甲型流感病毒重要亞型的進化研究.pdf

1、流感病毒是一種嚴重威脅人類健康的病原體，能感染廣泛宿主，每年季節(jié)性的流行造成全球約6億人感染，并導致250，000～500，000人死亡，其中造成主要感染和死亡是甲型流感病毒。更具威脅的是，甲型流感病毒偶然的大流行更會造成災難性的后果。在過去的100多年里，全球共暴發(fā)四次甲型流感病毒大流行，1918西班牙H1N1大流感，1957亞洲H2N2大流感以及1968香港H3N2大流行，每一次都造成了上百萬人的死亡。在2009年，一種新的豬源H1

2、N1流感病毒在數(shù)周之內(nèi)傳遍全球，盡管死亡率不高，但其極強的傳播能力，給全球造成巨大恐慌。這幾次大流行都是由于動物源性的流感病毒跨越宿主屏障感染人所導致。除大流行外，動物源性流感，尤其是禽流感，不斷的跨越宿主限制，持續(xù)造成散發(fā)的，小規(guī)模的人感染疫情，如H5N1，H7N7，H7N9，H9N2等。盡管還未造成大流行，但這些流感與將來可能不斷出現(xiàn)的新型流感已經(jīng)對人類健康形成嚴重威脅。
　　流感能跨過宿主范圍限制與其快速的進化變異密切相關。

3、甲型流感病毒進化主要由兩方面驅(qū)動，第一是突變，流感病毒較高的復制錯誤率使其可以通過不斷積累突變來躲避宿主免疫，也可以逐漸產(chǎn)生適應宿主的變異。第二是“重配”，流感病毒具有分節(jié)段的基因組，因而不同流感病毒混合感染時可能形成包含不同病毒基因片段的新型流感病毒。這兩種機制共同幫助流感跨越宿主屏障。因而研究甲型流感病毒進化對于揭示流感病毒跨宿主傳播機制有重要意義。當前日益增加和完善的流感病毒資源數(shù)據(jù)庫與不斷發(fā)展成熟的分子進化理論讓我們能夠更全面，

4、以新的角度，更深入的認識流感病毒宿主適應性變異規(guī)律，“重配”規(guī)律，以及新流感的產(chǎn)生等規(guī)律。這些規(guī)律的把握將有助于我們更好的預防流感疫情以及做好流感的防控。在本研究論文中，我們利用公開的流感病毒基因組數(shù)據(jù)，流行病學信息，以及表型信息等，通過系統(tǒng)發(fā)生與分子進化研究方法，探索流感病毒進化相關規(guī)律，尤其關注新流感的起源形成，病毒的跨宿主傳播，重配，以及地理傳播等規(guī)律。
　　在本論文的第一部分工作中，我們首先利用全基因組序列構(gòu)建了甲型流感病

5、毒進化全景圖，進化全景圖使我們能夠全面還原流感病毒的進化歷史與模式。我們的進化全景圖能真實反映流感病毒在進化過程中的重配與跨宿主傳播現(xiàn)象，如1957年H2N2，1968年H3N2的人流感與禽流感重配，2009 H1N1的多重重配等。借助進化全景圖與其它系統(tǒng)發(fā)生與“溯祖”方法，我們重新審視了H3N2流感的起源。雖然目前已有的研究證實H3N2型人流感病毒是由先前在人群中流行的H2N2與禽流感病毒重配產(chǎn)生，并從禽流感中獲得了HA和PB1基因片

6、段，但很多細節(jié)的科學問題并不清楚。在回答與H3N2起源相關問題外，我們還通過祖先序列的重建與比較，分析了H3N2產(chǎn)生初期適應人宿主發(fā)生的相關進化變異。
　　在本論文的第二部分工作中，我們詳細分析了H3N2在人群中流行之后的變異規(guī)律，快速進化變異的甲型H3N2流感自產(chǎn)生后常年持續(xù)在人群中流行，每年季節(jié)性的暴發(fā)造成全球大量的感染與死亡。由于其表面糖蛋白血凝素HA受到強烈的免疫選擇，之前眾多研究集中探討與HA“抗原漂變”相關的進化規(guī)律，

7、很少有研究關注其它幾個病毒蛋白的適應性進化，并且流感病毒蛋白內(nèi)或者不同蛋白間受正選擇位點之間的進化關系也不清楚。在本部分中，我們旨在分析H3N2所有蛋白正選擇位點的變異及其之間聯(lián)系，通過正選擇檢測和互信息計算，我們發(fā)現(xiàn)流感病毒蛋白正選擇位點的突變是關聯(lián)以及協(xié)同進化的，進一步分析表明，這種聯(lián)系是由于單一蛋白自身功能和結(jié)構(gòu)的限制，或者不同蛋白之間的相互作用與功能合作。所有這些發(fā)現(xiàn)提示流感病毒蛋白的進化是高度有聯(lián)系，且互相約束和協(xié)同的。我們的

8、這些發(fā)現(xiàn)幫助揭示了與流感病毒重配限制和跨宿主感染相關的進化規(guī)律。
　　在第三部分中，我們對中國新發(fā)的禽流感H7N9展開溯源分析，2013年，一種新型的H7N9禽流感病毒在中國暴發(fā)，疫情造成了超過數(shù)百人感染。在本部分中，我們對這次新發(fā)的H7N9流感進行了全面的溯源，通過系統(tǒng)發(fā)生分析和全面完整的基因組序列比較，我們發(fā)現(xiàn)本次新發(fā)的H7N9是通過多次不斷“重配”產(chǎn)生，其中長三角一帶的禽流感H9N2基因池為新H7N9的產(chǎn)生提供了內(nèi)部基因節(jié)段

9、。進一步的“溯祖”分析表明H7N9在感染人前已經(jīng)存在一段時間，并且與H9N2基因池“重配”形成多樣H7N9的過程仍然持續(xù)。這些結(jié)果提示應該采取有效措施，如活禽市場的關閉等，來切斷H7N9與H9N2的持續(xù)重配，這些措施對于疫情的防控以及防止新流感的產(chǎn)生至關重要。
　　在最后一章里，我們詳細研究了H7N9產(chǎn)生的平臺中國禽流感H9N2的地理擴散與傳播。目前，越來越多的證據(jù)，如H7N9的形成，表明禽流感H9N2可能是產(chǎn)生新流感的一個平臺。

10、H9N2在中國具有廣泛的分布，偶爾的跨宿主以及與其它亞型流感病毒的重配給公共衛(wèi)生安全帶來巨大威脅。盡管中國禽流感H9N2的抗原性、譜系發(fā)展等進化規(guī)律得到廣泛的研究，然而有關其在中國的地理擴散與傳播過程卻知之甚少。了解H9N2的地理傳播與遷移規(guī)律將幫助我們更好的對疫情、甚至流感暴發(fā)做好防控。在本研究中，通過最新發(fā)展的貝葉斯系統(tǒng)發(fā)生地理學方法，本研究確定了中國禽流感H9N2的起源，遷移模式，以及此過程中的種群變化動態(tài)。結(jié)果提示，野鳥的遷徙，