您的位置:首页

详情

人感染新型H7N9禽流感病毒的发现及其病原学研究

2017-04-01

流感病毒由于其易于变异的特点,不仅会导致每年的流感流行,更为重要的是各种新型动物流感病毒会不断跨种属传播,导致人的感染和死亡,甚至引起流感大流行,给人类健康和社会稳定带来巨大威胁。由于流感病毒重配的复杂性,很难预测何种病毒会引起流感大流行,因此在早期发现具有流感大流行潜能的病毒对于降低其危害至关重要。近年项目组在国家传染病重大专项等项目的支持下,逐步建立了各种新型流感病毒的监测和检测技术平台、结合计算机和生物信息学技术的预测预警技术平台,显著提高了我国早期发现各种新型流感病毒的能力,在H5N1禽流感以及2009年甲流防控中发挥了重要作用。2013年3月,针对上海新发现的不明原因肺炎死亡病例,项目组利用建立的技术平台迅速查明新型重配的H7N9禽流感病毒,并率先开展了病毒起源、感染和致病机制等系列研究,为我国成功防控H7N9禽流感疫情提供了理论依据和关键技术支撑。

该项目起止时间为2008年10月至 2013年4月。主要完成单位包括中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所、中国疾病预防控制中心、复旦大学、香港大学、上海市疾病预防控制中心等。主要完成人有舒跃龙、管轶、袁正宏、王大燕、朱华晨、周剑芳、高荣保、胡芸文、张曦、曹彬、王宇、高福、武桂珍、揭志军、蒋太交。

一、发现一种新型H7N9禽流感病毒可以突破种属屏障导致人的感染和死亡

我国自2000年开始逐步建立和完善全国流感监测网络,经过十余年的发展,该监测网络已覆盖了全国31个省(自治区、直辖市)的所有地市及新疆建设兵团,共包括554家流感监测哨点医院,408家流感监测网络实验室。项目组在传染病国家科技重大专项、973计划等课题的支持下,建立了各种亚型流感病毒的监测和检测技术平台、结合计算机和生物信息学技术的预测预警技术平台。该网络在H5N1禽流感以及2009年甲型H1N1流感防控工作中提供了实验室检测、疫情报告等技术支撑,为疫情应对发挥了重要作用。

2013年3月,上海市第五人民医院发现了几例不明原因肺炎死亡病例,项目组在短短5天之内迅速查明引起上述一系列不明原因肺炎死亡病例的是一种新型重配H7N9禽流感病毒。通过对病毒的基因序列研究,发现该新型H7N9禽流感病毒是一种三源重配病毒,其基 因 组 的 8 个 基 因 片 段 全 部 为 禽 源,HA 基 因 与 鸭 子 中 分 离 到 的A/duck/Zhejiang/12/2011(H7N3)-like病毒高度相似,NA基因与野鸟中分离到的A/wild bird/Korea/A14/2011(H7N9)-like病毒高度同源,而内部6个基因片段同2012年禽中流行的H9N2禽流感病毒高度同源,证明该病毒与既往的禽流感病毒完全不同(图1)。对该病毒的分子特征进行分析,发现病毒具有多个哺乳动物适应性的分子标记,如HA蛋白上Q226L和G186V的突变可增加病毒与人流感病毒受体的结合能力,PB2蛋白E627K和D701N突变可以帮助病毒更好地在哺乳动物中复制。这些分子特征均提示该病毒具有感染人的能力。

新病原被发现之后,针对全球关注的病毒起源、病毒造成人感染和死亡的机制等一系列的科学问题,项目组迅速启动,率先开展了 H7N9禽流感病毒检测试剂、病毒起源、感染和致病机制等系列研究,为我国成功防控H7N9禽流感疫情提供了关键技术支撑。

二、阐明了新型H7N9禽流感病毒的起源和重配机制

项目组对2000—2013年中国南方地区分离到的197株H7、N9、N7以及H9N2禽流感病毒进行全基因组测序分析,结果发现,在过去的十年时间里面,东亚候鸟迁徙路线上野禽的H7病毒多次传到家鸭中,家鸭中的H7亚型禽流感病毒进一步与野禽中的N9亚型禽流感病毒发生重配,产生了H7N9禽流感病毒的前体病毒,该前体病毒继续与鸡群中流行的 H9N2病毒发生重配,从而产生了在鸡群流行的新型H7N9禽流感病毒,人通过与鸡的接触而感染该病毒(图2)。但是,新型H7N9禽流感病毒的内部基因来源非常复杂,根据内部6个基因的差异,可以将这些H7N9病毒分为多个不同的基因型,有些基因型只是偶然检测到,而有些基因型,如以A/Anhui/1/2013(H7N9)病毒为代表株的基因型,是流行的主要基因型。

针对不同基因型的H7N9病毒产生原因,项目组对2012—2013年期间从中国东部地区的家鸭、鸡以及野禽中分离到的42株H9N2病毒进行测序分析,结果发现不同基因型的H7N9病毒内部基因并不是完全来自某一株H9N2病毒,而是先后与不同的H9N2病毒重配产生的。多种不同基因型的病毒可能是通过连续重配而产生的,第一步重配是由野鸟中的H7Nx/HxN9病毒与同样在野鸟中流行的H9N2病毒重配,得到一个内部基因为H9N2禽流感病毒的H7N9禽流感病毒;再进一步与鸡群中流行的H9N2禽流感病毒发生二次重配,内部基因片段互相组合,从而形成不同的基因型(图3)。

采用分子钟的方法计算各个基因共同祖先的产生时间(tMRCA),结果发现新型H7N9禽流感病毒的HA、NA和NS基因的起源时间较为接近,分别是在2011年的6月、9月和11月,其他5个基因(M, NP, PA, PB1和PB2)的起源时间大约在2009年中和2010年中之间,远比HA、NA和NS的产生时间早。H7病毒和N9病毒首先重配出新型H7N9禽流感病毒的祖先病毒,这次重配可能发生在2011年中至2012年中之间,最可能是发生在2011年,而H7N9进一步与H9N2病毒的第二次重配则可能发生在2011年中期至2012年。

新型H7N9禽流感病毒的HA和NA基因来源于野禽,那么这些野禽中的流感病毒基因是如何突破种属屏障进入到人群中的呢?经研究发现,野禽的H7病毒多次传到家鸭中,从2010年起,野禽中的H7传入家鸭中,并在家鸭中稳定流行,表明鸭子是野禽中的流感病毒传播到家禽的中间桥梁。因此,H7病毒很有可能是经由家鸭将病毒传给了鸡,随后与鸡群中的H9N2病毒发生重配,产生了这种新型的H7N9 禽流感病毒,最后感染人。

通过对H7N9禽流感病毒基因型的地区分布研究发现,大多数H7N9的基因型都集中在长三角地区,而在其他地区检测到的H7N9基因型,大部分来自长三角地区;一些地区检测到与长三角地区不同的基因型,但其内部基因片段主要也来自长三角地区的H7N9病毒,这些基因型可能是由长三角地区的H7N9病毒随着家禽贸易进入其他地区,再与当地的H9N2禽流感病毒进一步重配产生的。因此,长三角地区不仅是最早发现H7N9病例的地区,也是H7N9禽流感病毒的发源地。

综上所述,该研究证明H7N9禽流感病毒是在2011年至2012年左右,在我国长三角地区,由来自野禽与家禽中流行的病毒,通过至少两次重配产生的。

三、阐明了H7N9禽流感病毒的致病机制,评估了其对人群的感染风险

高致病性H5N1亚型禽流感病毒一直被认为是引发下一次流感大流行最可能的病原,

2003 年至 2013 年,全球16个国家共计报道了651例人感染H5N1禽流感病例,其中我国报道了45例人感染H5N1禽流感病例,死亡30例,而新型H7N9禽流感病毒当时在短短四周之内就造成100多人感染,提示新型H7N9禽流感病毒比H5N1禽流感病毒更容易感染人。既往低致病性禽流感感染患者大多为轻症,而新型H7N9禽流感病毒虽然对禽类是低致病性的,但人感染后主要表现为肺炎、急性呼吸窘迫综合症、多器官衰竭甚至死亡。因此亟需查H7N9禽流感病毒为什么更容易感染人,且导致严重的临床症状,在此基础上判断是否会导致流感大流行。

经研究证实H7N9禽流感病毒 HA 基因上关键位点的突变导致其既能结合人流感受体又能结合禽流感受体,具有典型的“双受体”结合特点,这是其突破种属屏障,比H5N1 禽流感病毒更容易感染人的重要分子机制。

研究表明 H7N9 禽流感病毒在人肺组织中的高复制力导致了肺功能受损,“细胞因子风暴”所引起的免疫病理损伤以及人群缺乏对 H7N9禽流感病毒的预存免疫力是导致 H7N9 感染临床重症的重要机制。同时,耐药性突变的出现会导致临床抗病毒药物治疗的失败。

通过实验表明,由于H7N9禽流感病毒在上呼吸道的复制效率较低,且在哺乳动物中空气传播的能力有限,因此该病毒目前导致有效人际传播的风险较低,但由于可以通过密切接触传播,其导致流感大流行的潜能不容忽视。所以需要密切监测,以及时发现导致其传播力改变的可能突变。

四、迅速成功研发检测试剂,实时追踪病毒,密切监控变异

自 2008 年起,在传染病科技重大专项课题等的支持下,项目组建立了针对各亚型甲型流感病毒的Real-time PCR检测平台。项目组发现H7N9病毒之后,针对新型 H7N9 禽流感病毒的基因序列特征,进一步优化了检测方法,筛选出的引物探针组合能特异性检测出 H7N9禽流感病毒。结果证明H7引物探针与H1-6及H8-16亚型禽流感病毒、N9引物探针与N1-8亚型禽流感病毒以及甲型H1N1流感、既往季节性H1N1亚型、季节性H3N2亚型、B型流感病毒均无交叉反应。检测试剂研发成功之后72小时内下发到全国各级疾控中心和临床机构,使我国迅速具备了H7N9禽流感检测能力。2014年4月检测到超过100 例H7N9禽流感病例,为及时采取有效的临床治疗和疫情防控提供了技术保障。该检测技术也被世界卫生组织在2013年4月5日向全球推荐,用于全球H7N9禽流感疫情防控。

项目组通过建立并优化 H7N9 禽流感病毒全基因组测序平台,持续开展病毒变异追踪。发现尽管H7N9禽流感病毒并未发生与致病力和传播力增强相关的变异,但内部基因不断发生重配,因此,持续对其进行实时监测对于H7N9禽流感的风险评估至关重要。

该项目共发表SCI 论文9篇,总影响因子 285.8,他引次数935次,单篇最高他引522次。项目研究成果达到国际领先水平,得到了国际同行的高度肯定,主要研究论文被推荐1 000 多次,其中3篇入选2013年中国百篇最具影响国际学术论文;同时入选《2014科学发展报告》和《2014中国医学科技发展报告》,荣获2013年度中国科学十大进展。依据该研究成果,制定了《人感染 H7N9 禽流感疫情防控方案》等技术指南,科学指导了我国人感染 H7N9 禽流感的防控。项目研发的H7N9检测试剂已被广泛应用于我国大陆所有流感监测网络实验室,在疫情早期即被世界卫生组织(WHO)所推荐,用于全球H7N9 禽流感的应对。该项目研究成果为我国成功防控H7N9禽流感疫情提供了理论基础和关键技术支撑,具有重大的社会和经济意义,被国际社会评价为传染病防控的典范。

项目负责人简介

舒跃龙,研究员,我国流感防控研究领域知名专家,中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所副所长,世界卫生组织全球流感参比和研究合作中心主任,中国国家流感中心主任。兼任中华医学会医学病毒学分会副主任委员、卫生部疾病预防控制专家委员会传染病防治分委会副主任委员、卫生部突发事件卫生应急专家咨询委员会委员、中国微生物学会病毒学专业委员会委员、《病毒学报》副总编辑、《中华预防医学杂志》编委。主要负责建立和提高全国流感监测网络,开展流感病原学和流行病学监测和研究工作。2003年以来,在ScienceNatureNEJMLancetJIDJVEID等主流国际学术期刊共发表SCI论文130余篇(总影响因子>1 000),其中以第一作者或通讯作者发表SCI论文60余篇。曾主持国际国内科研课题20余项。相关研究成果获国家科技进步奖一等奖、国家科技进步奖二等奖、国家卫生系统科技进步一等奖、中华预防医学会科学技术一等奖、北京市科学技术一等奖、中华预防医学会科学技术二等奖和中华医学科学技术一等奖各1项;获得国家发明专利“通过模型预测流感抗原的方法及应用”(专利号:ZL201010147536.8)和“基于多基因的丙型流感病毒实时荧光定量RT-PCR检测试剂”(专利号:ZL201210573171.4)。2009年被授予“全国卫生应急先进个人”“全国医药卫生系统先进个人”,入选“新世纪百千万人才工程国家级人选”,2010年获第十一届中国青年科技奖,2013年起享受政府特殊津贴,2013年入选国家“万人计划”首批科技创新领军人才人选,2013年获得中华预防医学会“公共卫生与预防医学发展贡献奖”,2014年获2014年度树兰·感染性疾病诊治创新人才奖,2015年获国家杰出青年科学基金资助。