发热伴血小板减少综合征布尼亚病毒遗传进化研究以及检测方法检测方法的建立

来源 :中国人民解放军军事医学科学院 解放军军事医学科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong441
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2007年5月,发热伴血小板减少综合征(Severe fever with thrombocytopenia syndrome,SFTS)首先在我国河南省信阳市报道。流行病学调查结果发现,该病病例高度散发,主要分布植被丰富的丘陵地带或者山区,发病患者主要为中老年农民,发病前有蜱叮咬史,符合虫媒传染病流行传播的特点。最开始,人无形体(Anaplasma phagocytophilum)曾被认为是此次SFTS的病原体。然而在之后的3年收集的206例SFTS疑似病例中,最后确诊为无形体感染阳性样本仅有6例(约3%)在,并且均未分离出病原体。这说明该病可能是有新的病原体引起的。  2010年,中国疾病预防控中心和河南疾病预防控制中心的研究者先后确定了引起该病的病原体是一种新布尼亚病毒,并分别命名为发热伴血小板减少综合征布尼亚病毒(Severe fever with thrombocytopenia syndrome Virus,SFTSV),和发热,血小板和白细胞减少综合征布尼亚病毒( Fever, thrombocytopenia and leukopenia syndrome Virus,FTLSV)。随后,在我国湖北、山东、安徽、江苏、辽宁等省也报道了相关的病例,同时该病毒在韩国,日本也先后被报道出来。随后的血清学流行病学调查研究显示,该病毒在山区人群中血清阳性率在1%-3.8%之间。这项研究表明,该病毒可能在中国分布广泛流行,但是只有一小部分感染人群发病。  SFTSV由L,M,S三个片段组成,长度分别为6391bp,3397bp和1760bp,GC含量在48.45%-49.62%之间。L片段编码RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase), M片段编码外膜蛋白Gn和Gc。S片段编码核蛋白N和非结构蛋白Ns分别位于正义链和负义链。SFTSV的媒介可能是蜱虫。已有报道发现从家畜如牛、水牛、山羊和猫上采集到的长角血蜱(Haemaphyssalis,H. longicornis)和微小牛蜱(Rhipicephalus microplus,R. microplus)能够检测到 SFTSV,这些SFTSV的核酸序列与人体发现的SFTSV具有高度的一致性。这表明SFTSV可能通过蜱虫实现动物与人之间传染流行。目前已经有报道发现表明SFTSV可能会在人与人之间传播。对于人类公共卫生来说,SFTSV是一个潜在威胁。  由于该病毒是一个新发病原体,对于该病毒的分子进化分析结果表明目前的流行的SFTSV存在五种主要的流行型别,但是缺少进一步的详细的分子进化方面知识。首先,SFTSV的祖先是什么时候产生的?SFTSV病是如何从起源地进行传播的?有没有进化规律和特征这些SFTSV的进化问题不仅是病毒学家关心的研究课题,也是 SFTSV预防控制的公共卫生核心问题之一。因为起源时间、传播路径以及进化动态变化的信息对于SFTSV监控和防治将提供主要的支撑作用。本研究通过本研究组分离的SFTSV的全基因组序列以及公用数据存在的基因组序列,对其进行SFTSV系统的分子研究。其次,SFTSV是新发的传染病,对于其致病机制和流行病研究目前不多,同时也没有有效的治疗药物,而且目前病例在多个地区报道且呈日渐增多的趋势。本研究研制了基于实时荧光定量PCR的检测技术,以便及时给予 SFTSV疑似患者及时诊断,然后给以正确治疗以降低疾病的病死率。基于上述两个目的,本课题开展了关于SFTSV的遗传进化研究和核酸检测方法的建立。  本研究分离和测序了12株SFTSV病毒,通过遗传距离和一致性分析,表明这12株病毒遗传距离很近。通过比对分析确认了RNA依赖的RNA聚合酶功能区域Ⅰ-Ⅴ(区域Ⅰ[104-127],区域Ⅱ[649-707],区域Ⅲ[904-1186],区域Ⅳ[1190-1289]和区域V[1179-1289]),在功能区域Ⅲ确定了RNA依赖RNA聚合酶保守基序PreA[904-941],A[976-1005],B[1074-1093],C[1118-1130],D/E[1161-1186]。预测M基因编码的外膜蛋白的Gn和Gc的保守结构域,位置分别在177-558位置,和563-996的位置;外膜蛋白前19个氨基酸为信号肽,包含有三个跨膜结构区域(AA453-470,AA496-1035,AA1036-1058),在SFTSV的外膜蛋白上发现有2个N-糖基化修饰位点、12个N-乙酰氨基葡萄糖基化修饰位点、15个O-糖基化修饰位点和三个位于部分毒株上的C-甘露糖基化修饰位点;确定了通过比对分析确定了N蛋白在白蛉热病毒重保守氨基酸Tyr4, Phe11和Trp24。  进化树分析显示L节段、S节段和M节段的树形拓扑结构都很相似,显示SFTSV目前存在六种截然不同的基因型。通过进化树分析,发现了四个重配事件,重组事件分别涉及L、M和S节段,推断基因重配可能是SFTSV进化的潜在动力之一。本研究推断SFTSV的L、M和S三个节段的进化速率,1.19×10-4(1.27×10-5–2.22×10-4,95%HPD)substitutions/site/year,2.42×10-4(8.07×10-5–4.16×10-4,95%HPD)substitutions/site/year,2.28×10-4(4.35×10-5–4.48×10-4,95%HPD) substitutions/site/year;推断了L、M和S三个节段的起源时间分别为191年以前(95%HPD=51-381);182年以前(95%HPD=73-353),294年以前(95%HPD=82-681)。综上所述,可以推断是SFTSV的起源时间距离目前182-294年以前。研究发现SFTSV的种群变化在很长的一段时间内保持相对稳定;从1999开始,该病原体的有效群体数量开始迅速增长,这种趋势一直持续到2008年,然后有效群体数量又下降的趋势。淮阳山、辽宁、日本、江苏和浙江这五个地区的毒株是以本地的毒株进化为主,而其余地方的毒株主要是输入性毒株为主。确定了SFTSV可能起源于中国淮阳山区域,确立了四条主要传播路径。经BF统计分析,淮阳山至山东(BF=9.74),江苏至山东(BF=3.35)和江苏至辽宁(BF=3.31)显示有统计学意义。  通过SLAC, IFEL, FEL和FUBAR等软件确定了SFTSV的四个蛋白主要选择压力为负选择压力,dN/dS值在0.048-0.14之间,其中M基因的dN/dS值比另外三个基因的高。通过MEME方法在SFTSV的三个蛋白上发现了多个偶发性正选择压力位点。在L基因上发现了5个正选择位点(sites20,243,1653,1656和1749),在M基因上共计发现了9个正选择压力位点(sites322,384,553,638,641,650,925,955和1032),在Ns蛋白上发现了一个位点228。这说明自然选择压力作用于 SFTSV是偶发的,同时说明这种选择压力可能会被负选择压力位点所掩盖,MEME方法在检测偶发性突变位点较其他方法有优势。  通过DEPS方法确定了定向进化的位点,表明有一种选择压力存在促进选择适应。在 L基因中共计检测到了36个位点处于定向正选择压力下,氨基酸的取代趋于13个残基。在M基因中,共计检测到了50个位点处于定向正选择压力之下,氨基酸的取代趋向于16个氨基酸。在Ns基因中共计检测到了12个位点处于定向正选择压力之下,氨基酸的取代趋向与9个氨基酸。同时发现了四个进化分枝处于偶发性正选者压力下。分别是2011YPQ17和2012YGS10毒株的L基因片段,YPQ2_2011毒株的M基因片段和2013038S毒株的Ns蛋白。  本研究建立了基于TaqMan的Real-time PCR方法检测SFTSV RNA,该方法检测引起相同出血热症状的病毒为阴性,最低检出限为2-5copies分子/反应,检测79例SFTSV感染患者的急性期血清,阳性率为96%,表明本课题研制的方法具有良好的敏感性和特异性。进一步评价临床分析新能,共计检测416例SFTSV疑似样本,检出317例阳性样本,阳性检出率为73.79%,说明该检测方法可以用于临床样本检测。  本研究对SFTSV的L、M和S基因编码蛋白质进行了结构和功能预测分析,对于外膜蛋白做了糖基化修饰、信号肽和跨膜区域的分析,这些结果将为SFTSV的蛋白功能、致病机制、疫苗研制和抗病毒药物的研究打下基础。其次,本研究确定了目前已有的SFTSV毒株之间的亲缘关系、进化速率、系统进化时间、系统起源地、传播路径和进化选择压力,这些研究结果表明负选择压力、基因重配等事件影响SFTSV的多样性,这些研究成果将为SFTSV的预防控制和监测提供科学依据。
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