乙脑病毒时空动力学分析

发布时间：2020-03-27 22:25

【摘要】：乙型脑炎(Japanese Encephalitis, JE),简称乙脑,是目前全世界无可争议的最严重的病毒性脑炎,发病率和病死率高,后遗症严重。乙脑病毒(Japanese Encephalitis virus, JEV)是蚊传虫媒病毒,可以被多种蚊虫携带和传播,猪是其主要的储存宿主,鸟被认为是乙脑病毒的传播宿主,人和马是乙脑病毒的终末宿主。本研究的目的是通过对优势基因型别乙脑病毒进行时空动力学研究分析,寻找乙脑病毒的播散规律和播散特点以及可能影响乙脑病毒传播的因素,预测乙脑病毒将来的分布变化趋势,为全球乙脑的预防控制提供依据。湖北省位于我国中南部,长江中游,每年降水充沛,具有丰富的蚊虫媒介种类。湖北省曾是蚊传虫媒病毒病乙脑的高发地区,湖北省是否还存在其他蚊传虫媒病毒,至今缺乏系统的调查研究。为系统了解湖北省蚊传虫媒病毒的分布情况及其种类,为当地虫媒病毒病的预防控制提供理论依据,本研究在2009年和2010年7-8月份,分别在湖北省的东西南北中挑选武穴市、通城县、恩施州、神农架林区、江陵县和随州市等6个地区进行蚊虫采集,并通过病毒分离和序列分析确定该地区的虫媒病毒种类、分布及分子生物学特征。 1.乙脑病毒时空动力学分析本研究首先测定了中国2005-2010年在湖北、重庆、江西、山东、辽宁和云南省新分离的22株基因1型乙脑病毒的E基因序列,其中包括本研究2010年在湖北省新分离的乙脑病毒株,填补了湖北、重庆、江西等亚洲中部区域乙脑病毒的空白,为乙脑病毒时空动力学分析提供了条件。继而利用GenBank下载乙脑病毒序列,最终构建了本研究时空动力学分析所用的涵盖所有乙脑流行区域和多种媒介宿主的优势基因型别乙脑病毒序列数据集,共包括359株基因1型乙脑病毒的E基因序列。本研究采用贝叶斯马尔科夫蒙特卡洛方法对上述数据集进行乙脑病毒的分子进化分析,结果显示分布在不同区域的乙脑病毒形成了相对独立的病毒进化特征,并分别在亚洲最南部地区、亚洲东部沿海地区、亚洲西部地区和亚洲中部地区形成循环。进一步分析发现在以上4个地区形成的独立进化分支中都具有来自最南部地区的病毒,且最南部地区的病毒大都是每个分支中最早分化出来的病毒；另外,每个独立进化分支中最南部地区分离的毒株具有广泛的时间跨度,以上结果说明亚洲最南部地区分离的乙脑病毒既体现了种群多样性又维持了种群稳定性,提示亚洲大陆最南部地区在乙脑病毒向亚洲大陆传播的过程中担当了重要的源泉地区作用。本研究还讨论了乙脑病毒的传播路线,发现乙脑病毒在亚洲存在由南向北的传播特点,主要通过3条传播路线,而三条传播路线分别与候鸟在亚洲的迁徙路线吻合,提示候鸟在乙脑病毒远距离传播中发挥重要的作用。优势基因型别乙脑病毒的种群动态分析显示乙脑病毒在传播和地域播散过程中经历了平缓—快速增长—下降—平缓的种群变化。基于种群动态Skyline plots的时间节点对4个地域循环中毒株的分离时间进行分析,进一步证实了亚洲大陆最南部地区是乙脑病毒的源泉地区。乙脑病毒系统发生分析的结果显示乙脑病毒具有地域分布特征,但也存在毒株地域混合现象,提示乙脑病毒的分布分化机制除了族群结构分化外,还可能存在迁移事件(基因漂移)。因此,为详细地了解乙脑病毒的空间动力学特征,本研究还采用Migraphyla软件对乙脑病毒传播的空间动力学特征进行分析,结果显示乙脑病毒在亚洲的播散存在频繁的迁徙事件,迁徙事件也是促成乙脑病毒地域分布分化的重要方式。更进一步的分析发现,泰国、上海、山东、四川和越南是乙脑病毒重要的迁徙源泉地区。泰国是乙脑病毒向亚洲西部、东亚传播的主要源泉地区；上海维持了乙脑病毒在东亚沿海地区的循环；山东是乙脑病毒从沿海地区向中国内陆地区传播的源泉地区；四川维持了乙脑病毒在中国内陆的循环；而越南则是乙脑病毒从东南亚地区向中国内陆省份传播的源泉。 2.湖北省虫媒病毒调查本研究在2009年和2010年的7-8月在分别在湖北省武穴市、通城县、恩施州、神农架林区、江陵县和随州市等6个地区采集蚊虫标本,共采集三带喙库蚊、中华按蚊、骚扰阿蚊、致倦库蚊和未分类杂蚊等3属5种共计22,269只蚊虫标本。三带喙库蚊是武穴市、通城县、随州市和江陵县的优势蚊种,致倦库蚊是恩施州的优势蚊种,在神农架林区主要采集到骚扰阿蚊。对所有标本分272批进行研磨和病毒分离,结果分离到42个阳性分离物,来自4个蚊种——三带喙库蚊、致倦库蚊、骚扰阿蚊和中华按蚊。经过系统鉴定,共得到33株乙脑病毒(Japanese encephalitis virus, JEV)、6株盖塔病毒(Getah virus, GETV)(?)口4株版纳病毒(Banna virus, BAV)。从三带喙库蚊和致倦库蚊中分离到的病毒最多,分别是21株和15株,而且3种病毒都从三带喙库蚊中分离到；从恩施州分离的病毒最多,为31株；恩施州致倦库蚊中乙脑病毒的批次阳性率和现场最低感染率最高,分别为53.6%和1：103.3,其次是恩施州三带喙库蚊中乙脑病毒的批次阳性率和现场最低感染率最高,分别为44.4%和1：128.8。新分离病毒分子生物学特征分析显示,所有33株JEV均为基因Ⅰ型病毒,分离株之间E基因核苷酸和氨基酸序列同源性为98.7%-100%和99.8%-100%。新分离JEV与疫苗株SA14-14-2在E基因区段存在14处共同的氨基酸差异,但差异位点均不处于决定抗原性的关键氨基酸位点。新分离GETV与我国2002年分离株HB0234、YN0540和韩国2004年分离株Korea的进化关系最近,位于同一个进化分支中；而与俄罗斯分离株LEIV/16275的进化关系较远。新分离BAV第12片段核苷酸之间的同源性为100%,第12片段核苷酸和VP12蛋白序列中存在多个不同于其它地域分离株的共同差异位点,进化分析显示所有新分离株与中国北京和云南的分离株以及越南分离株处于同一亚群。本研究的意义本研究首次在全球范围内开展了乙脑病毒的时空动力学分析,阐明了乙脑病毒在亚洲的播散特征和播散方式,首次发现乙脑病毒的传播存在地域分布特征和播散源泉地区,首次发现迁徙事件是乙脑病毒重要的分布分化机制,并首次从系统进化角度揭示候鸟在乙脑病毒远距离传播中具有重要的作用。研究结果还提示乙脑病毒存在向欧洲等传统非流行区传播的可能性,为全球乙脑的预防控制提供了重要依据。本研究还对湖北省部分地区进行了虫媒病毒调查,分离到乙脑病毒、盖塔病毒和版纳病毒等3种虫媒病毒,并发现库蚊是湖北市携带病毒最多的蚊种。盖塔病毒和版纳病毒为湖北省首次分离；乙脑病毒在湖北的分离也填补了乙脑病毒在亚洲中部的空白,为乙脑病毒时空动力学分析提供了条件。本研究还明确了湖北省新分离病毒与国内外分离株之间的分子生物学差异,丰富了我国和湖北省虫媒病毒信息,为深入开展研究提供了基础数据,也为了解当地传染病病因以及积极预防和控制相关虫媒病毒疾病提供了重要的资料信息。
【学位授予单位】：中国疾病预防控制中心
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R373

【参考文献】