生化与分子生物学论文
研究生课程论文
论文题目: Enterovirus71研究进展 课程名称: 生物化学与分子生物学专题 任课教师: 张红梅 研究生姓名: 陈宁 学 号: XS149025 专业(领域): 生物化学与分子生物学 研究生类别: 学术型
注:请任课教师用红色笔批阅论文。
Enterovirus71研究进展
摘要:肠道病毒71型(Enterovirus 71,EV71) 引起婴幼儿手足口病的主要病原体,主要感染5岁以下婴幼儿,其典型临床症状为发热和手、足、口腔等部位皮疹或疱疹,少数可出现无菌性脑膜炎、脑炎和心肌炎等严重并发症,个别重症患儿病情恶化甚至死亡。本文对EV71的研究进展进行总结。 关键词:肠道病毒71型 疫苗 手足口病
Abstract: Enterovirus 71 (Enterovirus 71, EV71) caused by major pathogens in infants foot and mouth disease, mainly affects infants and children under 5 years old, the typical symptoms of fever and hand, foot, mouth and other parts of the rash or herpes, a few may appear serious complications aseptic meningitis, encephalitis and myocarditis, etc., individual children with severe disease progression or death. This paper summarizes the progress of EV71.
Keyword: Enterovirus 71 Vaccine HFMD
前言
肠道病毒71型(Enterovirus 71,EV71)属于小RNA病毒科肠道病毒属。EV71主要引起手足口病,还可引起无菌性脑膜炎、脑干脑炎和脊髓灰质炎样的麻痹等多种神经系统疾病。手足口病和中枢神经系统感染是EV71感染而引起的两大常见临床症状。有较高的病死率和致残率,严重威胁儿童的身体健康和生命安全。虽然在一般情况下,感染肠病毒多为无症状(约50%-80%)或出现轻微的类似感冒的症状,病人会自己痊愈而产生抗体,但因感染肠道病毒而转成重症的患者却有极高的几率思雨心肺衰竭及广泛性的脑干损伤,实不容小觑。
1. 流行历史
早在1957年,新西兰曾爆发了一场神秘的疫情,很多三岁及以下的孩子先后的出现了手足发红等症状,并有死亡案例发生。1958年从患儿的体内分离出柯萨奇病毒(Coxsackieviruses),1959年才命名这种病为手足口病(hand-foot and mouth disease)。这种疫情爆发的12年后,1969年,EV71病毒在美国被分离出来。美国加利福尼亚州的医学研究人员从一些患有中枢神经系统性疾病的婴儿及儿童粪便标本中分离出部分病毒毒株,在电子显微镜下,这些毒株的形态与已知的普通肠道病毒没有区别。但经人们试验后发现,这种新发现的毒株与之前已知的肠道病毒在生物学特征上并不完全一致。鉴于这种情况,1970年,国际病毒命名委员会将这种病毒定义为一种新的肠道病毒。
1981年我国上海首次报告了手足口病(HFMD)。此后,山东、河北、吉林等十几个省市地区都出现手足口病的报道,并在某些省出现了大流行,2008年阜阳市感染人数达员176000人,严重病例353人,死亡病例23人,引起了社会的恐慌。继脊髓灰质炎病毒之后,EV71已成为当今最重要的感染儿童的肠道病毒。
自2008年,我国正式将HFMD纳入丙类传染病之列。根据统计,HFMD在传染病发病率中位居首位,并且疫情越来越严重。发病人数大幅度增加的原因除与流行范围扩大有关外,也与我国传染病报告制度的逐步完善密切相关。目前形势非常严峻,工作非常艰巨[1]。
2. EV71的流行病
2.1手足口病
HFMD是肠道病毒EV71引起的常见传染病之一;多发生于5岁以下的婴幼儿;发热和手、足、口腔等部位的皮疹、溃疡;个别患者可发生心肌炎、肺水
肿、无菌性脑膜脑炎等致命性并发症;无合并症的患儿预后良好,一般5-7d自愈。
2.2 中枢神经系统感染
EV71是一种严重的视神经的病原体,累及神经系统主要表现为无菌性脑膜炎、脑炎及瘫痪性疾病,多发生于5岁以下幼儿,1岁以下婴儿发病率最高。其引起的重症病例在病理上主要表现为无菌性脑膜炎、脑炎、脑干脑炎、脑脊髓炎、脊髓灰质炎样综合征等神经系统病变。少数中枢神经系统受累炎症的患者,病情可于短时间内迅速发展,发生肺水肿,肺出血以及循环衰竭等严重并发症,死亡率和致残率高。
2.3 神经源性肺水肿
最早描述EV71感染引起的神经源性肺水肿来自于1995年美国的一个三岁女孩,大量的病例来源于亚太地区的EV71流行。其症状为起病第3天内突然发生心动过速、呼吸困难、发绀和休克,胸片显示双侧对称性非心源性肺水肿,90%的病例于发病后12小时内死亡[2]。
3. 顽强的生命力
由于肠道病毒EV71型在病毒学上的分类是属于无外套膜(non-envelop)的病毒,因此它对于周遭的抵抗力非常顽强,可以耐酸达PH=2的环境,故不会被胃酸破坏,可以同过胃部到达肠道进行繁殖,这也是它被命名为肠道病毒的原因之一;肠道病毒对乙醇也有耐受性,所以酒精对肠道病毒无杀菌作用;肠道病毒在大流行期间曾在下水道中分离出肠道病毒,引起亦能在下水道中生活3-5天。目前已知需要浓度大约在1-3%的漂白水才能有效地将肠道病毒消灭,也因此在大流行期间用此浓度的漂白水对病毒所接触过的物品及环境进行喷洒消毒[3]。
4. EV71的结构
EV71的病毒颗粒为二十面体立体对称的球形结构,无包膜和突起,直径大约在24nm-30nm,核酸为单股正链RNA。病毒粒子的衣壳由60个亚单位构成,后者又是由四种衣壳蛋白(VP1 ~VP4)拼装成的五聚体样结构。VPl、VP2、VP3暴露在表面,VP4被包涵在内部。因而抗原决定簇基本上位于VP1 ~VP3 上。
EV71 基因组中仅有一个开放阅读框(ORF),编码含2 194个氨基酸的多聚蛋白,在其两侧为5’和3’非编码区(UTRs),在3’非编码区的末端含有一个长度可变的多聚腺苷酸尾巴(poly -A)。该多聚蛋白可进一步被水解成P1、
P2、P3 3个前体蛋白,P1前体蛋白编码VP1、VP2、VP3、VP4 4个病毒外壳蛋白;P2和P3前体蛋白编码7个非结构蛋白(2A~2C 和3A~3D)。[5]
内部核糖体进入位点(IRES)在决定Ev71毒力和组织嗜性上起重要作用。EV71的5 7UTR含有IRES,其与病毒翻译有关,并且是抗病毒药物研究的靶位点。
图1 EV71结构3D模式图
5. EV71的致病机制
5.1 受体
病毒感染首先要通过细胞受体来完成黏附到易感细胞表面这一初始过程。病毒的特异性受体不仅决定病毒的组织嗜性,而且在诱导细胞发生内吞的过程中扮演着重要角色。EV71通过一组特异的受体进入宿主细胞。目前发现的EV71受体主要有清道夫受体B2(SCARB2)、P选择素糖蛋白受体一1(PSGL一1/CDl62)、唾液酸聚糖和DC—SIGN(CD209)。
5.2 天然免疫
证据表明EV71病毒感染诱发中枢神经系统炎症反应与补体激活有关。有研究发现Ewl病毒感染人神经细胞SF268后,C3aRl、Cl qR、DAF、C4a等补体分子表达明显升高。EV71感染也可以通过旁路活化系统产生C5a而刺激肺巨噬细胞释放小分子趋化因子,诱导大量的多形核中性粒细胞聚集活化,导致组织损伤。补体不仅广泛参与机体抗微生物防御反应以及免疫调节,在免疫病理学过程中又是引起炎症等组织损伤的因子[4]。
5.3 获得免疫
EV71感染后,胸腺细胞会产生IL-4和IL-2,这表明IL11和Th2被激活。因此,抗体和细胞介导的免疫反应在EV71感染后会被激活。
5.4 细胞因子
IL-6在EV71感染过程中起到保护机体的作用。IFN-1可直接激活其他免疫细胞,在天然免疫和获得免疫中起重要作用。IFN-1可通过调节其他细胞因子的分泌来抑制病毒复制,加速IL-6在单核细胞中的转录和复制,因此,病毒感染介导的IFN-1分泌可加强IL-6的产生[5]。
6. EV71的体内传播途径
EV71病毒通过粪口途径进入人体,并在小肠黏膜内定植。EV71从小肠黏膜进入颈部和肠系膜淋巴结完成初始的复制,然后进入血液并引起病毒血症。若机体能及时应答产生足量的针对EV71衣壳蛋白VPl的中和抗体将病毒清除,可不发病而呈隐性感染,大多数感染止步于此阶段;若感染病毒量大、毒力强或机体免疫功能差,则病毒会扩散到网状内皮系统(肝脏、脾脏、骨髓、淋巴结)、心脏、肺脏、胰脏、皮肤、黏膜等神经外位点。最初阶段的病毒血症会造成神经外位点病毒复制并增加了进入中枢神经系统的可能性。对于少数感染个体,病毒会进人中枢神经系统并造成严重损害。对死亡病例组织病理学观察显示,脑干受损大多发生在脑桥内皮,脑干、脊髓索受损的主要神经损伤表现在延髓椭圆口、脑桥、中脑、小脑的齿状核,有的还包括脊髓索、丘脑和核。一般认为间脑、中脑、脑桥、延髓是主要的靶病理区。
7. 疫苗的开发
7.1 灭活病毒疫苗的研制
据报道以氢氧化铝为佐剂的甲醛灭活的EV71病毒疫苗,已于1975年用于预防在保加利亚发生的HFMD流行。
7.2 减毒活疫苗
具有免疫途径简单,成本低,肠黏膜免疫原性高等优点,在发展中国家得到了广泛的应用。具有免疫学效果,但其所引起的轻微神经系统症状和在脊髓中可以分离出病毒表明其减毒并不完全,需要进一步降低病毒的毒力。
7.3 亚单位疫苗
EV71病毒主要的中和表位均位于结构蛋白VPl中,是制备亚单位疫苗的最佳选择。
7.4 载体疫苗
用异源的细菌或病毒作为载体来递送抗原也是一个极具潜力的疫苗开发途径。但有研究发现鼠伤寒沙门菌能够侵入到鼠的肝脏和脾等器官,由于EV71疫苗的目标人群是婴幼儿,需要对这类疫苗的安全性进行深入研究。
7.5 病毒样颗粒(VLP)
VLP由病毒的衣壳蛋白包装而成,保持了病毒原有的表面结构,不含病毒的核酸。由于在VLP的表面存在病毒抗原表位,因而VLP可以诱导出针对病毒的免疫反应,而不具有感染性,是有发展前景的疫苗形式。
7.6 DNA疫苗
是将能够表达外源蛋白的质粒通过一定方式递送到活体动物的细胞内。质粒在细胞内表达外源蛋白,能够刺激机体产生体液免疫反应或细胞免疫反应[6]。
8. 展望
EV71对人类特别是儿童的危害是不容小觑的,但目前对抗EV71药物的效果还不太尽如人意,所以对EV71的有效疫苗及药物亟需开发。
深入探索EV71与宿主之间的相互作用将有助于治疗药物和疫苗研制。实验小鼠模型已经成功建立,可进一步评估Ev71抗病毒药物,评价治疗功效。
迄今,多家研究机构已完成EV71灭活病毒疫苗的主要研究,包括疫苗的毒株筛选、工艺优化、安全性和免疫原性评估,并进入不同的临床试验阶段,EV71病毒疫苗的成功研制指日可待。
EV71疫苗将主要应用于发展中国家的儿童,所以疫苗应当经济、安全、免疫途径简便。我国研制的EV71灭活疫苗已经准备开始临床试验,可望成为世界首个预防HFMD的疫苗。
参考文献
[1]陆一涵,姜庆五.肠道病毒71型与手足口病.疾病控制杂志.2008,12(3):183-187.
[2]王锦.人肠道病毒71型疫苗的研究进展. 浙江预防医学. 2011年 第23卷 11期
[3]周世立,杨帆,金奇.等.肠道病毒7l型的研究进展.病毒学报,2000,19(3):284—286.
[4]金奇.医学分子病毒学.北京:科学出版社,2001:606—613.
[5]柳楠,吴志豪,邱少富,等.肠道病毒7l型致病机制研究进展.军事医学,2013,37(12):955-957.
[6]江丽凤.等.EV71疫苗的研究进展.国际流行病学传染病学杂志,201l,18(3).89-94.