張晨飛,陳昌海,包新奇,董永毅,程 雷,徐正軍,徐曉燕,王相子,周 偉,劉耀興
(江蘇省動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心,江蘇南京 210036)
裂谷熱病毒(Rift Valley fever virus,RVFV)是一類主要感染牛、羊、駱駝等多種動(dòng)物,并引起病畜死亡、流產(chǎn)的人畜共患病病毒。該病毒可通過(guò)與病畜的血液、器官接觸以及蚊蟲叮咬等途徑感染人,但至今未見人與人之間傳播的報(bào)道。根據(jù)國(guó)際病毒分類委員會(huì)(ICTV)2011年2月最新發(fā)表的第九次修改報(bào)告,RVFV在分類上屬于布尼亞病毒科(Bunyaviridae)、白蛉熱病毒屬(Phlebovirus)。該病毒屬目前包括9個(gè)病毒成員,分別為Bujaru virus、Candiru virus、 Chilibre virus、 Frijoles virus、 Punta Toro virus、 Rift Valley fever virus、 Salehebad virus、 Sandfly fever Naples virus和Uukuniemi virus。OIE將該病毒引起的裂谷熱列為法定呈報(bào)傳染?。∟otifiable disease)。我國(guó)目前還未有該類病例發(fā)生的確切報(bào)道,但2010年9月我國(guó)河南、山東等地發(fā)生的蜱蟲叮咬致死事件,其致病病原被確認(rèn)為一類新型的布尼亞科病毒,與RVFV的氨基酸同源性30%左右,目前這一病毒被命名為發(fā)熱伴血小板減少綜合征布尼亞病毒(SFTSV)。
RVFV目前僅有一個(gè)血清型,具有布尼亞病毒典型的病毒形態(tài)和生物學(xué)特性。根據(jù)該病毒基因組3個(gè)節(jié)段的比對(duì)結(jié)果,該病毒被籠統(tǒng)分為North A frica、West A frica、East/Central A frica 3個(gè)群[1],其中最具代表性的病毒株為1977年在埃及分離到的ZH548株,目前該病毒株正被用于開發(fā)人獸兩用的弱毒活疫苗,MP-12弱毒活疫苗便是由ZH548傳代制備[2-3]。
自1930年RVFV被首次分離以來(lái),該病毒已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)次大范圍的流行,尤其是70年代以后在人群中幾次大流行,造成了嚴(yán)重的人員感染和死亡。鑒于該病毒生物危害性嚴(yán)重,并且近幾年時(shí)常出現(xiàn)在人群中的大范圍流行,有必要對(duì)該病毒做一個(gè)系統(tǒng)性的了解。本文將從該病毒的基因及蛋白質(zhì)組學(xué)、流行病學(xué)特征、國(guó)內(nèi)外流行狀況、臨床癥狀和病理變化、疫苗研制及實(shí)驗(yàn)室診斷技術(shù)等方面對(duì)該病毒進(jìn)行闡述。
布尼亞病毒為單股負(fù)鏈分節(jié)段RNA病毒,病毒基因組含3個(gè)RNA節(jié)段,分別為L(zhǎng)、M、S,各節(jié)段的末端均含有節(jié)段特異的非編碼區(qū)(UTRs),便于病毒基因組的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制。這些非編碼區(qū)的末端序列高度保守并互補(bǔ),能結(jié)合核糖核蛋白復(fù)合物(RNPs)并形成鍋柄樣結(jié)構(gòu)(Panhandle structures)。RVFV L和M節(jié)段均采取反義編碼的形式,而S節(jié)段則采用雙義編碼的策略編碼產(chǎn)生N及NSs蛋白。
1.1 L節(jié)段 RVFV基因組的L節(jié)段長(zhǎng)6 406 bp,主要編碼大小約237.7 ku的病毒聚合酶,序列比對(duì)表明,該聚合酶氨基酸序列末端存在兩個(gè)新的僅在布尼亞病毒和沙粒病毒的聚合酶中保守的區(qū)域[4]。該基因編碼的L蛋白是RNA依賴的病毒聚合酶,主要負(fù)責(zé)病毒基因組的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄[5],其序列高度保守,具有所有RNA依賴的聚合酶的基序及功能結(jié)構(gòu)域,在白蛉熱病毒屬的兩個(gè)成員:RVFV和尤庫(kù)尼亞米病毒中,L蛋白的同源性高達(dá)58%,并且主要集中在RNA依賴的聚合酶的4個(gè)結(jié)構(gòu)域中[6]。
1.2 M節(jié)段 M節(jié)段長(zhǎng)3 885 bp,編碼4種蛋白,包括節(jié)段氨基末端編碼的Gn蛋白、羧基末端編碼的Gc蛋白,以及非結(jié)構(gòu)蛋白NSm1和NSm2,這些蛋白均由存在重疊編碼區(qū)的1個(gè)ORF編碼產(chǎn)生。其中,Gn和Gc蛋白為病毒的囊膜蛋白,主要參與病毒粒子的組裝及感染過(guò)程。Gn蛋白含有特殊的高爾基體定位基序,能夠定位并結(jié)合宿主細(xì)胞的高爾基體,而Gc蛋白則含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留信號(hào)(ER retention signal)[7],在病毒粒子組裝時(shí)通過(guò)與Gn蛋白的相互作用,定位至細(xì)胞的高爾基體[8],參與病毒囊膜的形成。NSm1和NSm2蛋白是病毒基因組M片段在翻譯時(shí)通過(guò)復(fù)雜的翻譯起始和多聚蛋白加工形成,目前對(duì)于其功能還沒有明確的定論,但這兩種蛋白可能是病毒復(fù)制的非必須蛋白[9-10]。
1.3 S節(jié)段 S節(jié)段長(zhǎng)1 690 bp,編碼2種蛋白,與病毒基因組其它兩個(gè)節(jié)段的反義編碼方式不同,S節(jié)段采取雙義編碼的方式,其中核蛋白N(Nucleoprotein)采用反義編碼的方法,而非結(jié)構(gòu)蛋白NSs(Non-structural protein)采用正義編碼的方法[11]。核衣殼蛋白N是RVFV病毒粒子中豐度最高的結(jié)構(gòu)蛋白,大量拷貝的N蛋白同病毒基因組RNA相互作用,形成核糖核蛋白復(fù)合物,在病毒基因組的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制中發(fā)揮重要作用[12]。而NSs蛋白是目前為止研究發(fā)現(xiàn)的病毒的主要毒力因子,該蛋白被認(rèn)為是α和β干擾素的拮抗物,在病毒感染早期通過(guò)拮抗宿主細(xì)胞產(chǎn)生的α和β干擾素而使病毒順利得以復(fù)制[13]。
裂谷熱是一類媒介生物性疾?。╒ector-borne disease),主要通過(guò)蚊蟲叮咬傳染,也可以通過(guò)接觸患病動(dòng)物的體液及臟器傳染。該病宿主范圍廣,易感動(dòng)物包括牛、羊、駱駝、馬、嚙齒動(dòng)物等。非洲猴類及某些家養(yǎng)肉食動(dòng)物如狗等常表現(xiàn)為一過(guò)性感染。人類是該病的終末宿主,某些職業(yè)群體如牧農(nóng)、屠宰工人、獸醫(yī)等感染的風(fēng)險(xiǎn)較大。裂谷熱的潛伏期一般為2 d~6 d。
裂谷熱一般呈現(xiàn)一過(guò)性流行或呈現(xiàn)地方流行性,取決于氣候、地貌、植被等多種因素。一般在高降雨量的雨林地帶,該病呈現(xiàn)地方流行性,而一過(guò)性流行多發(fā)生于洪水或大量降雨之后,尤其是干旱后的大量降雨,促使蚊蟲卵增生,進(jìn)一步造成該病的發(fā)生和流行[14]。
RVFV首先于1930年在肯尼亞分離獲得,目前在多數(shù)非洲國(guó)家均有發(fā)生。上世紀(jì)70年代以前,該病毒一直被認(rèn)為是一類動(dòng)物病毒,直至70年代后該病毒在非洲國(guó)家人群中大范圍流行。其主要發(fā)生區(qū)域及時(shí)間為:埃及(1977~1978,1997~1998)、塞內(nèi)加爾、毛里塔尼亞(1987~1988)、肯尼亞、索馬里、坦桑尼亞(1997~1998, 2006 ~2007)、 乍 得 (2004)、 蘇 丹 (2008)、 南 非(2010)、阿拉伯半島(2000~2001)及馬約特島、馬達(dá)加斯加(2007~2008)。
該病毒主要流行于非洲的大部分國(guó)家,唯一非洲以外的流行是2000年~2001年在阿拉伯半島地區(qū)。在沙特阿拉伯,約884人感染該病毒,124人死亡;在也門,約1 087人感染,121人死亡。
4.1 臨床癥狀 裂谷熱的臨床癥狀和易感程度因物種和年齡的差異而各有不同。其中,羔羊、幼犬、小貓、小鼠和倉(cāng)鼠為極易感染動(dòng)物,病毒對(duì)其致死率可達(dá)70%~100%。綿羊和犢牛為易感動(dòng)物,病毒致死率為20%~100%,綿羊感染該病毒后通常呈現(xiàn)41℃~42℃的高熱,新生羔羊在高熱癥狀后36 h~40 h死亡。2周齡~13周齡的綿羊少數(shù)出現(xiàn)死亡,大多轉(zhuǎn)為輕度感染。懷孕母羊表現(xiàn)出流產(chǎn)癥狀,流產(chǎn)率5%~100%不等,并且流產(chǎn)母羊死亡率高達(dá)20%。13周齡以上成年綿羊僅表現(xiàn)嘔吐癥狀,但所有年齡階層綿羊均可能出現(xiàn)高熱、精神沉郁、出血性腹瀉、鼻腔出血性粘液分泌物、黃疸等癥狀。成年山羊表現(xiàn)為輕度感染,母羊流產(chǎn)率高達(dá)80%,但死亡率較低。犢牛感染RVFV后通常表現(xiàn)為精神萎靡、食欲不振,伴隨高熱、腹瀉、呼吸困難、黃疸等癥狀。成年牛通常表現(xiàn)為隱性感染,偶有實(shí)質(zhì)性癥狀,表現(xiàn)為一過(guò)性發(fā)熱,高熱時(shí)間通常持續(xù)24 h~96 h不等,反應(yīng)遲鈍、流淚、流延、厭食、精神萎靡、偶爾伴有出血、腹瀉等癥狀。奶牛表現(xiàn)為產(chǎn)奶下降,懷孕母牛流產(chǎn)率可達(dá)85%,死亡率10%~15%[15]。
人感染RVFV后多數(shù)表現(xiàn)為輕度感染癥狀,出現(xiàn)發(fā)熱、嘔吐、腹瀉等肝炎癥狀。重癥患者可表現(xiàn)3種臨床癥狀[15-16]。
4.1.1 黃斑狀視網(wǎng)膜炎(Maculo-retinitis)出現(xiàn)這種疾病反應(yīng)時(shí),與輕度疾病反應(yīng)有聯(lián)系的通常癥狀伴有視網(wǎng)膜病變。通常是最初癥狀出現(xiàn)1周~3周后眼睛就出現(xiàn)病變。患者往往自述視力模糊或視力下降。疾患可能在10周~12周內(nèi)自愈,不產(chǎn)生任何長(zhǎng)期的影響。不過(guò),如果黃斑發(fā)生病變,50%的患者將會(huì)永久性失明。
4.1.2 腦膜炎癥狀該病出現(xiàn)腦膜炎癥狀往往是在最初裂谷熱癥狀出現(xiàn)1周~4周之后。臨床特點(diǎn)包括劇烈頭痛、失去記憶、出現(xiàn)幻覺、思維混亂、定向障礙、眩暈、驚厥、嗜睡和昏迷。隨后可能出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥(>60 d)。僅患該病癥的患者,其剩余的神經(jīng)功能缺損很常見,病情可能會(huì)很嚴(yán)重,死亡率不高,但會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后遺癥。
4.1.3 出血熱癥狀這種疾病癥狀造成的后果最為嚴(yán)重,通常在發(fā)病2 d~4 d后出現(xiàn),開始有嚴(yán)重肝損傷的跡象,比如黃疸。隨后則有出血征兆,如嘔血、便血、紫癜皮疹或瘀斑(皮膚出血所致)、鼻孔或牙齦出血、月經(jīng)過(guò)多以及靜脈穿刺部位出血。有出血熱癥狀的患者,其病例致死率很高,約為50%。死亡往往發(fā)生在出現(xiàn)癥狀3 d~6 d后。裂谷熱患者若有出血性黃疸癥狀,10 d后血液中仍可檢出病毒。
4.2 病理變化 剖檢表現(xiàn)為肝臟腫脹、充血、表面呈點(diǎn)狀或彌散性壞死,形成單個(gè)直徑1 mm左右的點(diǎn)狀壞死灶,流產(chǎn)胎兒肝臟呈黃褐色。皮膚大范圍出血,腹壁及內(nèi)臟漿膜出現(xiàn)瘀斑。淋巴結(jié)腫大、出血、壞死,腎臟、膽囊充血并伴有皮質(zhì)出血,腸道出血,犢牛多出現(xiàn)黃疸。臨床診斷時(shí),裂谷熱需要與其它能夠引發(fā)流產(chǎn)、肝炎、出血熱的疾病鑒別,如流感、流行性乙型腦炎、病毒性肝炎、藍(lán)舌病以及布魯氏菌病和Q熱等。
目前,國(guó)際上還沒有預(yù)防裂谷熱的商品化疫苗,該病的疫苗仍處于研制階段。研究表明,體液免疫能夠很好的保護(hù)機(jī)體免受RVFV的侵染[17],此外被動(dòng)的攝入針對(duì)該病毒的中和抗體,也能夠達(dá)到很好的保護(hù)效果[18],據(jù)此,國(guó)際上對(duì)于裂谷熱疫苗的研制存在一個(gè)共識(shí),即針對(duì)已知的RVFV株,開發(fā)能夠刺激機(jī)體快速發(fā)生體液免疫反應(yīng),產(chǎn)生中和抗體并提供長(zhǎng)期免疫保護(hù)的疫苗。目前,處于研制階段的裂谷熱疫苗大致有3類,包括滅活苗、弱毒活疫苗以及重組蛋白苗:
5.1 滅活苗 代表疫苗株為NDBR 103,是由Entebbe病毒株在小鼠體內(nèi)184次傳代,并在非洲綠猴腎細(xì)胞(A frican green monkey kidney cells,Vero)上進(jìn)行擴(kuò)增,最后通過(guò)福爾馬林滅活獲得。
5.2 弱毒活疫苗 代表疫苗株為MP-12,是由從一名埃及患者身上分離獲得的ZH548野生病毒株,在乳鼠體內(nèi)傳代兩次,在恒河猴肺細(xì)胞(Foetal rhesus monkey lung cells,F(xiàn)RL)細(xì)胞上傳代1次,最后通過(guò)5-氟尿嘧啶壓力選擇,在人類胚胎肺細(xì)胞(Human lung embryonal fibroblast cells,MRC-5 cells)傳代12次獲得[2]。該疫苗株是目前研制較為成功的疫苗之一,為人獸通用疫苗,目前該疫苗已進(jìn)入2期臨床實(shí)驗(yàn)階段。
5.3 重組蛋白疫苗 該類疫苗目前仍處于研制起始階段,所針對(duì)的抗原主要是RVFV的囊膜蛋白Gn/Gc,其中Gc蛋白存在3個(gè)中和表位,被認(rèn)為是RVFV的主要抗原表位[19],通過(guò)免疫重組表達(dá)Gn/Gc蛋白,動(dòng)物機(jī)體能夠產(chǎn)生針對(duì)RVFV的中和抗體。
6.1 病原學(xué)檢測(cè)
6.1.1 病毒分離RVFV的分離是鑒定該病毒的金標(biāo)準(zhǔn),病毒可以通過(guò)腦內(nèi)或腹腔接種乳鼠獲得,也可通過(guò)在Vero、BHK21以及一些蚊蟲細(xì)胞系上的分離培養(yǎng)獲得。通過(guò)細(xì)胞分離培養(yǎng)分離病毒時(shí),需要出現(xiàn)RVFV的特征性細(xì)胞病變后才能收獲病毒,通常情況是在接種后的5 d~6 d,感染細(xì)胞在邊緣部分出現(xiàn)輕微病變,而后12 h~24 h內(nèi)所有細(xì)胞崩解死亡。根據(jù)接種的病毒株毒力強(qiáng)弱以及原液接種量的多少,擴(kuò)增病毒所需的傳代次數(shù)以及收獲時(shí)間也不相同。病毒擴(kuò)增后可通過(guò)免疫熒光、RT-PCR、病毒中和試驗(yàn)或病毒基因測(cè)序的方法進(jìn)行鑒定,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)參照OIE《陸生動(dòng)物疾病診斷試驗(yàn)和疫苗標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》 2009版(Manual of Diagnostic Tests and Vaccines for Terrestrial Animals 2009)。
6.1.2 分子診斷技術(shù)
6.1.2.1 常規(guī)RT-PCR:目前針對(duì)RVFV檢測(cè)的RT-PCR檢測(cè)方法很多,主要針對(duì)NSs、Gn/Gc編碼區(qū),與病毒分離鑒定和ELISA比較,RT-PCR檢測(cè)靈敏度高、耗時(shí)短、安全性高,并且不存在ELISA檢測(cè)的交叉反應(yīng),特異性高,可用于病毒感染早期的檢測(cè)。此外,由于RT-PCR檢測(cè)靈敏度高,最低檢出靈敏度可達(dá)50 PFU左右,該技術(shù)還被用于檢測(cè)蚊蟲等媒介攜帶的病毒,最低檢測(cè)量相當(dāng)于1/16 000只蚊子[20-23]。
Yeh等在常規(guī)RT-PCR技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)了一種針對(duì)RVFV、藍(lán)舌病病毒(Bluetongue virus)、牛瘟病毒(Rinderpestvirus)以及小反芻獸病毒(Peste des petits rum inants virus)鑒別檢測(cè)的多重RT-PCR,能夠用于上述病毒感染的早期診斷和鑒別診斷,大大方便了RVFV的實(shí)驗(yàn)室診斷[24]。
6.1.2.2 熒光定量RT-PCR:該方法能在病毒感染后的1 d~4 d,先于RVFV感染癥狀及機(jī)體產(chǎn)生抗體之前檢測(cè)出病毒,根據(jù)引物設(shè)計(jì)策略的不同,該技術(shù)最低檢測(cè)量可低至5個(gè)模板RNA的拷貝數(shù)(相當(dāng)于0.1 PFU)到30個(gè)模板RNA的拷貝數(shù)[25-26],提高了RVFV快速檢測(cè)的效率。
6.1.2.3 套式RT-PCR:針對(duì)病毒NSs蛋白編碼基因建立的套式RT-PCR,靈敏度介于常規(guī)RT-PCR和熒光定量RT-PCR之間,能夠達(dá)到0.5 PFU的最低檢出量[22]。
6.1.2.4 逆轉(zhuǎn)錄環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增(RT-LAMP):該技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于不需要精密的分子儀器,可以在一般的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行檢測(cè),同時(shí)具有較高的特異性,對(duì)于裂谷熱高發(fā)的非洲國(guó)家而言,是一類較為實(shí)用的檢測(cè)方法[27]。
6.1.3 其它診斷方法主要指針對(duì)RVFV全病毒抗原或病毒主要結(jié)構(gòu)蛋白、致病力蛋白如N蛋白、NSs蛋白等制備高特異性、高親和力的多克隆或單克隆抗體,建立ELISA、IFA、AGID、免疫組化等方法檢測(cè)RVFV抗原。
肝臟是RVFV感染后的主要病變器官,研究表明,幾乎所有感染RVFV死亡的新生羔羊,肝臟均受到病毒的侵染并出現(xiàn)顯著的病理變化,提示RVFV感染具有明顯的嗜肝臟性,利用免疫組化法檢測(cè)時(shí),可以觀察到典型的組織病理變化,并且利用該方法檢測(cè)時(shí),肝臟可以用甲醛固定,不受送檢時(shí)間限制,所以免疫組化法目前仍是檢測(cè)RVFV較為重要的方法之一。目前,多數(shù)檢測(cè)RVFV抗原的ELISA方法主要是針對(duì)N蛋白,該蛋白在RVFV感染時(shí),表達(dá)豐度高,保守性強(qiáng),并且作為病毒主要的結(jié)構(gòu)蛋白,N蛋白在病毒感染初期便能被檢測(cè)到,是針對(duì)RVFV快速診斷的主要抗原蛋白[28]。
6.2 血清學(xué)診斷 病毒中和試驗(yàn)、ELISA、HI試驗(yàn)是目前RVFV抗體檢測(cè)較常用的方法,其他如AGID、IFA、放射免疫分析、補(bǔ)體結(jié)合試驗(yàn)等也可用于檢測(cè)RVFV抗體,但應(yīng)用較少。以下僅介紹實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)常用的ELISA方法的研究狀況。
近年來(lái)RVFV抗體檢測(cè)的ELISA技術(shù)發(fā)展較快,已經(jīng)研發(fā)出多種類型的ELISA方法[29-30],以及針對(duì)不同抗體類型的檢測(cè)方法,其原先所用的滅活病毒抗原也逐漸被重組N蛋白替代。該方法靈敏度高、檢測(cè)量大,是抗體監(jiān)測(cè)和疫病診斷的最佳選擇。
6.2.1 檢測(cè)IgG的間接ELISA(致弱病毒為抗原)以γ射線輻射致弱病毒為抗原建立的針對(duì)人IgG檢測(cè)的間接ELISA,其靈敏度和特異性在特定臨界值時(shí)能分別達(dá)到100%和99.95%,超越了傳統(tǒng)的病毒中和試驗(yàn),在不久的將來(lái)可能替代中和試驗(yàn),用來(lái)評(píng)價(jià)疫苗效率[31]。
6.2.2 檢測(cè)IgM的捕獲ELISA(致弱病毒為抗原)以γ射線輻射致弱毒為抗原建立的針對(duì)人IgM檢測(cè)的捕獲ELISA,特定臨界值時(shí)靈敏度和特異性分別達(dá)到96.47%和99.44%。IgM是病毒感染或疫苗免疫后動(dòng)物機(jī)體最先出現(xiàn)的免疫球蛋白類型,所以針對(duì)IgM的檢測(cè)可能比檢測(cè)IgG更快速[31]。
6.2.3 檢測(cè)IgG、IgM的間接ELISA以重組N蛋白為抗原建立的針對(duì)人或羊IgG及IgM檢測(cè)的間接ELISA,能夠分別在人工感染后4 d~5 d和3 d~4 d進(jìn)行抗體檢測(cè),在用于病毒感染早期檢測(cè)時(shí),其敏感度高于病毒中和試驗(yàn)和 HI試驗(yàn)[32]。
作為蟲媒病毒的一種,RVFV的發(fā)生和流行存在較大的地域和氣候因素,并且主要以地方流行性為主,由于能通過(guò)蚊蟲垂直傳播,該病毒的地方流行可以伴隨氣候或雨季的變化周而復(fù)始的發(fā)生,使得防控工作難以進(jìn)行。有證據(jù)顯示,近年來(lái)RVFV的發(fā)生和流行正在改變其傳統(tǒng)的本土流行的模式,呈現(xiàn)向非洲以外地區(qū)傳播的趨勢(shì),毛里塔尼亞、埃及、蘇丹等地區(qū)的流行就是很好的證明。盡管目前RVFV向非洲以外傳播的原因不明,但我們不能排除該病毒通過(guò)氣候轉(zhuǎn)移、游客或生奶奶源向歐洲、亞洲或美洲國(guó)家傳播的可能性[33-34]。加之目前國(guó)際上還沒有可用的人用或獸用疫苗,使得RVFV的預(yù)防和控制顯得尤為嚴(yán)峻,做好氣候預(yù)警[35]和疫苗研發(fā)[36-37]可能是今后幾年RVFV防控的關(guān)鍵突破點(diǎn)。
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