合成。病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后,宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)錄起始因子與 5’端的內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)(Internal ribosomal entry site, IRES)結(jié)合,啟動病毒多聚蛋白的翻譯。合成的多聚蛋白在病毒自身蛋白酶(2Apro,3Cpro)的作用下,水解成為4種結(jié)構(gòu)蛋白(VP1-4)和7種非結(jié)構(gòu)蛋白(2A-2C,3A-3D)。VP1-4結(jié)構(gòu)蛋白構(gòu)成病毒的基本的衣殼結(jié)構(gòu)單位(protomer),其中VP1-3暴露于病毒表面,而VP4蛋白則包埋于病毒內(nèi)部。病毒VP1蛋白表面具有重要的細(xì)胞受體結(jié)合位點(diǎn)[2-3],以及中和抗體表位[4]。病毒的復(fù)制在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)完成,在復(fù)制過程中,基因組RNA可作為模板,用于轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生負(fù)鏈RNA分子,再以負(fù)鏈RNA為模板合成子代RNA?;蚪M復(fù)制完成后,病毒在細(xì)胞內(nèi)完成子代病毒的裝配并以裂解的方式釋放到細(xì)胞外。
EV71最早是1969年從美國1例9月齡腦炎兒童病例標(biāo)本中分離[5]。上世紀(jì)70-80年代,EV71僅在歐美、澳大利亞等地流行,除局部暴發(fā)以外,主要以低水平流行。1970年代,歐洲暴發(fā)了兩次大的EV71流行,1975年保加利亞[6]、1978年匈牙利[7]先后暴發(fā)了EV71流行,分別報告705例和1 550例病例,并造成44和47例亡。進(jìn)入90年代后,亞洲成為EV71的主要流行地區(qū)。1997年,馬來西亞的沙撈越地區(qū)暴發(fā)EV71引起的手足口病[8],報告發(fā)病約13萬例。1998年臺灣暴發(fā)了EV71引起的手足口病大流行[9],在報告的近13萬病例中,重癥405例,死亡78例。此后EV71即在臺灣長期流行。2010年,新加坡暴發(fā)了該國有史以來最大的手足口病流行,在報告的3 790例病例中有73%的病例由EV71感染造成[10]。在我國,自1998年起就有EV71的流行,但2007年之前僅以散發(fā)為主。2007年山東臨沂[11]和2008年安徽阜陽[12]先后暴發(fā)了以EV71感染為主的手足口病,分別造成14例和23死亡,之后EV71在國內(nèi)開始了持續(xù)的暴發(fā)流行。除了上述國家和地區(qū)外,同期亞洲其它國家也有EV71流行的報道。
EV71主要感染兒童[13]。在早期的EV71感染中,病例的臨床表現(xiàn)主要以神經(jīng)系統(tǒng)癥狀為主,如病毒性腦炎、無菌性腦膜炎等。但自1973年日本EV71暴發(fā)流行后,EV71感染的臨床表現(xiàn)開始傾向于皮膚病變,以發(fā)熱以及手、足、口腔粘膜皰疹等為主要臨床表現(xiàn),即手足口病。但與同樣引起HFMD的其它腸道病毒相比,如CVA16等,EV71感染的臨床癥狀更嚴(yán)重,尤其是在嬰幼兒中[14],更易導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)癥狀,死亡率也更高,是造成HFMD患者重癥和死亡的主要危險因素之一。EV71流行有明顯的季節(jié)性特征,其主要流行季節(jié)在夏季,在我國,EV71流行的高峰除了夏季(4-6月)外,南方和中部省份9-10月左右還有一個明顯的次高峰[13]。影響EV71流行的因素包括溫度、濕度以及降雨等氣候條件[13]以及高人口密度[15]等。在感染者個體因素方面,有研究表明白細(xì)胞抗原HLA-A33和EV71的易感性高度相關(guān),HLA-A33是亞洲人常見的表型,而白種人中少見,這可能是亞洲的EV71流行較歐美嚴(yán)重[16]的原因。
EV71的進(jìn)化[17]導(dǎo)致眾多的基因型(genotype)和基因亞型(sub-genotype)的出現(xiàn),基于病毒序列分析的分子分型方法[18]已被普遍接受。根據(jù)VP1核苷酸序列的差異,EV71分為A-C等3個基因型[19]。其中,A基因型僅有一個成員即EV71的原型(BrCr)株,而B和C基因型又可進(jìn)一步分為B1-5、C1-5各5種基因亞型。1985年以前發(fā)現(xiàn)的EV71多為B基因型(B1和B2),C基因型病毒則在1985年之后出現(xiàn)[19],其中,C3和C5分別局限在韓國和越南[17]。從全球看,目前歐美等國家主要流行C1和C2亞型病毒,而在亞太地區(qū),則呈現(xiàn)B3-5、C1-2、C4等多種基因亞型病毒共同循環(huán)的局面。在我國,1998年至今主要流行的病毒為C4亞型,但2004年之前以C4b為主,而2004年之后則以C4a為主[20]。在臺灣,1986到2008年期間至少發(fā)生了3次的EV71病毒的基因型轉(zhuǎn)換[22]。病毒基因型的轉(zhuǎn)換有利于病毒逃脫人群免疫壓力,進(jìn)而在人群中擴(kuò)散,因此病毒基因亞型的頻繁轉(zhuǎn)換可能是導(dǎo)致亞太地區(qū)手足口病周期性暴發(fā)的原因[21]。除此以外,病毒之間的重組[23]也使得手足口病的流行和致病性等特征進(jìn)一步復(fù)雜化。
EV71可以通過糞-口、呼吸道、接觸等多種途徑傳播。病毒進(jìn)入宿主后,首先在扁桃體、派氏淋巴結(jié)等處進(jìn)行復(fù)制,隨后經(jīng)外周淋巴結(jié),產(chǎn)生病毒血癥,多數(shù)病例在該時期即可控制病毒在體內(nèi)的進(jìn)一步彌散和臨床進(jìn)展。在病毒感染過程中,病毒與特異性受體的結(jié)合是啟動EV71病毒感染和細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的關(guān)鍵步驟。
近幾年,EV71受體的相關(guān)研究取得了重大突破。首先是Yang等的研究[24]表明,EV71受體可能是一類O型鏈接的唾液酸化(sialylated glycan)糖蛋白或糖脂。破壞DLD-1腸道上皮細(xì)胞表面O鏈接的唾液酸化多糖(SA-linked O-glycan)可以抑制EV71病毒的感染,因此作者推測EV71受體可能是一類唾液酸化多糖。但最近的研究表明此類受體可能是一類吸附性受體[25]。
2009年Nishimura等人[3]證實(shí)了P選擇素配體1糖蛋白(P-selectin glycoprotein ligand-1,PSGL-1,CD162)是EV71的一種功能性受體,該受體主要分布在淋巴細(xì)胞表面,其N末端42-61aa是與EV71相互作用的關(guān)鍵部位。EV71病毒與PSGL-1結(jié)合可介導(dǎo)病毒感染。但神經(jīng)細(xì)胞表面普遍缺乏PSGL-1,因此該受體無法介導(dǎo)病毒對神經(jīng)細(xì)胞的感染,同時PSGL-1也僅介導(dǎo)部分基因(亞)型的EV71感染?;谏鲜鲈?,推測可能還有替代途徑支持EV71對神經(jīng)細(xì)胞的感染,以及其它PSGL-1非依賴病毒對宿主細(xì)胞的感染。
清道夫受體B2(Scavenger receptor class B member 2,SCARB2)是一類III型雙跨膜蛋白,主要分布于細(xì)胞的內(nèi)體和溶酶體,同時表達(dá)在多種細(xì)胞的表面。Yamayoshi等的研究[2]證實(shí)了SCARB2是一種EV71的細(xì)胞表面受體,SCARB2可與EV71結(jié)合并介導(dǎo)病毒的感染,與PSGL-1不同,SCARB2可介導(dǎo)所有基因(亞)型病毒感染,同時還介導(dǎo)CVA7、10、14、16的感染。由于SCARB2在各種細(xì)胞表面普遍存在,因此,SCARB2可能是病毒在宿主體內(nèi)播散的重要受體。然而研究表明[2],盡管感染效率較低,但SCARB2缺失細(xì)胞也能部分支持EV71的感染,這種現(xiàn)象提示SCARB2可能并非介導(dǎo)EV71感染的唯一受體。
膜聯(lián)蛋白II(Annexin II,Anx2)是一種細(xì)胞粘附因子,Yang等的研究[26]表明,Anx2蛋白可與EV71病毒的40-100aa結(jié)合,增強(qiáng)EV71病毒的感染性,表達(dá)Anx2的HepG2細(xì)胞可大幅提高部分基因亞型(C2/C5/B5)EV71的細(xì)胞表面吸附和病毒產(chǎn)量,但Anx2并非EV71感染所必須。樹突狀細(xì)胞(Dendritic cells,DC)在機(jī)體抗病毒免疫過程中具有重要的作用,EV71感染DC有利于誘導(dǎo)保護(hù)性免疫,在病毒感染過程中,DC細(xì)胞的DC-SIGN分子可能也部分發(fā)揮作用[27]。
上述有關(guān)病毒受體的研究成果,為今后EV71的治療和預(yù)防相關(guān)研究提供了重要的基礎(chǔ),比如建立動物模型[28]、抗病毒藥物的設(shè)計等。然而有研究表明,啟動腸道病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞可能需要多種受體的協(xié)同作用[29],因此,上述幾種受體真正的生物學(xué)功能、相互之間的關(guān)系以及受體在介導(dǎo)EV71病毒進(jìn)入、感染以及在疾病中的作用等機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。
目前,臨床上對EV71感染尚缺乏特異性的治療手段,臨床治療仍以對癥、支持治療為主要方法,因此研制特異性抗病毒藥物對EV71感染的治療和預(yù)防控制具有重要意義。目前,針對EV71抗病毒藥物研發(fā)的策略主要集中在阻斷病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞、抑制病毒復(fù)制、阻斷病毒蛋白合成以及調(diào)節(jié)機(jī)體抗病毒免疫等環(huán)節(jié)[30]。
中和抗體在阻斷病毒感染中具有重要的作用,利用滅活病毒或VP1蛋白中和表位多肽制備中和抗體,可有效抑制病毒的感染[31],因此,抗體藥物具有較好的開發(fā)和應(yīng)用前景。由于目前缺尚乏可供臨床用的特異性抗體藥物,因此臨床上僅能使用丙種球蛋白等非特異性的抗體,用于危重病例的臨床救治[32]。
小分子化合物是目前研究抗病毒藥物的另一個熱點(diǎn),已發(fā)現(xiàn)有多種小分子化合物具有抗病毒活性但其抗病毒的機(jī)制各異,如pleconaril[30]等小分子化合物可通過結(jié)合VP1蛋白,干擾或阻斷病毒與宿主細(xì)胞的結(jié)合;rupintrivir可通過抑制病毒3Cpro蛋白酶活性[33]阻斷病毒的復(fù)制;DTriP-22則可通過作用于病毒3D蛋白,即病毒RNA聚合酶(RNA dependent RNA polymerase,RdRp)抑制病毒的復(fù)制[34]。然而,盡管上述小分子化學(xué)藥物具有一定的抗病毒作用,但也存在一些缺陷,例如并非所有的基因型的EV71病毒對pleconaril都敏感,因此這些化合物藥物的作用機(jī)制、應(yīng)用效果需進(jìn)一步明確。
機(jī)體免疫調(diào)節(jié)是抗EV71治療的另一重要手段。巨噬細(xì)胞具有殺病毒活性,研究表明移植成年鼠巨噬細(xì)胞可以有效抑制EV71在攻毒小鼠內(nèi)的復(fù)制,減輕癥狀并降低死亡率[35]。I型干擾素(IFN)可以有效降低攻毒小鼠的死亡率,其中,IFNα14具有明顯的抗病毒效應(yīng)[36],這種效應(yīng)可能是IFNα14具有較強(qiáng)的誘導(dǎo)抗病毒效應(yīng)分子的結(jié)果。上述結(jié)果提示,在EV71的治療中,可能可以通過免疫調(diào)節(jié),增強(qiáng)機(jī)體抗病毒免疫應(yīng)答,從而達(dá)到抗病毒治療效果。
除了上述手段外,RNA干擾、病毒多肽等一些新技術(shù)[37]也為EV71的抗病毒治療提供了新的選擇。盡管EV71的抗病毒治療還有許多問題待解決,但目前許多基礎(chǔ)研究所取得的成果,比如病毒受體的發(fā)現(xiàn)等,將為今后特異性抗病毒治療的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。
疫苗是預(yù)防傳染病最有效的手段。鑒于EV71感染對兒童健康造成的巨大危害,疫苗研制成為EV71防控研究的首要工作。既往曾嘗試過多種形式的疫苗,包括滅活疫苗[1]、病毒樣顆粒樣疫苗[38]、重組VP1亞單位疫苗[39]、重組VP1 DNA疫苗、VP1多肽疫苗[31],以及可食性的疫苗(edible Vaccine)[40]等。在上述疫苗類型中,受疫苗相關(guān)法規(guī)以及疫苗生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化等因素的制約,DNA疫苗和可食類疫苗短期內(nèi)難以得到應(yīng)用。EV71減毒活疫苗則因存在毒力返祖的潛力,也受到限制。因此,EV71疫苗研發(fā)主要集中在包括病毒樣顆粒疫苗、重組VP1亞單位疫苗、多肽疫苗以及滅活疫苗在內(nèi)的幾種候選疫苗上,而上述疫苗也是迄今為止FDA批準(zhǔn)的主要病毒疫苗形式。
候選疫苗是否具有應(yīng)用前景,還取決于疫苗的免疫效力。臺灣國立衛(wèi)生研究院疫苗研發(fā)中心利用建立的標(biāo)準(zhǔn)抗原和免疫原性分析方法,比較了幾種主要EV71疫苗的免疫效力[39],結(jié)果表明,在上述幾種主要的候選疫苗中,其免疫效力為:滅活疫苗>病毒樣顆粒疫苗>重組VP1亞單位疫苗>多肽疫苗。因此,滅活疫苗在幾種候選疫苗中最具應(yīng)用前景。其它如多肽疫苗,雖具有良好的穩(wěn)定性和成本效益,但從免疫效力上看,其誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生中和抗體的能力有限[31],比如多肽VP1-43(VP1 residues 211-225)僅能誘導(dǎo)低滴度的中和抗體(1/32),而多肽VP2-28(VP2 residues 136-150)則不能誘導(dǎo)產(chǎn)生中和抗體,因此其發(fā)展和應(yīng)用受到限制。
由于EV71對亞太地區(qū)的危害最為嚴(yán)重,因此目前EV71疫苗的研發(fā)機(jī)構(gòu)主要集中在亞太地區(qū)。鑒于滅活疫苗的應(yīng)用前景[41],已有中國大陸、臺灣、新加坡共5家生物公司或政府機(jī)構(gòu)正在研制EV71滅活疫苗。由于流行的病毒基因型(或基因亞型)不同,不同的國家在疫苗株的選擇上有所不同,其中中國大陸選擇C4基因型,臺灣選擇B4基因型,而新加坡選擇B3基因型[42]。除病毒型別外,疫苗生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制、免疫效果的評價也是疫苗研制過程中的重要環(huán)節(jié)。目前,包括毒株篩選[43]、抗原含量檢測[44]、中和抗體檢測效果[45]在內(nèi)的質(zhì)量控制方法也已基本建立,應(yīng)用上述標(biāo)準(zhǔn)對國內(nèi)不同疫苗進(jìn)行的免疫效果評價表明[46],盡管采用的病毒毒株、生產(chǎn)工藝有所差異,但不同疫苗均可產(chǎn)生有效的保護(hù)性抗體。
截止目前,EV71滅活疫苗研制已經(jīng)取得了重大進(jìn)展,中國大陸的3家疫苗研發(fā)機(jī)構(gòu)研制的EV71疫苗均已經(jīng)完成3期臨床實(shí)驗(yàn),臺灣和新加坡的兩家公司的疫苗也已經(jīng)完成1期臨床實(shí)驗(yàn)。其中,從國內(nèi)的一家研發(fā)機(jī)構(gòu)(Vigoo)開展的一系列EV71疫苗臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,滅活疫苗具有良好的安全性和免疫原性,疫苗可以誘導(dǎo)產(chǎn)生高滴度的中和抗體,對EV71相關(guān)的手足口病的保護(hù)可達(dá)90%(95%CI: 67.1~96.9%),對EV71相關(guān)的疾病保護(hù)達(dá)80.4% (95%CI 58.2~90.8%)[47]。
預(yù)計在不久的將來,商業(yè)化的EV71疫苗就可投入使用。但疫苗的應(yīng)用依然會面臨一些問題,例如疫苗是否可以提供不同基因型(或亞型)之間的交叉保護(hù)作用[48]等,還有待進(jìn)一步評價。此外,有研究表明,亞中和滴度的抗體可以促進(jìn)EV71病毒感染[49],因此抗體的ADE(antibody dependent enhancement)效應(yīng)也是今后疫苗使用中必須考慮的問題。由于CVA16病毒也是兒童HFMD的主要病原體之一,而且目前的研究表明,EV71中和抗體尚無法對CVA16提供交叉保護(hù)[50]。因此,有效預(yù)防手足口病,應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研制包含EV71和CVA16等多種病毒成分在內(nèi)的多價疫苗。
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