口蹄疫病毒遗传变异探究进展
摘要概述了口蹄疫病毒遗传变异的成因及其相关研究进展,以期为了解口蹄疫病毒的动态演化及有效防控提供技术帮助。
关键词口蹄疫病毒;遗传变异;成因;研究进展
口蹄疫(Foot-and-mouth disease,FMD)是由口蹄疫病毒(Foot-and-mouth disease virus,FMDV)引起的一种偶蹄兽动物共患的急性、热性和高度接触性的传染病,其特征是在口腔黏膜和鼻、蹄、乳房等部位皮肤和黏膜形成水泡和烂斑[1]。本病传染性极强,宿主谱广,发病率几乎达100%,一旦暴发则迅速传播,可引起大范围的易感动物感染发病,造成巨大的经济损失。
口蹄疫病毒属小RNA病毒科(picornaviridae)的口蹄疫病毒属(aphthavirus)的成员,是已知最小的动物RNA病毒。口蹄疫共有7种血清型,每种血清型中还存在许多种亚型,动物感染以O型最为常见。各型在临床病症上表现没有明显差异,但型间几乎无交叉免疫和交叉保护性。由于FMDV是单股RNA病毒,这决定了其高频率的核苷酸替代特性,从而决定了该病毒具有高效变异速度,产生的各种变异株间的交差保护性抗原较少;同时FMDV在流行过程中由于受外界因素的影响,特别是易感动物免疫压力的影响,病毒的毒力和抗原性都易发生变异,经过不断的抗原“漂移”过程,会产生一系列的亚型,由此给口蹄疫的防控带来了很大的困难。
1口蹄疫病毒遗传变异成因
病毒的变异主要源于其基因组的突变和重组,即某病毒基因组在复制过程中某一核苷酸位点因置换、缺失或插入而发生了改变。病毒突变一般分为自发突变和诱导突变。自发突变是在没有任何已知诱变剂的条件下,病毒子代产生高比例的突变体,最后导致表型变异。诱导突变则是利用不同的物理或化学诱变剂处理病毒,提高病毒群体突变率,诱导病毒子代出现特定的突变类型。
2研究进展
FMDV的RNA具有传染性,其复制通过一互补的负链RNA,进行易错RNA(error-prone RNA)复制,病毒拷贝的不是特定的基因组序列,而是发生了变异,每一血清型内产生了许多准种或亚型,因此FMDV本质上是兼具遗传性和抗遗传性[2]。FMDV抗原性主要决定于病毒表面的抗原位点,组成抗原位点的不同抗原表位中的关键氨基酸发生改变时,可引起抗原表位单抗反应特性的改变。由于选择压力主要作用于抗原位点,因此病毒的变异也主要发生在编码这些位点的基因组序列中。衣壳蛋白VP1是FMDV的主要抗原位点,又是唯一能在分离状态下诱导产生抗完整病毒中和性抗体的结构多肽,因此口蹄疫病毒的变异主要是由于VP1序列依赖性位点中的氨基酸易发生变异,VP4则几乎不发生变异,4种衣壳蛋白的变异顺序为VP1>VP3>VP2>VP4。另有理论认为FMDV RNA 聚合酶3D在指导病毒核酸合成时,没有校对机制,使得病毒复制时容易出现核苷酸的缺失、置换和错配等,病毒的每一次复制都会产生微小的改变或发生一定的错误,如此反复进行复制循环,最终产生的RNA就不是纯粹的单一序列,而是在各分子间都存在一定的差别[3]。当FMDV感染新宿主或在其生长、复制过程中受到抗体压力的作用,迫使其核苷酸序列发生变化,产生了相互关系密切的由一种优势基因序列发生变异而导致序列发生变化的新的准种,如此在长时间的感染与传播过程中,病毒就形成了不断趋向变异的毒株。口蹄疫病毒核酸变异的频率非常高,流行前期的毒株与流行后期甚至中期的毒株可能就有差异,口蹄疫病毒的血清型实质上就是一个连续的抗原变异谱。
Martinez等[4]用同一FMDV分离株在不同的时间传代,结果发现产生了具有不同核苷酸序列的变异毒株。de la Tore等[5]用C型FMDV在BHK-21细胞系上建立了病毒的持续感染,然后从中分离病毒,并对其基因组与其祖代毒株的基因组进行了比较分析,发现后代病毒基因组在逐渐发生变异。熊光明[6]在细胞培养过程中,发现FMDV和猪肠道病毒发生了基因重组。Konig等[7]为了研究不同FMDV分离毒株之间的遗传变异性并追踪疫源,曾经对流行于阿根廷的31株分别属于A、O、C 型的FMDV的VP1基因的核苷酸序列进行了比较分析。结果显示A 型FMDV 的基因变异性最高,并且可以分为5个谱系,在各分离株之间,其序列差异率为0.9%～18.5%;大多数O 型FMDV可以分为2个群,在各群之间序列的差异性为0.2%～6.0%;C 型FMDV也可以分为2个群,群间核苷酸的差异率为13.4%。陈豪泰等[8]利用DNAstar和Clustalx程序进行184个口蹄疫病毒基因组序列的同源性分析、多重排比。研究发现口蹄疫病毒基因组ORF大小有所差异,范围为6 963～7 120nt,编码2 320～2 339aa的多聚蛋白。核苷酸和氨基酸序列的同源性,7个不同血清型间>77.6%和>78.3%,研究发现了可能和生物学功能相关的新的保守和变异区域。结果表明口蹄疫病毒RNA的变异类型丰富和多样性程度较高,自然界存在的毒株可能大于血清学和测序发现的FMDV的毒株数目。周建华等[9]将从Genbank中提出的20株O型FMDV的全基因组分割成12个编码区域,即Lab、VP4、VP2、VP3、VP1、2A、2B、2C、3A、3B、3C和3D。通过方差分析,12个编码序列的相对变异率之间无差异(P>0.05);而这12种编码序列所对应的氨基酸相对突变率之间差异显著(P<0.01)。利用Duncan法对这12种氨基酸序列相对突变率进行多重比较,发现3A蛋白的氨基酸相对突变率比其余11种蛋白的差异都显著(P<0.05);VP2、Lpro的氨基酸相对突变率与VP4、2A、2C、3Cpro、3Dpol之间存在差异(P<0.05);而VP4、2A、2C、3Cpro、3Dpol之间无差异。结果显示,O型FMDV自身RNA的转录和机体对FMDV施加的免疫压力不是造成FMDV变异的主要原因,而各种病毒产物的功能选择压力才是FMDV分子进化的主要原因。
3结语
FMDV具有遗传变异性,在不同分离株之间甚至同一毒株不同代次之间都存在明显的核苷酸差异。正是基因组的变异使病毒得以适应改变了的生存环境,逃脱宿主的免疫监控系统而在体内持续性存活。因此,了解和持续监控FMDV的遗传变异动态,将有助于对FMDV感染和致病机制的深入化研究,为本病的有效防控乃至净化提供切实的技术支持。
4参考文献
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[9] 周建华,丛国正,常惠芸.O型口蹄疫病毒各编码基因及其产物变异率的分析[J].华北农学报,2009(1):64-67.
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