豬流感病毒的進(jìn)化及其對(duì)人類(lèi)的威脅

卜欣欣, 龍進(jìn)學(xué), 顧 敏,3*, 劉秀梵,3*

(1. 揚(yáng)州大學(xué) 獸醫(yī)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009；2. 蘇州艾棣維欣動(dòng)物藥品有限公司，江蘇蘇州 215100；3. 江蘇高校動(dòng)物重要疫病與人獸共患病防控協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇揚(yáng)州 225009)

豬流感(Swine influenza, SI)是由豬流感病毒(Swine influenza virus, SIV)引起豬的一種急性、熱性、高度接觸性呼吸道傳染病，以發(fā)病突然、傳播迅速、康復(fù)快、死亡率低為特征，是集約化、規(guī)模化豬場(chǎng)常見(jiàn)的季節(jié)性疾病，常見(jiàn)的病毒亞型包括H1N1、H3N2和H1N2等，各亞型豬流感在世界各國(guó)均有發(fā)生和流行，給養(yǎng)豬業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1-2]。另外，豬流感也對(duì)人類(lèi)健康構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。一方面，由于豬的呼吸道上皮細(xì)胞同時(shí)具有識(shí)別和結(jié)合人流感病毒與禽流感病毒的唾液酸受體，被證實(shí)是人和禽流感病毒重要的中間宿主，發(fā)揮著基因“混合器”(Mixing vessel)的作用。多種流感病毒的共感染，使豬體內(nèi)的流感病毒不斷發(fā)生基因重組和進(jìn)化變異，而新產(chǎn)生的變異病毒可能具有危害公共衛(wèi)生安全的潛在風(fēng)險(xiǎn)[3]。另一方面，豬流感病毒可以突破種間屏障，直接由豬傳播至人，部分病毒株還可在人際間有效傳播。例如，距離我們最近的2009 H1N1流感大流行，其病原的多個(gè)基因片段均與豬流感病毒關(guān)系緊密，被認(rèn)為最可能來(lái)源于豬流感；而且病毒適應(yīng)人群后表現(xiàn)出了在人群中高效傳播的特性，嚴(yán)重病例可以導(dǎo)致重癥肺炎和呼吸衰竭并引起死亡[4]。因此，掌握豬流感病毒的基因組進(jìn)化規(guī)律，了解其在豬群中的流行狀況及對(duì)人類(lèi)的潛在威脅，可以為大流感預(yù)警的相關(guān)研究提供參考。

1 豬流感概述

1.1 豬流感病毒的基因結(jié)構(gòu)

豬流感病毒屬于A(yíng)型流感病毒，病毒粒子形態(tài)多樣，多數(shù)呈球形，直徑約為80～120 nm。病毒基因組為有囊膜、單股負(fù)鏈、分8個(gè)節(jié)段的RNA，編碼的蛋白至少包括堿性聚合酶2(Polymerase basic 2, PB2)、堿性聚合酶1(Polymerase basic 1, PB1)、酸性聚合酶(Polymerase acid, PA)、血凝素(Hemagglutinin, HA)、核蛋白(Nucleoprotein, NP)、神經(jīng)氨酸酶(Neraminidase, NA)、基質(zhì)蛋白1(Matrix protein 1, M1)、基質(zhì)蛋白2(Matrix protein 2, M2)、非結(jié)構(gòu)蛋白(Nonstructural protein 1, NS1)和核輸出蛋白(Nuclear export protein, NEP)等[5]。病毒RNA聚合酶復(fù)合體vRNP由3種聚合酶蛋白PB2、PB1和PA以及NP組成，具有轉(zhuǎn)錄和核酸內(nèi)切酶活性。HA是病毒的主要囊膜糖蛋白，由前體形式HA0裂解為HA1和HA2后，對(duì)于細(xì)胞融合以及結(jié)合細(xì)胞表面受體均起到重要作用。NA可清除細(xì)胞表面的唾液酸受體，有利于子代病毒粒子的釋放和進(jìn)一步感染細(xì)胞。M1除具有維持病毒形態(tài)的作用外，還可調(diào)節(jié)病毒轉(zhuǎn)錄酶活性，對(duì)于子代病毒粒子的裝配起重要作用；M2是離子通道蛋白。NS1主要作用是抵抗干擾素介導(dǎo)的抗病毒反應(yīng)；NEP蛋白可影響病毒RNP的聚合酶活性[5]。目前，根據(jù)HA和NA的抗原性差異，可以將A型流感病毒分為18個(gè)HA亞型(H1～H18)和11個(gè)NA亞型(N1～N11)[4]。

1.2 豬流感的簡(jiǎn)史

據(jù)資料記載，1918年美國(guó)Iowa豬展上，有部分豬發(fā)病嚴(yán)重甚至死亡，將健康豬與幸存豬接觸后也出現(xiàn)了同樣的癥狀，且出現(xiàn)的臨床和病理學(xué)癥狀與人流感有很多相似之處，因此Koen等人將其稱(chēng)為“流感(Influenza)”[6]。直到1930年，美國(guó)研究員Shope才首次證實(shí)了此病由豬流感病毒引起，并且從北美豬群中分離到了第一株H1N1亞型豬流感病毒，屬于經(jīng)典豬流感病毒(Classical swine H1N1，CS H1N1 SIV)[7-8]。

目前，全世界各地區(qū)主要流行的豬流感病毒有三種亞型：H1N1、H3N2和H1N2亞型。但由于地域差異，各亞型病毒基因片段的來(lái)源不盡相同，主要有經(jīng)典豬流感H1N1、歐亞類(lèi)禽H1N1、類(lèi)人H3N2、基因重配的H3N2及多基因型的H1N2亞型[1-2，9]，表現(xiàn)為遺傳多樣性。所謂“類(lèi)”，表示病毒的最初宿主來(lái)源，這是流感病毒跨物種傳播的結(jié)果[2]。此外，還從豬群中分離到了未能在豬群穩(wěn)定流行的亞型，如H1N7、H2N3、H3N1、H3N3、H3N6、H3N8、H4N6 、H4N8、H5N1、H7N2和H9N2[1-2，5，9]。

1.3 豬流感的癥狀

豬流感病毒可引起不同日齡、性別和品種豬發(fā)生急性、熱性和高度接觸性、群發(fā)性呼吸道疾病，其臨床上以突發(fā)高熱、咳嗽、噴嚏、呼吸困難、妊娠母豬流產(chǎn)或繁殖性能下降為主要癥狀。豬流感單獨(dú)感染的結(jié)果僅為病毒性肺炎，若無(wú)其他病原感染情況下，感染豬在疾病暴發(fā)后恢復(fù)很快。然而，豬流感病毒感染豬后，通常會(huì)損害豬的免疫系統(tǒng)，造成免疫力下降，甚至免疫抑制，使得豬易于繼發(fā)感染或混合感染豬繁殖與呼吸綜合征、豬圓環(huán)病毒病、豬支原體肺炎、鏈球菌病和胸膜肺炎放線(xiàn)桿菌病等疾病，給養(yǎng)豬業(yè)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失[1，8]。

人也可以感染豬流感病毒。感染病毒的豬或人是主要的傳染源，隱性感染者也具有傳染性。人感染豬流感的潛伏期尚不明確，參照流感的潛伏期一般為1～3 d。臨床癥狀與流感相似，包括發(fā)熱、咳嗽、咽痛、軀體疼痛、頭痛、畏寒和疲勞等。有些人還會(huì)出現(xiàn)腹瀉和嘔吐，甚至引起嚴(yán)重疾病(肺炎和呼吸衰竭)和死亡，威脅人類(lèi)健康[6]。

2 豬流感病毒的基因組進(jìn)化

2.1 重要氨基酸位點(diǎn)的突變

研究表明，豬流感病毒蛋白的重要氨基酸位點(diǎn)發(fā)生突變，會(huì)對(duì)其功能或病毒特性產(chǎn)生重要影響。例如，HA蛋白的226位是影響病毒宿主特異性的主要因素。L226對(duì)唾液酸(SA-α-2, 6-Gal)有較高的親和力，主要感染人類(lèi)呼吸道上皮細(xì)胞；Q226對(duì)唾液酸(SA-α-2, 3-Gal)有較高的親和力，傾向于特異性結(jié)合禽類(lèi)上皮細(xì)胞；而M226可同時(shí)結(jié)合禽源和人源受體[4]。另外，當(dāng)1918大流感H1N1亞型流感病毒HA蛋白發(fā)生E190D和/或G225D/E的位點(diǎn)突變時(shí)，可能導(dǎo)致其受體結(jié)合特性由偏嗜禽源SA-α-2,3-Gal轉(zhuǎn)變?yōu)槿嗽碨A-α-2, 6-Gal[10-11]。除此之外，PB2 蛋白的 271 位、 627 位和 701 位氨基酸位點(diǎn)可以影響 A型流感病毒對(duì)宿主的選擇，也是病毒致病力的重要決定位點(diǎn)。發(fā)生T271A 突變能顯著增強(qiáng) PB2 多聚酶活性，增加對(duì)哺乳動(dòng)物的感染能力[12]；當(dāng)?shù)?27位由E突變?yōu)镵時(shí)，流感病毒的毒力明顯增強(qiáng)，轉(zhuǎn)變?yōu)楦咧虏⌒裕殉蔀橹匾姆肿訕?biāo)記；701位氨基酸為N時(shí)，重組病毒可獲得在哺乳動(dòng)物宿主內(nèi)進(jìn)行復(fù)制和傳播的能力[12-13]。若NS1蛋白92位氨基酸為D時(shí)，病毒表現(xiàn)為低致病性；當(dāng)突變?yōu)镋時(shí)，則病毒的致病力增強(qiáng)[13]。M2蛋白跨膜區(qū)域是金剛烷胺類(lèi)藥物的作用靶點(diǎn)，當(dāng)存在L26F、 V27A、 A30T、 S31N和G34E等氨基酸變異中的至少一個(gè)位點(diǎn)突變就會(huì)導(dǎo)致耐藥毒株的出現(xiàn)。同樣，NA 蛋白若出現(xiàn) H274Y、N294S的氨基酸位點(diǎn)變異，病毒就會(huì)對(duì)達(dá)菲、扎那米韋等神經(jīng)氨酸酶抑制劑類(lèi)的抗流感病毒藥物不敏感[14]。

2.2 基因片段的重組

由于A(yíng)型流感病毒基因組分節(jié)段的特性，當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)病毒株共同感染宿主細(xì)胞時(shí)，就有可能發(fā)生相互間RNA片段的交換[15]。并且，在轉(zhuǎn)錄和復(fù)制過(guò)程中，每個(gè)vRNP都可以作為獨(dú)立的功能單元，又增加了進(jìn)行基因重配(Reassortment)的機(jī)會(huì)[16]。重組產(chǎn)生的新病毒有可能獲得新的病毒特征，并可能具有在人群中引起流行甚至是大流行的潛在風(fēng)險(xiǎn)。普遍認(rèn)為，除了1918大流感，歷史上的幾次流感大流行均與A型流感病毒的基因重配密切相關(guān)[17]。例如，遺傳進(jìn)化分析顯示，1957年亞洲大流感的H2N2亞型病毒是在1918年H1N1大流行病毒的骨架上重組了類(lèi)禽來(lái)源的PB1、HA和NA基因而產(chǎn)生，并發(fā)生了抗原性從H1N1到H2N2的轉(zhuǎn)換。此后，該H2N2亞型病毒又進(jìn)一步引入了類(lèi)禽來(lái)源的HA和PB1基因，產(chǎn)生了另一種重組病毒，導(dǎo)致了1968年香港H3N2大流感[18]。而2009年始發(fā)于墨西哥的H1N1大流感也是基因重配的產(chǎn)物，其基因組的構(gòu)成包括類(lèi)禽來(lái)源的PB2和PA基因，人類(lèi)季節(jié)性H3N2 亞型流感的PB1基因，CS H1N1 SIV的HA、NP和NS 基因，以及歐洲類(lèi)禽豬流感病毒的NA和M基因[15,18]。

2.3 豬群中的流行情況

豬流感最初于1918大流感時(shí)期在美國(guó)被發(fā)現(xiàn)，1930年分離鑒定出其病原，為CS H1N1 SIV[7-8]。隨后，該病毒就在亞洲和北美的豬群中廣泛存在[19]。然而，1979年在比利時(shí)分離到一株全禽源基因的新型H1N1病毒，是由禽H1N1流感病毒跨物種傳播到豬所產(chǎn)生，被命名為歐亞類(lèi)禽H1N1豬流感病毒(Euroasian avian-like H1N1 SIV,EA H1N1 SIV)[2,19]。此后，這類(lèi)病毒以其抗原性發(fā)生了顯著改變的優(yōu)勢(shì)，迅速取代了CS H1N1 SIV，成為歐洲地區(qū)主要流行的豬流感病毒[19-20]。但在世界上的其他一些國(guó)家，CS H1N1 SIV依然在豬群中流行，并仍占據(jù)重要地位[20]。對(duì)于H3N2亞型豬流感病毒，最早在臺(tái)灣地區(qū)的豬體內(nèi)分離到了類(lèi)人1968香港H3N2大流感病毒[21]，隨后在世界多地的豬群中也檢測(cè)到該病毒。H1N2亞型豬流感病毒則于1978年在日本首次被分離，是CS H1N1 SIV的基因骨架重組了類(lèi)人H3N2大流感病毒的NA基因而產(chǎn)生的重配病毒，并在日本廣泛傳播[22]。并且，1994年來(lái)，包括英國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家從豬群中分離到了多種復(fù)雜基因型的H1N2亞型流感病毒[22-23]。

在我國(guó)，豬流感于1969年首次分離于臺(tái)灣地區(qū)的豬群中，為類(lèi)人H3N2香港大流感病毒[21]。此后，國(guó)內(nèi)大部分地區(qū)豬群中均有該病毒的流行。1991年，郭元吉等[24]首次從北京地區(qū)豬群中分離出了CS H1N1 SIV。1993～1994年，EA H1N1 SIV開(kāi)始在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)，并與CS H1N1 SIV在華南地區(qū)形成共同流行[25]。2004年，第一例H1N2亞型豬流感病毒感染出現(xiàn)在浙江豬群中[8]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)豬群中還分離出由禽流感病毒的PB2和PA、類(lèi)人H3N2大流感病毒的PB1和NA，以及CS H1N1 SIV的HA、NP、M和NS基因重組而成的三源重組H1N2亞型流感病毒[22,26]。2005年后，盡管也能從豬群中分離到CS H1N1 SIV和三源重組H1N2流感病毒，但EA H1N1 SIV開(kāi)始占據(jù)主導(dǎo)地位，并且類(lèi)人H3N2大流感病毒逐漸消失[27]。2009年H1N1流感大流行后的兩三年內(nèi)，該病毒廣泛流行于江蘇、湖北以及廣東等地區(qū)豬群[28-29]；而此后分離到的多是與其它病毒重組產(chǎn)生的重配體。此外，還從豬群中零星地分離到許多其它亞型，如具有全禽源基因組的H9N2、H5N1、H4N8、H6N6亞型流感病毒，以及含有馬源基因的H3N8亞型流感病毒，但這些病毒尚未在豬群中建立穩(wěn)定流行[8,25,27]。

3 豬流感病毒對(duì)人類(lèi)的威脅

3.1 豬流感病毒直接感染人

北美、歐洲和亞洲分別于1974年、1983年、1999年首次從人身上分離到豬流感病毒，分別是CS H1N1 SIV，EA H1N1 SIV和H3N2亞型豬流感病毒[30-32]。這說(shuō)明豬流感病毒在自然條件下可以感染人類(lèi)。另外，2002年和2008年分別發(fā)生在瑞士和西班牙的2例人感染豬流感病毒案例，感染的病毒均為EA H1N1 SIV，且感染者均有豬群暴露史[33]。而2009年始發(fā)于墨西哥的H1N1流感大流行波及了215個(gè)國(guó)家，造成了數(shù)十萬(wàn)人的死亡，更是成為豬流感病毒發(fā)生基因重組并突破種間屏障感染人的有力證據(jù)[24,34]。遺傳進(jìn)化分析表明，該病毒基因組同時(shí)含有豬、禽和人流感病毒的基因片段，分別是：NA和M基因來(lái)源于1979年以后在歐亞大陸流行的EA H1N1 SIV；HA、NP和NS基因來(lái)源于北美豬群中的CS H1N1 SIV； PB2和PA基因來(lái)源于自1998年引入到北美豬群的禽流感病毒；PB1基因則來(lái)源于人類(lèi)季節(jié)性H3N2 亞型流感病毒[19,22]。進(jìn)一步的重組研究發(fā)現(xiàn)，2009 H1N1大流感病毒的PA，NA，M和NS基因可能有助于產(chǎn)生的重組型流感病毒的傳播[35]。2011年，一名中國(guó)兒童感染EA H1N1 SIV后患嚴(yán)重肺炎，并最終死亡，這也是中國(guó)大陸第一例人感染豬流感病毒事件[36]。

3.2 人群中血清陽(yáng)性率情況

目前，利用血清學(xué)方法調(diào)查人群中禽流感病毒感染率的研究較多，而評(píng)估人群中豬流感病毒抗體水平的調(diào)查卻相對(duì)較少，因此人群中豬流感病毒的流行情況尚待完善[6]。2007年，國(guó)外學(xué)者對(duì)墨西哥某大型豬肉生產(chǎn)州的工作人員(暴露人群)和非工作人員(未暴露人群)就人群中人季節(jié)性H3N2、H1N1亞型流感病毒以及H3N2、H1N1亞型豬流感病毒共4種病毒的血清陽(yáng)性率進(jìn)行了調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)僅H3N2和H1N1亞型豬流感病毒的暴露人群血清陽(yáng)性率顯著高于未暴露人群；并且暴露人群對(duì)H3N2亞型豬流感病毒的血清陽(yáng)性率明顯高于H1N1亞型豬流感病毒[37]。2014年，國(guó)內(nèi)也有相關(guān)研究表明豬場(chǎng)工作人員對(duì)H3N2亞型豬流感病毒(該檢測(cè)病毒為經(jīng)典H1N1豬流感病毒和人H3N2流感病毒組成的二源重組病毒)的血清陽(yáng)性率同樣明顯高于非豬場(chǎng)工作人員[33]。鑒于此，包括墨西哥和中國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家和地區(qū)進(jìn)行了人群中豬流感病毒抗體水平的相關(guān)研究[37-38]，這些血清學(xué)調(diào)查結(jié)果表明從事養(yǎng)豬業(yè)的人員，特別是頻繁接觸豬群者，如豬肉加工處理人員、獸醫(yī)等，被豬流感病毒感染的風(fēng)險(xiǎn)要高于普通人群。

4 結(jié) 語(yǔ)

基因重組是A型流感病毒進(jìn)化和跨宿主傳播的重要過(guò)程之一，也是新型流感病毒產(chǎn)生的主要機(jī)制。豬流感病毒可以突破種間屏障，直接由豬傳播至人，危害人類(lèi)健康。此外，部分變異病毒株還可在人際間進(jìn)行傳播，對(duì)于引發(fā)新的流感大流行是一個(gè)很大的威脅。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，大型集約化養(yǎng)豬場(chǎng)的興起逐漸替代了傳統(tǒng)的散戶(hù)養(yǎng)殖模式，一定程度上降低了多種宿主來(lái)源的流感病毒在豬體內(nèi)進(jìn)行基因重配并產(chǎn)生具有潛在危害性重組病毒的可能，但該風(fēng)險(xiǎn)依然存在。因此，加強(qiáng)豬流感病毒的分子流行病學(xué)監(jiān)測(cè)研究，對(duì)于可能由豬流感病毒的持續(xù)進(jìn)化和變異而引發(fā)的流感大流行預(yù)警具有重要意義。