肠道病毒(Enteroviruses)
物种名:肠道病毒
拉丁学名:Enteroviruses
分类学地位:正核糖核酸病毒界Orthornavirae;小超病毒门Pisuviricota;
小南套病毒纲Pisoniviricetes;小核糖核酸病毒目Picornavirales;
小核糖核酸病毒科Picornaviridae;肠道病毒属Enterovirus
肠道病毒是一组病毒的统称,包括脊髓灰质炎病毒(Polioviruses)、柯萨奇病毒(Coxsackieviruses)、埃可病毒(Echoviruses)、新型肠道病毒(New enteroviruses)共71个血清型[1]。
1.1生物学特性
1.1.1培养特征
肠道病毒通常在灵长类上皮样细胞中生长最好,常用的有猴肾、人胚肾、人胚肺、人羊膜和HeLa细胞等[2]。这些细胞系能够提供适宜的环境,使病毒能够在胞浆内复制,并迅速引起细胞病变[3]。病毒的培养通常需要含有适当营养成分的培养基。常用的细胞培养基包括Eagle的营养液等,这些培养基通常会添加小牛血清等天然成分来提供必需的营养物质和生长因子[4]。细胞培养通常在37℃的恒温条件下进行,并在含有5%CO2的培养箱中培养,以维持中性的pH值和模拟体内环境[4]。
1.1.2形态学特征
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肠道病毒的病毒体直径约为17-28纳米,属于小型病毒[3]。病毒体呈现20面体立体对称结构,这是其显著的形态特征之一。病毒的外壳由32-42个壳微粒组成,这些壳微粒在病毒体表面排列成二十面体的形状[5]。病毒的蛋白质成分主要由四个多肽(VP1-VP4)构成,其中VP2和VP4是由VP0裂解而来。肠道病毒不具有囊膜结构,这使得它们在环境因素如干燥、热等条件下具有较高的稳定性[2]。

图1 肠道病毒成员(脊髓灰质炎病毒)外部结构的图像

图2 肠道病毒颗粒的冷冻电镜(cryo-EM)二维分类平均图像[6]
1.1.3生化特征
肠道病毒对外界环境具有一定的抵抗力。它们耐酸(pH 3.5),对胃酸、汁有抵抗力,对普通消毒剂如70%酒精、5%来苏尔等有抵抗作用[2];但对氧化剂如1%过锰酸钾、1%双氧水和含氯消毒剂较敏感[7]。此外,病毒对高温、干燥、紫外线等敏感,56℃下加热30分钟可灭活病毒[2]。在粪便和污水中,病毒可存活数月[8]。多数病毒在细胞培养中产生细胞病变[3]。
1.1.4分子生物学特征
肠道病毒的基因组为单链RNA,长度约为7-8 kb。肠道病毒的基因组编码结构蛋白和非结构蛋白,其中结构蛋白包括VP1、VP2、VP3和VP4等[9]。
1.2分布、传播与致病性
1.2.1分布与传播
肠道病毒分布和传播途径广泛,可在水、食物、空气、表面等环境中存活并传播,因此容易造成流行和爆发[10]。
1.2.2致病性
肠道病毒感染可引起多种疾病,如手足口病、疱疹性咽峡炎、脑膜炎、心肌炎等。这些疾病的严重程度因感染的病毒种类和个体差异而异,有些病毒感染可能导致严重的并发症甚至死亡[11]。
1.3检测方法
(1)病毒分离培养法:将待测样品接种于RD细胞、Vero细胞或BGM细胞等敏感细胞系,在适宜条件下培养并逐日观察细胞病变效应(CPE)。若出现肠道病毒特征性细胞病变,即可判定为阳性,该方法能够直接证实病毒存在,是病毒鉴定与分型的可靠依据,但检测周期较长、操作步骤繁琐、灵敏度偏低,通常需要数天至数周才能完成最终判定[12]。
(2)分子生物学方法:Zoll[13]等人针对肠道病毒基因组5′非编码区(5′-NCR)高度保守序列筛选获得通用引物,建立了反转录PCR(RT-PCR)的检测方法,可实现对多数肠道病毒血清型的高效扩增。
所用上游引物序列为5′-CAAGCACTTCTGTTTCCCCGG-3′,下游引物序列为5′-ATTGTCACCATAAGCAGCCA-3′。该方法特异性强、灵敏度高,最低可检测约10个基因组拷贝,有效克服了传统细胞培养法耗时长、灵敏度低的局限。它适用于咽拭子、粪便、心肌组织等临床标本以及环境水体中肠道病毒的快速检测,不仅可用于急性感染的早期诊断,也适用于持续性感染的分子流行病学监测。
1.4典型案例
(1)案例一:芬兰饮用水污染引发的肠道病毒暴发
2007年,Nokia(芬兰诺基亚市)发生了一起由供水系统污染引起的大规模胃肠炎暴发事件。该事件起因于污水处理系统故障,未经充分处理的污水进入市政供水系统,导致饮用水受到病毒污染。在此次事件中,超过6000名居民出现腹泻、呕吐等胃肠炎症状[14]。
实验室检测结果显示,在受污染的水样以及患者粪便样本中均检测到多种肠道病毒,包括柯萨奇病毒和埃可病毒等[15]。分子生物学分析进一步证实,水样与患者样本中的病毒序列高度一致,明确了感染来源为污染水体[15]。该案例充分说明,肠道病毒可在水环境中长期存活,并通过饮用水系统迅速传播,引发群体性疫情。
(2)案例二:海水污染贝类引发的肠道病毒感染事件
在多个沿海国家(如法国和西班牙),曾报道因食用受污染贝类(如牡蛎)而引发的肠道病毒感染事件[8]。贝类属于滤食性生物,可在污染水体中富集病毒,当人类食用未充分加热的贝类时,容易发生感染。
研究人员对贝类及其生长海域水样进行检测,在海水和牡蛎体内均检测到肠道病毒RNA,包括肠道病毒71型及其他肠道病毒血清型[8]。同时,在感染患者的粪便样本中检测到相同基因型病毒,证实了“水体污染-贝类富集-人类摄入”的传播链[16]。该类事件在环境卫生条件较差或海水污染较严重地区更为常见,提示食源性传播是肠道病毒的重要传播方式之一。
1.5防治对策
目前还没有针对肠道病毒的特异性疫苗,但可以通过改善个人卫生习惯、加强环境卫生和及时发现隔离病例等措施来控制肠道病毒的传播。此外,对于肠道病毒感染的治疗,主要是对症治疗和支持治疗,以减轻症状和预防并发症的发生。
参考文献
[1] Wells AI, Coyne CB. Enteroviruses: A gut-wrenching game of entry, detection, and evasion. Viruses, 2019, 11: 460.
[2] Melnick JL. Enteroviruses: polioviruses, coxsackieviruses, echoviruses, and newer enteroviruses. Fields Virology, 1996: 655-712.
[3] Racaniello VR. Picornaviridae: the viruses and their replication. Fields Virology., 2013.
[4] Freshney RI. Culture of animal cells: a manual of basic technique and specialized applications. John Wiley and Sons, 2015.
[5] Rossmann MG, Arnold E, Erickson JW et al. Structure of a human common cold virus and functional relationship to other picornaviruses. Nature, 1985, 317: 145-153.
[6] Buchta D, Füzik, Tibor et al. Enterovirus particles expel capsid pentamers to enable genome release. Nature Communications, 2019, 10: 1138.
[7] World Health Organization. Guidelines for environmental surveillance of poliovirus circulation. 2003.
[8] Bosch A, Pintó RM, Guix S. Human enteric viruses in the water environment: a minireview. International Microbiol, 2008, 11: 191-199.
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[10] Dawley C, Gibson KE. Virus-bacteria interactions: implications for prevention and control of human enteric viruses from environment to host. Foodborne Pathogens and Disease, 2019, 16: 81-89.
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[12] 孙新城, 周贺娟. 肠道病毒检测方法述评. 郑州轻工业学院学报: 自然科学版, 2011, 26: 5.
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[15] Kukkula M, Arstila P, Klossner ML et al. Waterborne outbreak of viral gastroenteritis. Scandinavian Journal of Infectious Diseases, 1997, 29: 415-418.
[16] Lees D. Viruses and bivalve shellfish. International Journal of Food Microbiology, 2000, 59: 81-116.
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