? ? ? ? 今天介紹的是結構最復雜的人類病毒——輪狀病毒(Rotavirus)。

簡介

? ? ? ?輪狀病毒是呼腸孤病毒家族的雙鏈RNA病毒的屬，是最著名的呼腸孤病毒(Reovirus)。輪狀病毒是嬰幼兒腹瀉病的最常見原因。到五歲時，世界上幾乎每個兒童都至少感染過一次輪狀病毒。每次感染都會產(chǎn)生免疫力，因此以后的感染不太嚴重。 成人很少受到影響。該屬有九種，分別稱為A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H和I。輪狀病毒A是最常見的一種，可導致人類90％以上的輪狀病毒感染。

? ? ? ?1943年，雅各布·萊特(Jacob Light)和霍勒斯·霍德斯(Horace Hodes)證明，傳染性腹瀉患兒的糞便中的可過濾物質也會引起牛痢疾(牲畜腹瀉)。三十年后，該病原的保存樣本被證明是輪狀病毒。在隨后的幾年中，輪狀病毒被證明與腹瀉有關。1973年，Ruth Bishop及其同事描述了在患有腸胃炎的兒童中發(fā)現(xiàn)的相關病毒。

? ? ? ?1974年，托馬斯·亨利·弗萊維特(Thomas Henry Flewett)提出了輪狀病毒的名稱，原因是觀察到，通過電子顯微鏡觀察時，輪狀病毒顆?？雌饋硐褚粋€車輪(拉丁語為Rota)，該名稱已被國際生物分類學委員會正式認可四年后的病毒數(shù)量。1976年，其他幾種動物中也發(fā)現(xiàn)了相關病毒。這些病毒均引起急性胃腸炎，被認為是影響全世界人類和動物的集體病原體。輪狀病毒的血清型首先在1980年描述，第二年，通過添加胰蛋白酶(一種在哺乳動物十二指腸中發(fā)現(xiàn)的酶，現(xiàn)已知道對于人類的輪狀病毒必不可少的酶)，首先在衍生自猴腎的細胞培養(yǎng)物中培養(yǎng)人的輪狀病毒，輪狀病毒在培養(yǎng)基中成功復制。在培養(yǎng)物中培養(yǎng)輪狀病毒的能力加快了研究的步伐，到1980年代中期，正在評估第一批候選疫苗。

? ? ? ?該病毒通過糞口途徑傳播。 它會感染并破壞小腸周圍的細胞并引起腸胃炎(盡管與流感無關，但通常被稱為“腸胃感冒”)。 盡管輪狀病毒是1973年由Ruth Bishop及其同事通過電子顯微照片發(fā)現(xiàn)的，約占嬰兒和兒童嚴重腹瀉住院治療的三分之一，但在歷史上，其重要性在公共衛(wèi)生界被低估了，特別是在發(fā)展中國家。輪狀病毒除了對人類健康有影響外，還感染動物，并且是牲畜的病原體。

? ? ? ?輪狀病毒腸炎通常是一種易于控制的兒童疾病，但在2013年，輪狀病毒導致腹瀉兒童死亡的37％和全世界215000例的死亡，近200萬人患了重病。這些死亡大多數(shù)發(fā)生在發(fā)展中國家。在美國，在2000年代開始輪狀病毒疫苗接種計劃之前，每年輪狀病毒引起約270萬例兒童嚴重腸胃炎，近6萬人住院，每年約37例死亡。在美國引入輪狀病毒疫苗之后，住院率已大大下降。防治輪狀病毒的公共衛(wèi)生運動的重點是為受感染的兒童提供口服補液療法和預防疾病的疫苗接種。在將輪狀病毒疫苗添加到其常規(guī)兒童期免疫政策中的國家中，輪狀病毒感染的發(fā)生率和嚴重性已大大降低。

病毒學特征

輪狀病毒的種類

? ? ? ?輪狀病毒共有九種，分別稱為A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H和I。人類主要受到輪狀病毒A的感染。A–E物種引起其他動物的疾病，豬的E和H物種，鳥類的D，F(xiàn)和G物種，貓的I。輪狀病毒A中有不同的菌株，稱為血清型。與流感病毒一樣，基于病毒表面的兩種蛋白質使用雙重分類系統(tǒng)。 糖蛋白VP7定義了G血清型，而蛋白酶敏感蛋白VP4定義了P血清型。因為確定G型和P型的兩個基因可以分別傳遞給子代病毒，所以發(fā)現(xiàn)了不同的組合。已經(jīng)建立了輪狀病毒A的全基因組基因分型系統(tǒng)，該系統(tǒng)已用于確定非典型菌株的起源。各個國家和年份之間以及之內，個別G型和P型的患病率各不相同

結構

? ? ? ?輪狀病毒的基因組由11個獨特的雙鏈RNA分子(dsRNA)組成，每個雙鏈RNA共有18555個核苷酸堿基對。每個節(jié)段都是一個基因，通過大小從1到11編號。每個基因編碼一種蛋白質，除了基因9編碼兩種。RNA被三層二十面體蛋白衣殼包圍。 病毒顆粒直徑最大為76.5nm，沒有包膜。

蛋白質

? ? ? ?有六個病毒蛋白(VP)形成病毒顆粒(病毒顆粒)。這些結構蛋白稱為VP1，VP2，VP3，VP4，VP6和VP7。 除VP外，還有六種非結構蛋白(NSP)，它們僅在輪狀病毒感染的細胞中產(chǎn)生。 這些稱為NSP1，NSP2，NSP3，NSP4，NSP5和NSP6。

? ? ? ?輪狀病毒基因組編碼的十二種蛋白質中至少有六種結合RNA。這些蛋白質在輪狀病毒復制中的作用尚不完全清楚。 它們的功能被認為與病毒體中的RNA合成和包裝，mRNA轉運到基因組復制位點以及mRNA的翻譯和基因表達的調節(jié)有關。

結構蛋白

? ? ? ?VP1位于病毒顆粒的核心，是一種RNA聚合酶。在被感染的細胞中，該酶產(chǎn)生用于合成病毒蛋白的mRNA轉錄本，并為新產(chǎn)生的病毒顆粒產(chǎn)生輪狀病毒基因組RNA片段的副本。

? ? ? ?VP2形成病毒體的核心層并結合RNA基因組。

? ? ? ?VP3是病毒體內核的一部分，是一種稱為鳥苷酸轉移酶的酶。這是一種加帽酶，可在mRNA的轉錄后修飾中催化5'帽的形成。該帽通過保護其免受稱為核酸酶的核酸降解酶的破壞，從而穩(wěn)定了病毒的mRNA。

? ? ? ?VP4在毒粒表面上呈尖刺狀突出。它與細胞表面的分子結合，稱為受體，并促使病毒進入細胞。在病毒感染之前，必須通過腸道中的蛋白酶胰蛋白酶將VP4修飾為VP5 *和VP8 *。VP4確定病毒的毒性，并確定病毒的P型。在人類中，血型分泌物狀態(tài)與感染易感性之間存在關聯(lián)。非分泌物似乎對P[4]和P[8]型感染具有抵抗力，表明血型抗原是這些基因型的受體。

? ? ? ?VP6構成了衣殼的大部分。它具有高度抗原性，可用于鑒定輪狀病毒種類。該蛋白用于輪狀病毒A感染的實驗室測試。

? ? ? ?VP7是一種糖蛋白，可形成病毒體的外表面。除了其結構功能外，它還決定了菌株的G型，并與VP4一起參與了對感染的免疫。

非結構蛋白

? ? ? ?NSP1是基因5的產(chǎn)物，是一種非結構性RNA結合蛋白。NSP1還阻斷干擾素反應，這是先天免疫系統(tǒng)的一部分，可保護細胞免受病毒感染。 NSP1使蛋白體降解刺激受感染細胞中干擾素產(chǎn)生并響應相鄰細胞分泌的干擾素所需的關鍵信號成分。降解目標包括干擾素基因轉錄所需的幾種IRF轉錄因子。

? ? ? ?NSP2是一種RNA結合蛋白，可在細胞質內病毒工廠中積累，是基因組復制所必需的。

? ? ? ?NSP3與受感染細胞中的病毒mRNA結合，負責細胞蛋白合成的關閉。NSP3失活了兩個翻譯起始因子，這對于從宿主mRNA合成蛋白質至關重要。首先，NSP3從翻譯起始因子eIF4F彈出poly(A)結合蛋白(PABP)。PABP是具有3'poly(A)尾部的轉錄物高效翻譯所必需的，這在大多數(shù)宿主細胞轉錄物中均可找到。其次，NSP3通過刺激eIF2的磷酸化使其失活。缺少3'poly(A)尾部的輪狀病毒mRNA的高效翻譯不需要任何這些因素。

? ? ? ?NSP4是一種病毒性腸毒素，可引起腹瀉，是第一個被發(fā)現(xiàn)的病毒性腸毒素。

? ? ? ?NSP5由輪狀病毒A的基因組片段11編碼。NSP5在病毒感染的細胞中累積在病毒質中。

? ? ? ?NSP6是一種核酸結合蛋白，由異相開放閱讀框的基因11編碼。

復制

? ? ?? 該病毒通過受體介導的內吞作用進入細胞，并形成稱為內體的囊泡。第三層中的蛋白質(VP7和VP4尖峰)破壞了內體的膜，造成了鈣濃度的差異。這會導致VP7三聚體分解為單個蛋白亞基，從而在病毒dsRNA周圍留下VP2和VP6蛋白外殼，形成雙層顆粒(DLP)。

? ? ? ?11條dsRNA鏈保留在兩個蛋白質殼的保護范圍內，病毒依賴RNA的RNA聚合酶產(chǎn)生了雙鏈病毒基因組的mRNA轉錄本。通過保留在核心中，病毒RNA逃避了先天的宿主免疫反應，包括由雙鏈RNA的存在觸發(fā)的RNA干擾。

? ? ? ?在感染期間，輪狀病毒產(chǎn)生用于蛋白質生物合成和基因復制的mRNA。大多數(shù)輪狀病毒蛋白在病毒工廠中積累，在那里復制RNA并組裝DLP。在病毒工廠中，用作合成病毒基因組dsRNA模板的正向病毒RNA受到保護，免受siRNA誘導的RNase降解的影響。病毒感染后兩小時之內，細胞質就在細胞核周圍形成病毒工廠，它由被認為由兩種病毒非結構蛋白NSP5和NSP2構成的病毒工廠組成。 RNA干擾在體外抑制NSP5導致輪狀病毒復制急劇減少。DLP遷移到內質網(wǎng)，在那里它們獲得了第三外層(由VP7和VP4形成)。隨后，子代病毒通過裂解從細胞中釋放出來。

傳染方式

? ? ? ?輪狀病毒是通過口腔途徑，通過接觸被污染的手，表面和物體而傳播的，也可能是通過呼吸途徑傳播的。病毒性腹瀉具有高度傳染性。 感染者的糞便每克可以包含10兆(1萬億=1兆)個以上的感染性顆粒；將感染傳播給另一個人所需的顆粒至少為100個。

? ? ? ?輪狀病毒在環(huán)境中穩(wěn)定，并且在河口樣品中發(fā)現(xiàn)的濃度高達每加侖1–5個感染顆粒。 病毒可以存活9到19天。足以消除細菌和寄生蟲的衛(wèi)生措施似乎對輪狀病毒的控制無效，因為衛(wèi)生標準高低的國家輪狀病毒感染的發(fā)生率相似。

導致疾病

? ? ? ?輪狀病毒腸炎是一種以惡心，嘔吐，水樣腹瀉和低燒為特征的輕度至重度疾病。一旦兒童感染了該病毒，便需要大約兩天的潛伏期才能出現(xiàn)癥狀。疾病時期是急性的。癥狀通常從嘔吐開始，然后是四到八天的大量腹瀉。在輪狀病毒感染中，脫水比大多數(shù)細菌病原體引起的脫水更常見，并且是與輪狀病毒感染有關的最常見的死亡原因。

? ? ? ?輪狀病毒A感染可終生發(fā)生：第一次通常會產(chǎn)生癥狀，但隨后的感染通常是輕度或無癥狀的，因為免疫系統(tǒng)提供了一定的保護。因此，兩歲以下兒童的癥狀感染率最高，到45歲時逐漸降低。最嚴重的癥狀往往發(fā)生在六個月至兩歲的兒童，老年人和免疫缺陷的兒童中。由于兒童時期獲得的免疫力，大多數(shù)成年人不易感染輪狀病毒。成年人的腸胃炎通常不是輪狀病毒引起的，但是成年人的無癥狀感染可以維持社區(qū)感染的傳播。有證據(jù)表明血型分泌者狀態(tài)和腸道中的主要細菌會影響輪狀病毒感染的易感性。

致病機理

? ? ? ?輪狀病毒主要在腸道中復制，并感染小腸絨毛的腸上皮細胞，導致上皮的結構和功能改變。在人類，特別是在動物模型中，輪狀病毒在腸道外巨噬細胞，進而傳播到其他器官。

? ? ? ?腹瀉是由病毒的多種活性引起的。吸收不良是由于破壞稱為腸上皮細胞的腸細胞而發(fā)生的。毒性輪狀病毒蛋白NSP4誘導年齡和鈣離子依賴性氯離子分泌，破壞SGLT1(鈉/葡萄糖共轉運蛋白2)轉運蛋白介導的水重吸收，明顯降低刷狀邊界膜糖酶的活性，并激活鈣離子依賴性分泌腸神經(jīng)系統(tǒng)反射。NSP4充當維羅帕林可提高細胞質中鈣離子的濃度(這是子代病毒組裝所必需的)。鈣離子的增加導致被感染的腸細胞自噬(自我破壞)。

? ? ? ?NSP4也被分泌。這種細胞外形式由腸中的蛋白酶修飾，是一種腸毒素，它通過整聯(lián)蛋白受體作用于未感染的細胞，繼而引起并增加細胞內鈣離子濃度，分泌性腹瀉和自噬。

? ? ? ?嘔吐是輪狀病毒性腸炎的特征，是由病毒感染消化道內壁的腸嗜鉻細胞引起的。感染會刺激5-羥色胺的產(chǎn)生。這會激活迷走神經(jīng)傳入神經(jīng)，進而激活控制嘔吐反射的腦干細胞。

? ? ? ?健康的腸細胞分泌乳糖酶進入小腸;牛奶不耐受由于乳糖酶缺乏是輪狀病毒感染的癥狀，可持續(xù)數(shù)周。由于腸道中二糖乳糖的細菌發(fā)酵，在孩子的飲食中重新引入牛奶后，經(jīng)常會出現(xiàn)輕度腹瀉的復發(fā)。

診斷與治療

? ? ? ?輪狀病毒感染的診斷通常在診斷為嚴重腹瀉的胃腸炎之后進行。 接受腸胃炎住院的大多數(shù)兒童都接受了輪狀病毒A檢測。輪狀病毒A感染的特異性診斷是通過酶免疫法在孩子的糞便中發(fā)現(xiàn)病毒來進行的。 市場上有幾種許可的檢測試劑盒，它們敏感，特異并能檢測輪狀病毒A的所有血清型。研究實驗室使用了其他方法，例如電子顯微鏡和PCR(聚合酶鏈反應)。逆轉錄聚合酶鏈反應(RT-PCR)可以檢測和鑒定人類輪狀病毒的所有種類和血清型。

? ? ? ?急性輪狀病毒感染的治療是非特異性的，涉及癥狀的控制，最重要的是脫水的控制。如果不及時治療，兒童可能會因嚴重脫水而死亡。根據(jù)腹瀉的嚴重程度，治療包括口服補液療法，在此期間，可以給孩子額外喝一些水，其中含有一定量的鹽和糖。2004年，世界衛(wèi)生組織(世衛(wèi)組織)和聯(lián)合國兒童基金會建議使用低滲透性口服補液溶液和補鋅作為急性腹瀉的兩管齊下的治療方法。有些感染嚴重到足以住院治療，通過靜脈注射療法或經(jīng)鼻胃插管輸液，并監(jiān)測孩子的電解質和血糖。輪狀病毒感染很少引起其他并發(fā)癥，對于管理良好的兒童，預后很好。益生菌已顯示出減少輪狀病毒腹瀉的持續(xù)時間，根據(jù)歐洲兒科胃腸病學學會的說法，“有效的干預措施包括施用特定的益生菌(鼠李糖乳桿菌或博拉氏糖酵母)，蒙脫石散(？)或消旋卡多曲?！?。

附錄：疫苗

? ? ? ?輪狀病毒具有高度傳染性，不能用抗生素或其他藥物治療。由于改善的衛(wèi)生條件不會降低輪狀病毒疾病的流行，盡管使用口服補液藥物，住院率仍然很高，所以主要的公共衛(wèi)生干預措施是接種疫苗。1998年，輪狀病毒疫苗被許可在美國使用。在美國，芬蘭和委內瑞拉的臨床試驗發(fā)現(xiàn)，它能有效預防輪狀病毒A引起的嚴重腹瀉，有效率為80％至100％，研究人員未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學上的嚴重不良反應。然而，制造商在發(fā)現(xiàn)疫苗可能導致每12000名接受疫苗接種的嬰兒中有一種腸套疊的風險增加后，于1999年將其撤出市場。該經(jīng)驗引起了關于輪狀病毒疫苗相對風險和益處的激烈辯論。2006年，已證明兩種針對兒童輪狀病毒A感染的新疫苗是安全有效的，2009年，世界衛(wèi)生組織建議將輪狀病毒疫苗納入所有國家免疫規(guī)劃。

? ? ? ?遵照該建議采取行動的國家中，輪狀病毒感染的發(fā)生率和嚴重性已大大降低。2014年對各國在其國家免疫規(guī)劃中常規(guī)使用輪狀病毒疫苗的國家提供的臨床試驗數(shù)據(jù)的審查發(fā)現(xiàn)，輪狀病毒疫苗使輪狀病毒的住院治療減少了49％至92％，所有腹瀉病的住院治療均減少了17％至55％。在2006年成為世界上最早引入輪狀病毒疫苗的國家之一的墨西哥，2009年輪狀病毒季節(jié)腹瀉病死亡率在兩歲及以下兒童中下降了65％以上。在尼加拉瓜，該國于2006年成為第一個引入輪狀病毒疫苗的發(fā)展中國家，嚴重的輪狀病毒感染減少了40％，急診就診次數(shù)減少了一半。在美國，自2006年以來接種輪狀病毒疫苗已使輪狀病毒相關的住院治療下降了多達86％。疫苗還可以通過限制循環(huán)感染的數(shù)量來預防未接種疫苗的兒童的疾病。在大多數(shù)輪狀病毒死亡發(fā)生的非洲和亞洲發(fā)展中國家，大量的安全性和有效性試驗以及最近對Rotarix和RotaTeq的引入后影響和有效性研究表明，疫苗可大大減少嬰兒的嚴重疾病。2013年9月，該疫苗面向英國所有年齡在2個月至3個月之間的兒童提供，預計將嚴重感染病例減少一半，并將因感染而住院的兒童人數(shù)減少70％。 在歐洲，疫苗接種后，輪狀病毒感染后的住院率下降了65％，降至84％。在全球范圍內，疫苗接種使住院人數(shù)和急診就診次數(shù)減少了67％。

? ? ? ?輪狀病毒疫苗已在100多個國家/地區(qū)獲得許可，并且有80多個國家/地區(qū)實施了常規(guī)的輪狀病毒疫苗接種，其中近一半在疫苗聯(lián)盟Gavi的支持下進行。為使輪狀病毒疫苗在所有國家(尤其是大部分輪狀病毒死亡發(fā)生的非洲和亞洲的中低收入國家)可用，容易獲得和負擔得起，PATH(原衛(wèi)生技術計劃)，世界衛(wèi)生組織，美國疾病控制與預防中心和Gavi已與研究機構和政府合作，以產(chǎn)生和傳播證據(jù)，降低價格并加快引入。

? ? ? ?該疫苗可以預防1型糖尿病。