生物多樣性與動(dòng)物攜帶漢坦病毒相關(guān)性

靳鐵治，陳曉寧，侯 祥，吳 瑞，陳海龍，馬超鋒，王開(kāi)鋒

(1.陜西省動(dòng)物研究所, 西安 710032； 2.西安市疾病預(yù)防控制中心，西安 710054)

腎綜合征出血熱(HFRS, Hemorrhagic Fever with Renal Syndrome)又稱流行性出血熱(EHF, Epidemic Hemorrhagic Fever)，是由漢坦病毒(HV，Hanta virus)引起、以鼠類動(dòng)物等宿主動(dòng)物為主要媒介傳播的自然疫源性疾病[1-2]。宿主動(dòng)物的生態(tài)學(xué)特征與病原傳播有著密切的相互關(guān)系。邰發(fā)道等認(rèn)為，出血熱發(fā)病與嚙齒動(dòng)物密度成正相關(guān)，但發(fā)病率與動(dòng)物密度間存在有2個(gè)月遲滯效應(yīng)[3]。姜佳富對(duì)北京市的HFRS宿主動(dòng)物進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明宿主動(dòng)物年齡、體重、繁殖狀況以及身體疤痕與漢坦病毒的傳播密切相關(guān)[4]。多年以來(lái)，西安地區(qū)腎綜合征出血熱發(fā)病率呈現(xiàn)持續(xù)上升態(tài)勢(shì)，疫源地面積逐漸擴(kuò)大，新的疫源地不斷被發(fā)現(xiàn)，在新的物種體內(nèi)檢測(cè)到漢坦病毒，HV病毒擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)明顯增大[5-8]。Engelthaler認(rèn)為出血熱的傳播主要與當(dāng)?shù)氐臈⒌亟Y(jié)構(gòu)類型有關(guān)，尤其是與大尺度的環(huán)境變化密切相關(guān)[9]。西安市作為腎綜合征出血熱的高發(fā)地區(qū)，隨著城市化進(jìn)程加速，宿主動(dòng)物的棲息地環(huán)境發(fā)生了較大變化，但當(dāng)前對(duì)西安市的宿主動(dòng)物的群落生態(tài)特征在HFRS傳播過(guò)程中的影響報(bào)道較少，尤其是對(duì)動(dòng)物多樣性在漢坦病毒傳播過(guò)程的影響研究較少，于是我們對(duì)西安市周邊環(huán)境的HFRS宿主動(dòng)物進(jìn)行了調(diào)查研究，嘗試從宿主動(dòng)物生物多樣性方面揭示當(dāng)?shù)爻鲅獰岬膫鞑C(jī)制，為當(dāng)?shù)氐某鲅獰岱揽靥峁┍匾募夹g(shù)支持。

1 材料與方法

根據(jù)西安地區(qū)近年來(lái)HFRS的發(fā)病率及病例分布特征，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐募韧{(diào)查出血熱宿主動(dòng)物棲息地環(huán)境特征資料，我們抽樣選擇具有代表意義的區(qū)域作為研究區(qū)域，按照不同季節(jié)在西安地區(qū)戶縣、長(zhǎng)安區(qū)、周至等地開(kāi)展腎綜合征出血熱宿主動(dòng)物群落動(dòng)態(tài)調(diào)查，調(diào)查生境根據(jù)環(huán)境特征劃分為3個(gè)生境類型：山地、農(nóng)田和撂荒地，按季節(jié)依不同生境采用夾夜法對(duì)當(dāng)?shù)厮拗鲃?dòng)物開(kāi)展調(diào)查，黃昏開(kāi)始布設(shè)捕鼠設(shè)備，次日收獲，調(diào)查統(tǒng)計(jì)動(dòng)物的不同生境密度變化及種類分布特征。生物安全柜內(nèi)解剖提取鼠肺，放入帶有唯一編號(hào)的凍存管內(nèi)，置于液氮罐以備以后進(jìn)行集中病毒檢測(cè)。

1.1 病毒檢測(cè)

首先使用組織研磨器將待檢測(cè)動(dòng)物肺臟均質(zhì)，然后用Trizol從其組織中提取RNA，依照Trizol試劑公司使用說(shuō)明書進(jìn)行過(guò)程操作。RNA提取后進(jìn)行空氣干燥，干燥后溶于DEPC處理水溶液中，利用六堿基隨機(jī)引物合成cDNA，按照《全國(guó)腎綜合征出血熱監(jiān)測(cè)方案(試行)》中漢坦病毒基因分型方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果

2.1 不同生境動(dòng)物多樣性與動(dòng)物攜帶病毒情況

生物多樣性是維持生態(tài)系統(tǒng)平衡的重要因素，生物多樣性指數(shù)對(duì)研判一個(gè)地區(qū)的物種生態(tài)平衡有著重要意義。Shannon-Wiener (H′)值綜合反映群落物種豐富度，從3種不同生境的H′值的表現(xiàn)來(lái)看，山地生境的H′指數(shù)值最高，具體數(shù)值為1.873，反映出在山地環(huán)境條件下物種種類最為豐富，物種多樣性程度最高，該棲息地生境類型群落結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定；農(nóng)田生境和撂荒地生境的H′值較低，反映了該類型棲息地環(huán)境物種豐富度較低，動(dòng)物種類分布較少。dMa值可以從物種數(shù)量方面更加直觀地反映群落的生物多樣性程度，不同生境類型中，山地生境dMa值表現(xiàn)為最高(1.344)，農(nóng)田生境次之，撂荒地最低(0.251)。E值表達(dá)群落中物種間數(shù)量分布的均勻程度，本地區(qū)動(dòng)物多樣性指數(shù)E的變化趨勢(shì)與H′值的變化趨勢(shì)表現(xiàn)趨于一致，同樣表現(xiàn)為山地的均勻度指數(shù)最高(0.901)，農(nóng)田的指數(shù)最低(0.173)，撂荒地均勻度指數(shù)處于中間，反映出農(nóng)田和撂荒地的物種數(shù)量分布不均衡。λ值主要反映群落的物種優(yōu)勢(shì)度水平，從不同生境的λ值指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)，農(nóng)田生境的優(yōu)勢(shì)度集中水平最高，撂荒地生境的物種優(yōu)勢(shì)度水平相對(duì)較高，這兩種生境優(yōu)勢(shì)種種群數(shù)量占據(jù)了群落內(nèi)分布的絕對(duì)數(shù)量，對(duì)應(yīng)的λ值也較高，分別為0.921和0.901；而山地的λ值表現(xiàn)為最低(0.185)，表明其群落優(yōu)勢(shì)度不明顯，物種分布相對(duì)較為分散(表1)。宿主動(dòng)物帶毒指數(shù)可以直接地反映一定區(qū)域內(nèi)病原微生物的傳播風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)宿主動(dòng)物漢坦病毒帶毒指數(shù)>0.1就意味著腎綜合征出血熱在該區(qū)域的擴(kuò)散傳播風(fēng)險(xiǎn)加大，急需采取必要的措施加以預(yù)防控制。本次調(diào)查當(dāng)?shù)剞r(nóng)田、撂荒地和山地這3種生境的帶毒指數(shù)都未超過(guò)0.1，說(shuō)明當(dāng)前本地區(qū)的腎綜合征出血熱疫情風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，山地生境的帶毒指數(shù)為零，表明該生境沒(méi)有發(fā)現(xiàn)攜帶病毒的宿主動(dòng)物，而山地生境的生物多樣性指數(shù)最高，可見(jiàn)區(qū)域生物多樣性對(duì)宿主動(dòng)物傳播漢坦病毒起到了一定的抑制作用。

表1 不同生境生物多樣性指數(shù)及帶毒指數(shù)Table 1 Index of virus carriage of host animal and biodiversity in different habitat types

2.2 多樣性指數(shù)與宿主帶毒率的關(guān)系

結(jié)合不同生境調(diào)查到的動(dòng)物攜帶漢坦病毒情況可以了解，本次調(diào)查所有攜帶漢坦病毒的宿主動(dòng)物均捕獲于農(nóng)田和撂荒地，不同生境的生物多樣性調(diào)查結(jié)果顯示，農(nóng)田和撂荒地的群落多樣性指數(shù)最低，因此我們推測(cè)，群落生物多樣性豐富程度可能與動(dòng)物攜帶漢坦病毒的情況存在負(fù)相關(guān)的關(guān)系。于是，我們對(duì)不同樣方的生物多樣性指數(shù)與帶毒率進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：帶毒率與H′指數(shù)呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(R2=0.4255,P<0.01)，帶毒率隨H′指數(shù)的增加而下降，與dMa值、E值都呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(R2=0.4368,P<0.01;R2=0.3321,P<0.05)，與λ指數(shù)成顯著正相關(guān)(R2=0.5039,P<0.01)，表明隨著物種優(yōu)勢(shì)度的增加而病毒傳播風(fēng)險(xiǎn)增大(見(jiàn)圖1)。

圖1 動(dòng)物帶毒率與生物多樣性指數(shù)相關(guān)性Fig 1 The correlation between biodiversity index and animal carring HV

a:宿主動(dòng)物帶毒率與Shannon-Wiener(H′)指數(shù)的相關(guān)性;b:宿主動(dòng)物帶毒率與Margalef(dMa)指數(shù)的相關(guān)性；c:宿主動(dòng)物帶毒率與Evenness(E)指數(shù)的相關(guān)性；d:宿主動(dòng)物帶毒率與Simpson′s ominance(λ)指數(shù)的相關(guān)性

3 討論

生物多樣性是一個(gè)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的重要指標(biāo)，生物多樣性指數(shù)代表了一個(gè)區(qū)域動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的構(gòu)成模式，能夠準(zhǔn)確地反映一個(gè)區(qū)域的動(dòng)物豐富程度，影響一個(gè)群落變遷的發(fā)生發(fā)展趨勢(shì)。近年來(lái)，有不少專家學(xué)者探究了群落多樣性與宿主動(dòng)物疾病傳播過(guò)程的相互關(guān)系。Logiudice研究結(jié)果顯示：豐富的物種多樣性可顯著降低萊姆病的擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)，物種多樣性與萊姆病發(fā)病率呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，群落內(nèi)生物多樣性越豐富的地區(qū)，萊姆病主要宿主動(dòng)物(白足鼠peromyscusleucopus)的病毒感染率越低，進(jìn)而降低向人類傳播萊姆病的概率[10]。Ezenwa的研究結(jié)果顯示，在西尼羅河病毒(West Nile virus)傳播過(guò)程方面同樣存在著類似情況，西尼羅河病毒傳播過(guò)程與鳥(niǎo)類物種多樣性存在顯著負(fù)相關(guān)，美國(guó)非鳴禽鳥(niǎo)類可在一定程度上抑制宿主動(dòng)物(蚊子)的帶毒率，進(jìn)而降低西尼羅河病毒的傳播風(fēng)險(xiǎn)[11]。另外一項(xiàng)關(guān)于漢坦病毒與嚙齒動(dòng)物之間相互關(guān)系的調(diào)查結(jié)果顯示：嚙齒動(dòng)物物種生物多樣性的增加可以導(dǎo)致相應(yīng)捕食者種群數(shù)量的增加，這樣有利于保持嚙齒動(dòng)物種群數(shù)量處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的可控范圍，進(jìn)而抑制漢坦病毒從宿主動(dòng)物向人類的擴(kuò)散傳播[12]。綜合西安市近年來(lái)腎綜合征出血熱宿主動(dòng)物監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，當(dāng)?shù)氐乃拗鲃?dòng)物攜帶病毒情況與鼠型動(dòng)物的生物多樣性密切相關(guān)，西安市農(nóng)田和撂荒地物種多樣性指數(shù)dMa值較低，表明農(nóng)田和撂荒地生境動(dòng)物物種多樣性組成簡(jiǎn)單；λ指數(shù)同樣是農(nóng)田和撂荒地生境較低，說(shuō)明了該生境優(yōu)勢(shì)度明顯。群落里物種組成簡(jiǎn)單且優(yōu)勢(shì)度較高，這樣不利于保持種群穩(wěn)定，可能造成種群由于某種干擾因素引起種群劇烈波動(dòng)，這可能也是解釋西安市腎綜合征出血熱年度發(fā)病率波動(dòng)的原因之一。Engelthaler認(rèn)為出血熱的傳播主要與當(dāng)?shù)氐臈⒌亟Y(jié)構(gòu)類型有關(guān)，尤其是與大尺度的環(huán)境變化密切相關(guān)[9]。在物種單一的群落結(jié)構(gòu)內(nèi)部，宿主動(dòng)物作為群落內(nèi)部的優(yōu)勢(shì)種，自然條件適合宿主動(dòng)物繁衍的年份，由于群落內(nèi)部的平衡調(diào)節(jié)機(jī)制較弱，因此外在條件對(duì)種群結(jié)構(gòu)的影響會(huì)被放大，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致宿主動(dòng)物種群數(shù)量的爆發(fā)，進(jìn)而傳導(dǎo)至出血熱人間疫情，提高出血熱的發(fā)病率，反之在不適合宿主動(dòng)物生產(chǎn)的年份，宿主動(dòng)物密度下降，出血熱的發(fā)病也隨之下降，當(dāng)下降到一定程度，動(dòng)物能獲得的資源開(kāi)始重新分配，種群又一次開(kāi)始循環(huán)上升，由此引起出血熱的發(fā)病率周期性波動(dòng)。西安市鼠型動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且優(yōu)勢(shì)度明顯，黑線姬鼠為當(dāng)?shù)匾巴馐笮蛣?dòng)物的優(yōu)勢(shì)種，數(shù)量占野外全部捕獲動(dòng)物數(shù)量的70%左右，且分布密度較高，在群落結(jié)構(gòu)內(nèi)部的資源占用分配過(guò)程中，勢(shì)必加劇種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)，空間、食物資源爭(zhēng)奪激烈繼而引起相互接觸、打斗的概率增加，勢(shì)必造成病毒在種群內(nèi)部的加速傳播，進(jìn)而使宿主動(dòng)物的帶毒率增加，最終導(dǎo)致宿主動(dòng)物攜帶病毒向人間傳播擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)加劇。本次調(diào)查山地生境動(dòng)物未檢測(cè)出攜帶漢坦病毒，山地生境物種多樣性最為豐富可能是影響宿主動(dòng)物傳播病毒的關(guān)鍵因素；另外山地生境作為自然屏障對(duì)宿主動(dòng)物的種群交流造成一定的阻隔，調(diào)查地區(qū)西安市位于秦嶺北麓，秦嶺山地相對(duì)關(guān)中平原溫度較低，當(dāng)?shù)氐臐h坦病毒主要宿主動(dòng)物——黑線姬鼠，在海拔1700 m以上區(qū)域分布較少，我們調(diào)查的結(jié)果表明漢坦病毒在陜西省的傳播主要位于陜西省中部的渭河谷地，在陜西南部的秦巴山區(qū)和陜西北部的丘陵溝壑區(qū)和荒漠區(qū)幾乎沒(méi)有出血熱的發(fā)病，這也與Engelthaler的調(diào)查結(jié)果趨于一致。Engelthaler認(rèn)為在盆地和草原棲息地類型感染率較高，在山地森林感染率比較低。

4 小結(jié)

總體而言，西安市當(dāng)?shù)氐某菂^(qū)近郊及周邊農(nóng)村的宿主動(dòng)物多樣性較低，物種構(gòu)成簡(jiǎn)單且優(yōu)勢(shì)度明顯，該情況受到自然因素引起的種群波動(dòng)潛在風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)加大，因此加強(qiáng)宿主動(dòng)物的生態(tài)監(jiān)測(cè)并結(jié)合自然地理因素和氣候條件的調(diào)查，可以更加準(zhǔn)確地反映出血熱的發(fā)展趨勢(shì)，指導(dǎo)我們進(jìn)行更加有效地防控。

[1]ARIKAWA J, SCHMALJOHN A L, DALRYMPLE J M, et al.Characterization of Hantaan virus envelope glycoprotein antigenic determinants defined by monoclonal antibodies[J].J Gen Virol, 1989, 70(Pt 3):615-624.

[2]ZHANG Y Z，ZOU Y，F(xiàn)U Z F，et al．Hantavirus infections in humans and animals，China[J]．Emerg Infect Dis，2010，16(8)：1195-1203.

[3]邰發(fā)道，王廷正，孫懷玉.腎綜合征出血熱發(fā)生的逐步回歸分析及測(cè)報(bào)研究[J].中國(guó)媒介生物學(xué)傳播與控制雜志, 1998，9(4)：241-245.

[4]姜佳富．北京地區(qū)漢坦病毒宿主動(dòng)物生態(tài)學(xué)與流行病學(xué)調(diào)查研究[D]．北京: 中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院，2005

[5]雷新耀，楊 海，頡戈鵬．陜西省地貌特征與漢坦病毒分布關(guān)系研究[J]．中國(guó)公共衛(wèi)生管理，2009，25(5)：532-534.

[6]JIANG J F, ZHANG W Y, YAO K．et al．A new Hantaan-like virus in rodents (Apodemuspeninsulae) from Northeastern China[J]．VirusRes, 2007, 130 (1-2)：292-295.

[7]靳鐵治，馬超鋒，鄭海潮，等.西安市首次發(fā)現(xiàn)北小麝鼩攜帶漢坦病毒核酸[J]．中國(guó)病原生物學(xué)雜志, 2011，6(8)：565-566.

[8]TIAN H Y, YU P B, ANGELA D, et al.Changes in rodent abundance and weather conditions potentially drive hemorrhagic fever with renal syndrome outbreaks in Xi′an, China, 2005-2012[J]．PLOS Neglected Tropical Diseases, 2015，9(3):e0003530.

[9]ENGELTHALER D M, MOSLEY D G, CHEEK J E，et al．Climatic and environmental patterns associated with hantavirus pulmonary syndrome, four corners region, United States[J]．Emerging Infectious Diseases，1999，5(1) 87-94.

[10]LOGIUDICE K, DUERR S T, NEWHOUSE M J，et al．Impact of host community composition on lyme disease risk[J]． Ecology，2008，89(10): 2841-2849.

[11]EZENWA V O, GODSEY M S, KING R J，et al．Avian diversity and west nile virus：testing associations between biodiversity and infectious disease risk[J]．Proc Biol Sci，2006，273(1582)：109-117.

[12]DIZNEY L J, RUEDAS L A.Increased host species diversity and decreased prevalence of Sin Nombre Virus[J]．Emerg infect Dis，2009，15(7)：1012-1018.