SAT2型口蹄疫分子病原學與分子流行病學研究進展

李國秀 丁耀忠 李茜

摘要 口蹄疫是由口蹄疫病毒引起的一種人畜共患的高度接觸性傳染病?，F已確定有7種病毒血清型，即O、A、C 型，SAT1，SAT2，SAT3和Asia 1型，SAT2至少由14個遺傳拓撲型和3個血清亞型組成，SAT2主要流行于撒哈拉沙漠以南的非洲地區，主要感染野生動物尤其是非洲水牛，給發病地區的畜牧業帶來了巨大的經濟損失。主要從分子病原學和分子流行病學對SAT2口蹄疫研究情況進行綜述，為SAT2型口蹄疫的防控提供了理論依據。

關鍵詞 SAT2型口蹄疫;分子病原學;分子流行病學

中圖分類號 S85文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）19-0004-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.002

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract Footandmouth disease is a highly contagious infectious disease caused by footandmouth disease virus. Seven virus serotypes have been identified， namely， O， A， C， SAT1， SAT2， SAT3 and Asia 1.SAT2 consists of at least 14 genetic topologies and 3 serum subtypes.SAT2 is mainly popular in subSaharan Africa，mainly infected wild animals especially African buffalo. It brought huge loss to the animal husbandry of epidemic area. Therefore， the paper mainly reviewed the research on SAT2 FMD from the aspects of molecular etiology and molecular epidemiology， and provided theoretical basis for the prevention and control of SAT2 FMD.

Key words SAT2 FMD;Molecular etiology;Molecular epidemiology

口蹄疫（footandmouth disease，FMD）是由口蹄疫病毒（footandmouth disease virus，FMDV）引起的一種急性、烈性、高度接觸性傳染病。該病毒主要感染偶蹄獸，對畜牧養殖業及全球的國際貿易造成嚴重的經濟損失，并且嚴重危害人類健康。國際獸疫局（OIE）將其定義為A類動物疾病之首，我國將口蹄疫列為一類傳染病。FMDV有7種病毒血清型，即O、A、C、SAT1、SAT2、SAT3和Asia1，極易變異，但7種血清型之間幾乎無交叉反應，即感染或接種一種血清型疫苗并不會對其他血清型產生免疫力。因此，必須對引起疫情的病毒進行分離，并對其進行特征描述，以便選擇合適的疫苗[1-3]?？谔阋卟《镜?個血清型在全球流行范圍并不均勻，其中南非型口蹄疫（southern African territory foot and mouth disease，SAT）主要在非洲和亞洲流行[4]，A和O在世界上廣泛分布，Asia1型主要分布在亞洲。近年SAT2已經出現了跨境傳播的危險，其已從撒哈拉沙漠以南經北非傳至巴勒斯坦等國家，并在中東地區開始蔓延[5-6]，從而增大了我國暴發SAT2的風險。目前，我國在口蹄疫方面的研究只局限于 O、A、C、Asia 1型，缺乏對SAT2型口蹄疫的檢測技術及疫苗的研究[7]。筆者主要針對SAT2型口蹄疫的分子病原學與流行病學進行綜述，旨在為SAT2型口蹄疫的防控提供理論基礎。

1 分子病原學

1.1 病毒基因組的結構

南非型口蹄疫同其他FMD一樣，同屬于微RNA病毒科，口蹄疫病毒屬，是單股正鏈小RNA病毒，完整的基因組RNA具有感染性，進入細胞之后可以復制出感染性病毒?；蚪M全長約有8 500個核苷酸，分為3個主要區域：5UTR區、ORF區和 3UTR 區[8]。3末端連接多聚腺苷酸尾巴，并且FMDV基因組的3末端非翻譯區在病毒復制中起著至關重要的作用，病毒poly（A）尾的莖環結構與其結合蛋白PABP作用后，病毒才開始啟動轉錄與翻譯[9]。5UTR長約1 300個核苷酸，占全長基因組的12%，有多個“三葉草”二級結構，通過第一個核苷酸U與一個23～24個氨基酸組成的基因組連接蛋白VPg（3B）共價連接，5UTR能夠穩定病毒基因組結構和調節病毒的生命周期[10]。ORF編碼一個多聚蛋白，大約有7 000 nt，病毒蛋白酶將多聚蛋白切割成不同肽段，主要編碼 L 蛋白、P1 結構蛋白、P2和P3非結構蛋白。P1結構蛋白在后期的病毒翻譯和修飾過程中被 3Cpro蛋白酶裂解為3個主要的病毒結構蛋白VP0、VP1和VP3[11]。P2和P3在3C蛋白酶的作用下產生非結構蛋白2A、2B、2C、3A、3B、3C、3D。在病毒粒子的裝配過程中，VP0、VP1和VP3先組裝成 5S 聚集體再形成 14S 顆粒體，最后由12個14S 顆粒體組裝成75S病毒的空殼蛋白體[12]。

1.2 病毒形態結構特征

電子顯微鏡觀察，口蹄疫的病毒粒子呈圓形，表面光滑，直徑為27～30 nm，沉降系數為146S，無囊膜，呈二十面體對稱，由蛋白衣殼包裹基因組RNA組成核衣殼。衣殼由60個VP1、VP2、VP3和VP4分子組成。病毒P1蛋白主要編碼病毒的衣殼蛋白，其中VPl編碼的1D蛋白大部分裸露于病毒粒子表面，是決定病毒抗原的主要成分[8]。VP1中大約10個氨基酸殘基凸出于衣殼表面所組成得G-H環，G-H環包含有精氨酸-甘氨酸-天門冬氨酸序列（ RGD），是病毒與細胞受體的主要結合位點，也是與中和抗體的主要結合位點。研究表明，SAT2型口蹄疫病毒至少有2個抗原位點，1個位于RGD基序下游的VP1的G-H循環中，另1個位于VP1的C端210殘基處[13]。由于FMDV的VP1分子的變異性最高，所以在病原調查、流行病學研究、基因工程疫苗研發等方面，VP1蛋白的研究具有重要的意義。VP0被3Cpro蛋白酶進一步裂解為VP2和VP4，VP4位于衣殼內部，3C蛋白酶能夠調控宿主細胞蛋白的轉錄和翻譯，導致干擾素等多種抗病毒因子的低水平表達，從而逃避宿主細胞的抗病毒防御反應。而在口蹄疫非結構蛋白中，3C基因、L基因和2A基因這3種蛋白水解酶，也一定程度上參與了多聚蛋白的裂解并對病毒復制中病毒衣殼的組裝也發揮著重要作用[14]。此外，SAT2 型口蹄疫病毒有較強的耐熱性，其熱穩定性在48～54 ℃[15]。

2 流行病學

2.1 分子流行病學特征

FMD最早發生于意大利，17—19世紀，在英國、法國等歐洲國家多次流行。1967年英國暴發口蹄疫，導致42萬頭牲畜被撲殺。2001年英國口蹄疫再次暴發，波及范圍之廣，蔓延速度之快前所未有，為了控制疫情，593萬頭動物被撲殺，給英國造成的直接和間接損失高達200億英鎊。SAT1～SAT3在亞撒哈拉地區占有重要地位，南非地區1931—1990年的350次口蹄疫暴發中，南非型占73%。1962—1965和1969—1970年SAT1型侵入中東地區[16]，1990年也門出現了SAT2病例，2000年科威特和沙特國家暴發SAT2型，2003年利比亞暴發SAT2型口蹄疫。2012年，口蹄疫在埃及暴發[17]，并蔓延到全國各地，造成了巨大的損失，年輕動物的死亡率高達50%[18-21]。SAT2型在東非、南非、中非、西非表現出明顯的拓撲型，來自喀麥隆的SAT2菌株屬于第Ⅶ拓撲型，在地理上分布非常廣泛。Lycett等[22] 對334個SAT2型口蹄疫序列進行時間分辨的系統地理分析，結果表明SAT2型口蹄疫的拓撲型具有多樣性，與A型相比，SAT2型與最近的共同祖先的時間較長，意味著SAT2血清型在非洲已經傳播了至少幾個世紀。第Ⅶ拓撲型在東非似乎有一個共同的祖先，而喀麥隆2012—2013年的最新分離株似乎都與2000年的分離株有一個共同的祖先，但顯然它們并不是直接后代。此外，Lycett[22]利用BEAST分析評估SAT2第Ⅰ、Ⅳ、Ⅶ拓撲型的分子進化率和空間擴散速率，數據表明，SAT2-Ⅶ比其他拓撲型有更廣的空間分布和更快的進化速度。

2.2 SAT2的流行傳播特點和防控現狀

在發展中國家，口蹄疫分布廣泛，具有獨特的流行病學模式，尤其是非洲與亞洲。在非洲，SAT2 型口蹄疫主要感染水牛，此外還涉及野生動物，在南非地區，家畜和野生動物與3種南非血清型（即SAT1、SAT2、SAT3）具有多種拓撲類型，從而增加水牛之間感染的機會[23]。撒哈拉沙漠以南的口蹄疫控制依賴于在高風險地區對易感動物進行定期接種、在野生動物和家畜交界處設置隔離圍欄、限制動物的行動和定期監測[24]。Brito等[25]對贊比西區（KAZA）和林波波區（GL）兩大野生動物保護區交界處水牛和家牛之間的傳播動態進行研究，研究表明，SAT2型口蹄疫病毒偶爾會從KAZA傳播到GL，并且家畜的暴發源頭通常是野生水牛，但家牛偶爾也會傳播給水牛;此外，該項研究還表明，近10年來，水牛感染SAT2型口蹄疫的基因多樣性有所下降，這項研究有助于了解SAT2型口蹄疫傳播和遺傳變異的主要動態，最終有助于制定控制口蹄疫傳播的有效戰略?？谔阋呤菫醺蛇_的地方病，Namatovu等[26]調查了在烏干達牛群中流行的口蹄疫病毒的血清型，研究結果顯示，烏干達地區的SAT2型口蹄疫的血清中和抗體水平較高，針對VP1編碼區域測序表明該病毒屬于SAT2血清型中的譜系Ⅰ。

2012年2月，埃及暴發了一場新的大規模的口蹄疫疫情，檢測表明該分離株與2012年巴勒斯坦和利比亞的分離株的關系比較密切，它們之間的同源性為88.1%～903%[27]。2012年8月，肯尼亞納庫魯縣一個大型奶牛場發生SAT2口蹄疫疫情，該項研究主要評估口蹄疫對臨床乳腺炎和撲殺率的影響，結果表明，口蹄疫的暴發與臨床乳腺炎之間存在相關性[28]。

2013—2015年，從尼日利亞北部4個州（卡杜納、克瓦拉、高原、包奇）分離出SAT2型口蹄疫，與利比亞病毒亞型關系最為密切。Nsamba等[29]對SAT型FMDV分離株的非結構蛋白氨基酸異質性的研究顯示，其氨基酸變異在29%～62%。Bertram 等[30]調查了喀麥隆地區跨界貿易牛在FMDV流行病學中的作用，研究表明，喀麥隆的病毒與來自西非、東非和北非的病毒有共同之處，系統發育分析顯示了喀麥隆與鄰國之間存在區域性的持續傳播模式，但傳播方向尚不清楚。

2015—2016年，在埃及北部的牛群中發現了FMDV的暴發，通過血清學與病毒學方法的檢測，SAT2的檢出率最高，為18.5%。研究發現，2組不同的O型口蹄疫病毒（拓撲型為EA-3）的血清與蘇丹境內流行的病毒以及SAT2（拓撲型Ⅶ型）的FMDV毒株關系較為密切。檢測到的SAT2菌株在Ⅶ型中分枝聚集，表明有新的入侵，因此要及時建立主動檢測系統，以確定新出現的病毒株[31]。據OIE報道，2017—2018年期間，非洲的部分國家再次發生SAT2型口蹄疫，分別是南非、津巴布韋、納米比亞、莫桑比克、馬拉維、博茨瓦納等國家，造成數千頭牛被撲殺，其中大部分是通過放牧、飲水或與野生動物接觸而導致的。所以控制野生動物宿主對于這些國家的口蹄疫防控具有非常重要的作用。

3 結語

由于我國尚未暴發過SAT2型口蹄疫，所以對其研究較少。目前，國外疫情有了新的變化，SAT2型口蹄疫有抬頭的趨勢，并且在發病國家的周邊國家都有發生，應給予高度重視和警戒。FMDV SAT2作為一種重要的動物疫病，其病原結構和流行病學復雜。隨著我國經濟的快速增長，與世界各國的貿易往來也日益頻繁，而且，中東地區已相繼出現SAT2型口蹄疫疫情，這增大了我國暴發FMDV SAT2的風險;同時，該病具有傳播速度快、傳播途徑多、呈世界范圍內流行的趨勢。因此，開展對FMDV SAT2的相關研究，尤其是防控和檢測方法、病原學以及流行病學研究顯得尤為重要，這將為我國FMDV SAT2的防控奠定理論基礎，提供數據支撐。

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