淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒（LCMV）在动物园家鼠种群中的持续存在、跨种传播与共现谱系演化研究

《Virus Evolution》：Persistence, spill over, and evolution of co-occurring lineages of lymphocytic choriomeningitis virus

本研究针对德国法兰克福动物园家鼠种群中淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒（LCMV）的持续传播问题，通过2014-2023年的系统监测，首次揭示了LCMV谱系I和II的共现现象及其演化规律。研究发现谱系II通过跨种传播引发新世界灵长类动物（NW primates）致死性绢毛猴肝炎（CH），并首次在野生家鼠中证实了不同谱系共感染及基因重配病毒的出现。该研究为理解沙粒病毒（arenavirus）的演化机制及人兽共患病（zoonosis）防控提供了重要科学依据。

　　

在德国法兰克福动物园的围栏之间，一场看不见的病毒演化大戏正在上演。淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒（Lymphocytic choriomeningitis virus, LCMV）作为一种被忽视的人兽共患沙粒病毒（arenavirus），其典型宿主是遍布全球的家鼠（Mus musculus）。这种病毒在人类中可引起脑炎、脑膜炎甚至严重出生缺陷，而对新世界灵长类动物（New World primates, NW primates）而言，LCMV感染则意味着致命的绢毛猴肝炎（callitrichid hepatitis, CH）。2014年，该动物园爆发了CH疫情，导致9只皇帝绢毛猴（Saguinus imperator）死亡，揭开了LCMV在动物园环境中复杂传播故事的序幕。

以往研究认为，LCMV的不同谱系分布与家鼠亚种的地理分布相关——谱系I主要出现在家鼠家养亚种（Mus musculus domesticus, Mmd）分布区，而谱系II则与家鼠小鼠亚种（Mus musculus musculus, Mmm）相关。然而，法兰克福动物园的发现挑战了这一观点：在纯Mmd种群中同时检测到了LCMV谱系I和II。这一反常现象引发了一系列科学问题：这两种谱系是如何进入动物园环境的？它们之间是否存在竞争？是否会增加对动物园员工、游客和其他动物的健康威胁？

为了解答这些问题，由Calvin Mehl和Rainer G. Ulrich领导的研究团队开展了长达十年的系统监测（2014-2023年），追踪LCMV在动物园家鼠种群中的动态变化。研究人员通过整合流行病学调查、分子进化和基因组学方法，揭示了LCMV谱系共现背后的复杂传播模式和演化机制。这项发表在《Virus Evolution》上的研究，不仅为理解沙粒病毒的演化提供了独特视角，也为动物园环境中人兽共患病的防控提供了科学依据。

研究团队运用了多种关键技术方法：通过对动物园野生啮齿类动物的系统采样（包括家鼠、林鼠等），采用RT-PCR（逆转录聚合酶链反应）和RT-qPCR（实时荧光定量RT-PCR）进行LCMV筛查和分型；利用高通量测序（High-throughput sequencing, HTS）获取病毒全基因组序列；通过基因组分配（genomic assignment）分析确定家鼠亚种组成；建立谱系特异性检测方法追踪病毒分布；采用极限稀释法（limiting dilution approach）从共感染样本中分离病毒；运用贝叶斯系统发育分析（Bayesian phylogenetic analysis）估算病毒演化时间；并通过血清学检测监测种群免疫状况。

研究结果

3.1 LCMV在家鼠、新世界灵长类和其他小型哺乳动物中的检测时间线和模式

监测数据显示，LCMV RNA在新世界灵长类中的检测与CH疾病发生一致（2014、2021和2023年），且均为谱系II。家鼠种群中总LCMV RNA流行率从2014年的7.1%上升至2023年的61.2%，这种增长主要归因于谱系I流行率的增加（从2021年的6.7%升至2023年的37.9%），而谱系II则呈现下降趋势（从2021年的40%降至2023年的18.4%）。血清学监测发现，LCMV反应性抗体阳性率在2021-2023年间逐渐上升，表明水平传播增加。值得注意的是，尽管谱系I和II在家鼠中共同存在，但只有谱系II引发了灵长类的spill over（溢漏传播）感染。

3.2 LCMV谱系II序列代表三个不同的簇

基于L片段和S片段（segment）全长序列构建的单倍型网络显示，2014年的序列形成一个紧密簇，而2021-2023年的序列形成两个明显不同的簇。2014年皇帝绢毛猴的序列差异极小，表明近期传播事件。2023年的两个病毒簇彼此间的遗传距离（L片段：D_xy=0.032；S片段：D_xy=0.028）略大于它们与2014年簇的距离，提示可能存在多次病毒引入或长期演化。

3.3 最近共同祖先（TMRCA）分析表明LCMV是近期传入动物园的

2009年家鼠样本中LCMV反应性抗体全为阴性，为病毒传入时间提供了基线。分子钟分析估计谱系II的TMRCA（Time to Most Recent Common Ancestor）在2013年左右，与2014年首次CH爆发时间吻合，支持谱系II是近期传入的观点。

3.4 动物园家鼠种群属于Mmd亚种

基因组分析证实，2009年和2023年的家鼠以及2014年的饲料鼠均属于纯种Mmd，排除了家鼠亚种杂交或替换导致谱系II引入的可能性。主成分分析（Principal component analysis, PCA）显示所有个体与来自比利时南部和德国西南部的Mmd样本聚集在一起。

3.5 谱系I和II的共现导致共感染和重配病毒的出现

研究发现7只家鼠存在三或四个基因组片段，表明不同谱系的共感染。其中6只动物检测到两个L片段（谱系I和II）和一个S片段（谱系II），提示可能存在三段式病毒或重配病毒。通过极限稀释法从家鼠KS23/459脑组织分离病毒，成功获得了一个包含谱系I L片段和谱系II S片段的重配病毒。与原始组织相比，重配分离株在LP（L protein）编码区出现了一个非同义核苷酸替换（His1641Tyr），可能具有表型意义。

研究结论与讨论

本研究揭示了LCMV在动物园环境中的复杂传播动态。谱系I的流行率上升和谱系II的下降趋势，可能反映了病毒在特定宿主中的适应性差异。谱系I作为本地区域性流行株，可能在Mmd宿主中具有适应性优势；而谱系II作为外来引入株，其传播可能受到生态和宿主因素的限制。

更重要的是，研究首次在野生家鼠中证实了不同LCMV谱系的自然共感染和基因重配（reassortment）。重配病毒的出现为沙粒病毒的演化提供了新机制，可能产生具有新表型的病毒变体。L片段编码的RNA聚合酶（RNA-directed RNA polymerase, LP）对病毒复制至关重要，而S片段涉及核衣壳形成和免疫逃逸，因此谱系I L片段和谱系II S片段的重配可能改变病毒的复制特性和宿主范围。

在公共卫生方面，LCMV对动物园员工和游客构成潜在威胁，特别是对孕妇和免疫抑制人群。研究表明，尽管两种谱系都在家鼠中循环，但只有谱系II引发了灵长类的spill over感染，提示谱系间可能存在差异性的跨种传播能力。这种差异可能与病毒的组织嗜性、宿主受体结合特性或免疫逃逸能力有关，需要进一步的实验研究验证。

法兰克福动物园为研究沙粒病毒的演化和传播提供了独特的自然实验室。持续监测病毒种群动态，结合实验研究不同谱系和重配病毒的生物学特性，将有助于预测未来的spill over风险，为制定有效的防控策略提供科学基础。这项研究不仅增进了对LCMV演化机制的理解，也为其他人兽共患病毒的研究提供了可借鉴的方法学框架。

随着人兽共患传染病威胁的日益增加，对野生动物病原体演化和传播机制的深入研究变得愈发重要。法兰克福动物园的LCMV研究案例表明，整合长期监测、分子流行病学和进化分析的多学科方法，能够揭示病原体在复杂环境中的动态变化，为预测和防控新发传染病提供关键科学依据。