猪身上发现一种新型重组流感病毒,具备大流行特征

猪身上发现一种新型重组流感病毒,具备大流行特征
2020年07月01日 11:50 新浪科技综合

  来源:奇点网 

  超1000万人感染,超50万人死亡,新冠病毒还没有放缓脚步的迹象。

  2020年以后的世界因为新冠病毒充满了让人不安的不确定性。

  而昨天,由中国疾病预防控制中心主任高福和中国农业大学预防兽医学系主任刘金华领衔的研究团队,在著名期刊《美国科学院院报》(PNAS)上发表的研究论文,又将我们的不安增加了几分。

  这项研究成果发现,一种自2016年以来在猪群中占主导地位的重组流感病毒G4 EA H1N1,已经具备了在人群中大流行的所有基本特征。例如它能感染人呼吸系统的细胞,可以通过飞沫传播,以及它与人类流感疫苗株的抗原交叉反应性较低。更让人担心的是,血清学调查表明,G4 EA H1N1病毒在人群中的感染率在增加。

  基于此,研究人员建议应迅速控制G4 EA H1N1病毒在猪群中的流行,并密切监测养殖人员的情况。

论文首页截图论文首页截图

  甲型流感病毒(IAV)是能感染人类、多种哺乳动物和禽类的全球性病毒。

  流感病毒重组是产生具有新抗原和生物特征的新病毒的主要原因,这种重组有可能引起灾难性的人类大流行疾病。

  猪,往往被视为生产具有大流行潜力病毒的“大熔炉”,因为猪流感病毒、禽流感病毒和人流感病毒都可以感染猪。这三种病毒同时感染猪之后,就能轻而易举地交换基因,重组成新的病毒。2009年H1N1流感(pdm/09)就是一个很好的例证。

  因此对猪流感病毒(SIVs)进行持续监测,对防范病毒在人群中大流行至关重要。

给小猪做鼻拭子检测(图源:sciencemag.org)给小猪做鼻拭子检测(图源:sciencemag.org)

  欧亚类禽型(eurasian avian-like,EA) H1N1猪流感病毒(EA H1N1)发现于2001年,随后成为在中国猪群中流行的主要病毒。到2009年的时候,在人群中大流行的pdm/09 H1N1又在世界各地传到猪身上。这种回传,导致一些地区出现猪流感病毒EA H1N1和pdm/09 H1N1重组的新病毒。甚至出现了零星的传人现象。

  不过,目前科学界对这种重组病毒的流行情况、生物学特性,以及在人群中的传染性还缺乏了解。

甲型流感病毒(图源:wiki)甲型流感病毒(图源:wiki)

  为了解决这个问题,高福和刘金华领导的研究团队分析了从2011年到2018年间,在全国10个省采集的3万多份猪的鼻拭子样本。

  研究人员累计分离到179个猪流感病毒。分析编码病毒表面刺突蛋白血凝素(HA蛋白)和神经氨酸酶(NA蛋白)的基因之后,研究人员发现165个是EA H1N1,另外有7个是pdm/09 H1N1。这说明EA H1N1是中国主要的亚型,而pdm/09 H1N1虽然起源于猪,但是现在已经不适应在猪体内繁殖了。此外,而且EA H1N1在病猪中的分离占比从2011年的1.4% ,上升到8.21%。

  为了了解EA H1N1的系统发育演化,研究人员根据病毒分离时间和地点,共选取77株病毒进行全基因组测序。然后将这些序列与同一时间段所有的猪和人EA H1N1病毒对比分析。从分析结果来看,2013年之后,EA H1N1猪流感病毒的基因组多样性增加。

EA H1N1的进化EA H1N1的进化

  为了研究病毒的进化,研究人员又进行了分子钟系统发育分析和基因型特征分析。

  根据系谱分类,2011年到2018年的EA H1N1病毒可以分成G1-G6六个基因型。其中G1就是纯正的EA H1N1,其他基因型的是某些基因发生替换或者变异。

 EA H1N1不同基因型随时间的变化 EA H1N1不同基因型随时间的变化

  从上图不难看出,2014年之后纯正的G1 EA H1N1几乎消失了。而G4 EA H1N1从2016年开始急剧飙升,成为主流。具体来看,G4 EA H1N1病毒拥有EA H1N1病毒的HA和NA基因,pdm/09 H1N1病毒的M基因和病毒核糖核蛋白(vRNP)基因,以及TR H1N1病毒的非结构(NS)基因。

  为了评估G4 EA H1N1的人畜共患潜力,研究人员选了四株代表性的G4 EA H1N1,与两株G1 EA H1N1和一株pdm/09 H1N1做了深入的比较。

  研究人员的第一个发现是,G4 EA H1N1的高亲和力结合受体是SAα2,6Gal,与pdm/09 H1N1一样。研究人员认为,这是G4 EA H1N1感染人体细胞的关键前提条件。

  随后,研究人员利用人支气管上皮(NHBE)细胞和肺泡上皮(A549)细胞这两种流感病毒感染的主要靶细胞,研究了G4 EA H1N1的复制情况。

  总的来说,G4 EA H1N1的复制能力与pdm/09 H1N1相似,强于纯正的猪流感病毒G1 EA H1N1。这说明,G4 EA H1N1可以在人气道上皮细胞中高效复制。

EA H1N1在不同细胞系中的复制能力EA H1N1在不同细胞系中的复制能力

  有了上面的细胞研究数据,接下来就可以在研究流感病毒的模式动物雪貂身上开展感染力和传播性的研究了。

  研究结果多少有点儿让人吃惊。

  G1 EA H1N1和pdm/09 H1N1只在雪貂身上引起了轻微的临床症状。感染G4 EA H1N1的雪貂临床症状就严重了,例如出现发热、喷嚏、喘、咳嗽等,而且体重还会出现7.3%到9.8%不等的下降。

  尸检和组织病理检查发现,G4 EA H1N1病毒感染的肺比G1 EA H1N1或pdm/09 H1N1病毒感染的肺有更严重的病变,例如有明显的多灶性合并区、出血和水肿,并表现出更严重的支气管周围炎和支气管肺炎。

EA H1N1感染雪貂后的病理检测结果EA H1N1感染雪貂后的病理检测结果

  那G4 EA H1N1是如何在雪貂之间传播的呢?

  研究结果显示,G4 EA H1N1与pdm/09 H1N1一样,都可以通过直接接触传播和呼吸道飞沫传播。而G1 EA H1N1不能通过两种方式传播。

  基于此,研究人员认为,G4 EA H1N1有能力轻易感染人类。

EA H1N1传播能力的检测EA H1N1传播能力的检测

  那G4 EA H1N1究竟能不能从猪跳到人的身上,实现跨物种传播呢?

  为了搞清楚这个问题,研究人员在养殖人员群体中做了血清学检测。从2016年到2018年,共收集了15个农场的338份养殖人员血清样本。此外,还收集了230份来自普通家庭的血清样本作为对照组。

  检测结果让研究人员感到不安。

  在338分养殖人员的血样中,有35份对G4 EA H1N1呈阳性,占比10.4%;对照组也有10份呈阳性,占比4.4%。在控制pdm/09 H1N1的交叉反应之后,两组之间的差异依然显著。

血清检测结果血清检测结果

  随后,研究人员又分析了血清采集年份、年龄和性别与G4 EA H1N1病毒血清流行率的关系。在养殖人员群体中,2016年、2017年和2018年G4 EA H1N1病毒的血清阳性率分别为6.7%、11.7%和11.7%。

  另外,值得注意的是,18岁至35岁这个年龄段的养殖人员的血清阳性率为20.5%,显著高于其他年龄组。不同性别之间没有差异。研究人员认为,这些数据表明,年轻的养殖人员感染G4 EA H1N1病毒的风险较高。

不同人群的血清学检测结果不同人群的血清学检测结果

  在研究的最后,研究人员还探索了现有的流感疫苗是否能保护人类免于感染G4 EA H1N1。遗憾的是,G4 EA H1N1病毒在抗原上与目前人类流感疫苗毒株不同。这也意味着,目前的流感疫苗不能保护人类免于感染G4 EA H1N1病毒。

  总的来说,研究人员认为以上的研究结果,支持G4 EA H1N1能由猪传给人的假说。而且,人感染G4 EA H1N1之后,将进一步增强G4 EA H1N1对人体的适应性,增加病毒在人群中大流行的风险。

  因此,我们应该迅速控制目前正在猪群中流行的G4 EA H1N1病毒,并密切监测养殖人员的情况,降低G4 EA H1N1病毒在人群中大流行的风险。

  愿G4不来添乱。

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