关键词:
埃可病毒25型
亲缘进化
起源进化
时空传播
基因重组
血清中和试验
摘要:
研究背景:
埃可病毒25型(Echovirus 25,E25)作为肠道病毒B组(Enterovirus B,EV-B)中的成员之一,可引起无菌性脑膜炎(aseptic meningitis,AM),病毒性脑膜炎(viral meningitis,VM),急性弛缓性麻痹(acute flaccid paralysis,AFP)和手足口病(hand,foot,and mouth disease,HFMD)等相关疾病。自其原型株(JV-4)于上个世纪五十年代被发现以来,E25在世界范围内有着广泛的流行和传播,在国内外曾多次引起散在和暴发性感染的病例。目前国内尚无针对肠道病毒的完整监测系统,E25多在AFP监测或脑炎相关病例中检出,而手足口病相关病例的研究报道较少。
目前多数E25的相关研究多局限于某一地理区域分离毒株,在基因型别上没有统一的划分方法,其相关的病原学、分子流行病学及血清流行病学本底等方面的研究仍比较欠缺。因而本研究依托国家手足口病监测系统,收集整理2009~2018年中国大陆E25相关毒株,进行系统的流行病学、基因特征、起源进化、时空传播分析和血清流行病学分析,为我国E25引起手足口病的预防和监测提供相关的基础数据。
研究目的:
1.建立基于E25 VP1全长编码区的基因型/亚型划分方法,探讨全球及我国流行E25的型别特点;
2.构建全球范围的E25VP1全长序列数据集,分析其起源和进化特点及可能的传播途径;
3.基于E25全基因组序列,进行E25基因重组、选择压力位点分析,探讨不同重组模式对病毒进化的影响;
4.了解E25在代表区域健康儿童人群中的血清流行病学本底。研究方法:
本研究基于中国手足口病监测网络,收集2009-2018年中国大陆由E25引起的18例HFMD病例的临床标本,通过病毒培养及全基因组测序,结合Gen Bank中VP1区及全基因组代表序列,分别建立由113条VP1全长和38条全基因组序列构成的数据集。通过运用Sequencher、MEGA、Bio Edit、Simplot以及Beast等生物信息学软件,对建立的E25数据库中的序列进行系统发育学分析、起源进化、时空传播、同源性分析、重组分析、VP1区的变异位点以及选择压力的分析。
此外,本研究以HFMD高发地区宁波市为代表,收集其2019-2020年间5个不同地区的100份5岁以下正常儿童血清,并针对国内E25优势流行株开展血清中和试验,通过分析其抗体阳性率及抗体效价,初步探讨E25在宁波市的血清流行病学本底。
研究结果:
1.基于全球113条完整的E25 VP1序列,目前可将E25分为9个基因型:A-I。C基因型、E基因型、H基因型和F基因型,均含有中国株,其中F基因型所含序列占总序的一半以上(68/113),且绝大多数序列为中国株(55/68),也为中国大陆地区的优势基因型。
2.对全球的110条VP1全长序列和中国大陆地区的57条VP1全长序列分别进行贝叶斯起源进化和时空传播学分析,结果显示E25的平均核苷酸替换率为6.08×10-3替换/位点/每年,起源时间大约是1924年;中国大陆地区E25的核苷酸替换率为6.98×10-3替换/位点/每年,起源时间大约为1966年。
3.贝叶斯时空传播分析发现,E25在全球范围内存在六条重要的传播途径,最早起源于印度;中国大陆地区内部存在四条重要的传播途径。马尔可夫奖励值显示中国在世界范围内E25的输出中占据重要地位。
4.同源性分析发现,本研究中E25在P1区与原型株具有最高的同源性,而在P2和P3区部分序列与其他EV-B原型株的最大同源性超过了其原型株;F基因型相较其他基因型在P2和P3区存在更大的核苷酸差异。
5.通过进一步的重组分析发现,E25整体上存在17种重组模式,F基因存在九种的重组模式。VP1区的自然选择压力分析显示,E25在衣壳蛋白VP1区存在一个正向选择位点。
6.血清中和试验结果显示,宁波市5岁以下健康儿童群体中E25的抗体阳性率为5%,抗体滴度范围为11.3~256,抗体的几何平均效价(GMT)为78。
研究结论:
(1)基于全长VP1编码区可将E25划分为A~I九个基因型,其中F基因型为中国大陆主要流行基因型。
(2)世界范围内E25的起源时间可以追溯到1924年,比中国大陆地区早42年,两个数据集中的E25核苷酸替换速率相近。
(3)E25最早起源于印度,其在全球范围内存在六条重要的传播途径,中国在E25的全球传播中占据重要地位。
(4)本研究提示P2、P3非结构蛋白编码区发生的基因重组事件在F基因型成为优势流行株过程中起到重要作用,且E25在VP1区存在正向选择位点,提示病毒持续进化。
(5)E25在健康儿童中血清阳性率较低,但抗