水體中的腸道致病病毒

夏海華，原 韜，于 沖，趙曉宇，李 杰

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，哈爾濱150030; 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱150001; 3.黑龍江省科學(xué)院微生物研究所，哈爾濱150001)

人腸道致病病毒寄生在人體腸道內(nèi)并進(jìn)行復(fù)制，隨著患者的排泄物排出體外，患有病毒性胃腸炎或病毒性肝炎的患者每克糞便中可能含有105～1011個(gè)病毒粒子。其中包括腺病毒(adenovirus)、輪狀病毒(rotavirus)、諾瓦克氏病毒(norovirus)、星狀病毒(astrovirus)、腸病毒(enterovirus)、甲肝病毒(hepatitis A)等。因此，病毒直接排放后原水中病毒濃度往往非常高，盡管這些病毒并不會在水體中復(fù)制，但即使存在非常微量的病毒存留，仍然會引起疾病的傳播和爆發(fā)。

人腸道致病病毒是許多非細(xì)菌感染消化道疾病的病因，能引起呼吸道感染、結(jié)膜炎、肝炎和其他嚴(yán)重的感染，如腦膜炎、腦炎和癱瘓等。大多數(shù)的腸道致病病毒感染源被認(rèn)為來自廢水、污水引起的水體污染。在污水處理工藝中，氧化曝氣、活性炭吸附、過濾、絮凝沉淀和氯氣消毒后只能消除50%～90%的病毒。未能消除的病毒就會隨污水釋放到環(huán)境水體中，污染環(huán)境水域、飲水和食品。

現(xiàn)階段對水體進(jìn)行檢測主要是通過細(xì)菌指標(biāo)，但病毒與細(xì)菌并非直接相關(guān)，檢測細(xì)菌并不能直接獲得病毒的存在情況。因此，需要一種能夠準(zhǔn)確、快速、高效的檢測方法對水體病毒進(jìn)行監(jiān)測。本文綜述了常見的腸道病病毒的致病性、流行病學(xué)特點(diǎn)及其在水體中的傳播途徑。

1 主要人腸道致病病毒的結(jié)構(gòu)特性、致病性和流行病學(xué)特性

由于腸道致病病毒的多元化致使產(chǎn)生了一系列的臨床表現(xiàn)和流行病學(xué)特性。從公共健康的角度來看，其中最重要的是諾瓦克氏病毒、腺病毒、輪狀病毒及腸病毒等。

1.1 諾瓦克氏病毒

諾瓦克氏病毒是嵌杯病毒科［1］的成員。諾瓦克氏病毒含有單股正鏈RNA基因組，分為三個(gè)開放閱讀框(ORF)約7.7 kb。ORF1基因編碼共200 kDa的6個(gè)非結(jié)構(gòu)蛋白，ORF2編碼一個(gè)60 kDa的衣殼蛋白VP1，ORF3編碼次要結(jié)構(gòu)蛋白VP2。病毒顆粒的外表面主要蛋白VP1形成的衣殼，并出現(xiàn)表面上呈現(xiàn)二十面體對稱形狀。

諾瓦克氏病毒是一種急性病毒性胃腸炎的主要病因，影響全球所有年齡結(jié)構(gòu)的人群。諾如病毒腸胃炎的爆發(fā)可以是季節(jié)性的或偶發(fā)性的，多發(fā)地點(diǎn)是在家庭、學(xué)校、敬老院、醫(yī)院、飯店等半封閉環(huán)境。

1.2 腺病毒

腺病毒是一種無被膜病毒，直徑約90 nm，34～48 kb的線性雙鏈DNA病毒。病毒外層包有二十面體衣殼［2］。根據(jù)腺病毒的血凝性、DNA序列的同源性、組織嗜性、纖維蛋白的特點(diǎn)和其他生物學(xué)特性，人類腺病毒被分為6個(gè)種，定義為A至F。6種病毒組成51個(gè)血清型，腺病毒衣殼包含至少9種蛋白質(zhì)，六鄰體、五鄰體和纖維蛋白構(gòu)成主要衣殼蛋白［2］。五鄰體和細(xì)長纖維蛋白在病毒衣殼頂端構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

腺病毒對呼吸道或消化道病毒感染可能會引起大范圍的病毒傳播。這可能會導(dǎo)致多種疾病，如咽炎、結(jié)膜炎、肺炎、出血性膀胱炎、腸炎、肝炎或腦炎，這些疾病對于兒童和免疫力低下患者可能是致命的。每年在全球的腺病毒感染爆發(fā)的過程中，最常見的呼吸道感染相關(guān)的血清型是B亞型(AD3，AD7和AD21)，C種(AD1，AD2，AD5和AD6)和E種(AD4)［3］。

1.3 輪狀病毒

輪狀病毒是一種無被膜病毒，直徑大約70 nm，屬于呼腸孤病毒科的二十面體病毒［4］。輪狀病毒顆粒由一個(gè)三層的蛋白質(zhì)衣殼包裹，內(nèi)附11段雙鏈RNA基因［7］。該基因編碼病毒蛋白(VP1，VP2，VP3，VP4，VP6和VP7基因)構(gòu)成病毒衣殼和5個(gè)非結(jié)構(gòu)蛋白(NSP1～NSP5)。

輪狀病毒感染患者小腸中上部絨毛上皮細(xì)胞的成熟腸細(xì)胞。在輪狀病毒的復(fù)制周期，病毒顆粒附著在三個(gè)層次的細(xì)胞粒子上，隨后通過漿膜或體膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)滲透。病毒吸附腸黏膜細(xì)胞是由蛋白VP4所介導(dǎo)的。病毒的侵染性是由VP4裂解裂解產(chǎn)生的VP8和VP5所產(chǎn)生的。

輪狀病毒已被確認(rèn)為5歲以下兒童嚴(yán)重腹瀉的主要原因。在發(fā)展中國家，對醫(yī)院收治患者調(diào)查顯示，140萬例患者和約80萬人死亡中，約25%是由于腹瀉引起。A組輪狀病毒是發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家的急性腸胃炎的常見致病病毒。目前，還沒有可用的輪狀病毒感染具體的治療方法，部分國家已經(jīng)發(fā)放了輪狀病毒疫苗的許可證。

1.4 腸病毒

人腸病毒(enteroviruses)是屬于細(xì)小RNA病毒科的無被膜病毒，包含7.5 kb的單股正鏈RNA基因，外部包有二十面體衣殼［5］。該基因編碼4組結(jié)構(gòu)蛋白，VP1～VP4和7組非結(jié)構(gòu)蛋白，這些蛋白影響病毒的復(fù)制和成熟。衣殼蛋白VP1，VP2，和VP3位于衣殼表面，決定抗原表位免疫反應(yīng)［5］。在進(jìn)化的基礎(chǔ)分析多個(gè)基因區(qū)域，人腸病毒可分為四個(gè)種(人腸病毒A～D)。這些病毒包括31種血清型的?？刹《?，23種血清型的柯薩奇病毒，6種血清型的乙型柯薩奇病毒，3種血清型的脊髓灰質(zhì)炎病毒和多種血清型的腸病毒［6］。

大多數(shù)腸病毒感染在通常情況下無明顯癥狀或只有輕微的疾病，如發(fā)熱性疾病或輕微的上呼吸道感染。然而，腸病毒也可廣泛地引起各種臨床疾病，包括急性出血性結(jié)膜炎、無菌性腦膜炎、皮疹、急性或弛緩性麻痹、心肌炎和新生兒敗血癥等疾病。腸病毒是人類病毒性心肌炎的最常見病原，通常與擴(kuò)張型心肌病(DCM)相關(guān)聯(lián)。每年全球每10萬人中就有5～8人患有這種病癥。大多數(shù)感染腸病毒的細(xì)胞病變后會導(dǎo)致特定組織細(xì)胞的破壞。同時(shí)，一些疾病的表現(xiàn)形式可以是宿主的免疫反應(yīng)的結(jié)果［6］。

脊髓灰質(zhì)炎病毒是最典型的腸病毒之一。由三種不同血清型的脊髓灰質(zhì)炎病毒組成。脊髓灰質(zhì)炎病毒也可能會導(dǎo)致無菌性腦膜炎或非特異性小病。脊髓灰質(zhì)炎病毒的感染通常途徑是通過口中攝入病毒［7］導(dǎo)致腸道系統(tǒng)感染。所有三種血清型脊髓灰質(zhì)炎病毒的受體為CD155，是免疫球蛋白家族的成員中的一種糖蛋白。作為病毒血癥的傳播途徑，樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的感染可以幫助病毒跨越血腦屏障或沿神經(jīng)通路感染腦細(xì)胞［7］。

2 水體中腸道致病病毒污染

2.1 污水中的病毒

城市污水來源于住宅、商業(yè)和工業(yè)活動區(qū)域，是人類排泄物和生活廢水的混合物，其中包含固體懸浮物、雜質(zhì)及多種化學(xué)物質(zhì)。原污水是一種致病病毒的主要載體，尤其是腸道致病病毒。目前的城市污水處理的條件和工序，目標(biāo)主要是從水中去除污染物、化學(xué)物質(zhì)和生物物質(zhì)，以減少對人體的不利影響和可能性對生態(tài)系統(tǒng)造成的危害。

傳統(tǒng)的城市污水處理系統(tǒng)包括物理化學(xué)處理法，如靜置沉淀、活性污泥法、過濾池等常規(guī)方法。這些物理過程能夠除去污水中約90%～99%的病毒。目前對水中生物消毒的方法經(jīng)常是使用氯氣、臭氧與紫外線照射相結(jié)合。雖然這些方法能夠除去大量的病毒，但消毒效率有所不同，它們還會成為污水排放后的二次污染物。

2.2 污水中的腸道致病病毒對水體的污染

未經(jīng)充分處理的污水排放后直接影響地表水的質(zhì)量，以這些水作為的飲用水水源，很可能導(dǎo)致飲用者受到病毒侵染。一項(xiàng)研究表明，22%左右的河水和約6%的處理后水樣能夠檢測出人類腺病毒。在另一項(xiàng)研究中，約29%的河水樣品和19%處理后的飲用水水樣，能夠檢測出腸病毒。腸病毒是最有可能污染地下水的病原體，它們體積很小，能通過污水管道裂縫等渠道滲透到土壤中，在地下移動長達(dá)67 m的距離，最終達(dá)到的含水層。在美國的一項(xiàng)研究中，72%的生活區(qū)地下水中人類腸道致病病毒檢測呈陽性。

美國環(huán)境保護(hù)署(EPA)在對每月糞便指標(biāo)進(jìn)行檢測后，提出公共環(huán)境的地下水是易受糞便污染的。地下水已成為一個(gè)傳染病傳播的源頭，在美國約80%的水源性疾病疫情歸因于飲用受污染的井水。另一個(gè)重要的感染途徑是通過娛樂場所的水域。人類腸道病毒經(jīng)常通過處理后的廢水排放到沿海水域，這樣就增加了在沿海水域中游泳者和潛水員的患病風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 污水排放中的腸道致病病毒持續(xù)存在的后果

對于污水處理系統(tǒng)來說，如果處理不完善，會對公眾健康造成嚴(yán)重影響。利用傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)方法測定經(jīng)過處理的廢水中的病毒含量，范圍從1.0×10-3～1.0×102L-1。特別是人類腸道致病病毒可以長期穩(wěn)定地存在于環(huán)境中，特別是固體沉積物中。在污水污泥沉淀中能夠存在17個(gè)月以上。腸道致病病毒的傳染性劑非常低，通常為幾十?dāng)?shù)百個(gè)病毒顆粒。由于腸道致病病毒在環(huán)境水體中的持久性，通過污染食品、飲用水和娛樂場所水域往往會導(dǎo)致疾病爆發(fā)。

3 帶有腸道致病病毒的污水導(dǎo)致的食品污染風(fēng)險(xiǎn)

食品收獲前的污染可能來自于灌溉農(nóng)產(chǎn)品的廢水、污水污泥或糞便肥料。許多研究都將腸道致病病毒所引發(fā)的急性胃腸炎和A型肝炎歸因于吃的蔬菜或者沙拉等食品。收獲后的食品在收集和運(yùn)輸過程中也能夠受到多方面的污染，如被污染的收割設(shè)備、運(yùn)輸集裝箱、污染的容器、清洗和沖洗水或其他運(yùn)輸和儲存過程中的交叉污染。衛(wèi)生設(shè)施較差的地方也會發(fā)生烹調(diào)和加工后的二次腸道致病病毒感染。

由于海洋環(huán)境被污染，包括牡蠣、貽貝、蛤、文蛤和甲殼類動物，如螃蟹、蝦等水產(chǎn)品被認(rèn)為是腸道致病病毒感染和傳播的途徑之一。正鏈RNA病毒，如諾沃克病毒、甲型肝炎病毒和腸病毒存在于這些水產(chǎn)品的消化系統(tǒng)腺體和鰓中。經(jīng)常食用生鮮貝類或只經(jīng)過輕微煮熟的水產(chǎn)品，會大大增加感染腸道致病病毒的幾率。研究證明，經(jīng)常食用處理不徹底或未經(jīng)處理的污水排放水域出產(chǎn)的水產(chǎn)品的消費(fèi)者中，出現(xiàn)由諾瓦克氏病毒引發(fā)的胃腸炎以及肝炎病例較多。收獲地點(diǎn)接近生活污水排放地點(diǎn)的水產(chǎn)品檢測顯示，致病腸病毒經(jīng)常呈陽性。

4 腸道致病病毒檢測的發(fā)展方向

現(xiàn)行的安全標(biāo)準(zhǔn)，利用環(huán)境中的常見的細(xì)菌作為檢驗(yàn)指標(biāo)。如大腸菌或腸球菌，這些評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)僅僅是代表病原細(xì)菌或原生生物，但這個(gè)檢驗(yàn)指標(biāo)并不能直接反映腸道致病病毒含量。目前，對于腸道致病病毒的檢測，需要專門的實(shí)驗(yàn)室和技術(shù)進(jìn)行組織培養(yǎng)、電子顯微鏡和免疫檢驗(yàn)等作為主要檢測手段。在一些國家對于廢水排放處理不當(dāng)和監(jiān)測不足，經(jīng)常會造成病毒引起的胃腸炎爆發(fā)。

目前，利用分子生物學(xué)手段能夠更快速、準(zhǔn)確、高效地進(jìn)行腸道致病病毒檢測。其中以聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)為主的檢測方法是相對迅速和便捷的。在傳統(tǒng)PCR的基礎(chǔ)上，近年來即時(shí)定量PCR的出現(xiàn)大大提高了PCR的靈敏性，并能夠準(zhǔn)確地檢測樣本的血清型。在消除PCR檢測的干擾因素的研究方面，多數(shù)研究都集中在包括利用凝膠過濾、免疫學(xué)、蛋白等電點(diǎn)聚集等方法，這些方法都是建立在利用牛肉浸提物電荷莫吸附吸附及溶解洗脫方法的基礎(chǔ)上。

通過利用即是定量PCR等前沿分子生物學(xué)方法開展對腸道致病病毒的研究和檢測，能夠有效提高水體中病毒檢出效率，對提高人類社會健康水平起到關(guān)鍵的作用。

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