综述：西方马脑炎病毒：流行病学、传播、宿主及缓解策略的综合评述

《Virulence》：Western equine encephalitis virus: A comprehensive review of epidemics, transmission, hosts, and strategies for mitigation

本综述系统回顾了西方马脑炎病毒（WEEV）的流行病学特征、自然传播循环（涉及蚊媒与鸟类/哺乳动物宿主）、病毒学基础（如E1/E2糖蛋白）及致病机制（如神经侵袭性）。重点探讨了当前缺乏人用疫苗和特效药的现状，并总结了基于动物模型（小鼠、非人灵长类）的候选疫苗（如病毒样颗粒VLP、DNA疫苗）和抗病毒策略（如干扰素IFN、小分子抑制剂）的最新研究进展，为应对WEEV的潜在威胁提供了多角度的防控思路。

　　

ABSTRACT

近年来南美洲西方马脑炎（WEE）病例的增加引发了广泛关注，该病毒因适应蚊媒而可能引发地方性流行。目前，尽管在动物模型中已有多种生物制品的研究，但仍缺乏针对西方马脑炎病毒（WEEV）的有效疫苗或治疗方法。病毒在不同宿主中表现出不同的病理效应。在人类中，WEEV感染会导致中枢神经系统损伤，引发脑炎和严重的神经系统后遗症，这凸显了对其致病机制进一步研究的迫切性。为加深对WEEV的理解并应对潜在威胁，本综述重点阐述了病毒的自然传播循环、用于对抗WEEV感染的生物制品开发、新的诊断方法，并强调了动物模型中的机制研究，为防御WEEV提供了潜在策略。

Introduction

西方马脑炎病毒（WEEV）是一种正链RNA病毒，属于披膜病毒科甲病毒属。它是新世界甲病毒东部马脑炎病毒（EEEV）和旧世界甲病毒辛德比斯病毒的重组体。WEEV引起的WEE症状包括发热、寒战、头痛、肌痛以及特定的神经系统后遗症，但通常比EEE温和。EEEV的估计死亡率高达30%，远高于WEEV的3%至15%。作为虫媒病毒，WEEV自然循环于蚊媒和脊椎动物宿主之间，包括鸟类等放大宿主以及人类、马匹和其他哺乳动物等终末宿主。主要媒介是环附库蚊，它可将病毒从鸟类传播给哺乳动物，导致中枢神经系统疾病甚至死亡。虽然蚊虫叮咬是常见感染途径，但曾有实验室通过气溶胶传播导致5人感染、2人死亡的事件，这凸显了WEEV对人类的严重性及其被用作生物武器的潜在风险。

尽管mpox病毒一直是主要的公共卫生问题，但南美洲（包括阿根廷和乌拉圭）的WEE疫情也引起了全球关注。WEE病毒于1930年首次分离，后在几次人间流行后变得不那么突出。WEEV毒株已进化成两组：A组（如Fleming株）具有高毒力，B组（如Imperial 181株）毒力较低。近期研究表明，毒力变化与受体亲和力的改变有关。尽管使用马用疫苗控制了马群中的WEEV，但目前尚无有效的人用疫苗或治疗方法，这使得WEEV在养马集中区成为一个令人担忧的问题。

Epidemic in history

WEEV在北美（包括美国西南部和加拿大）以及南美南部（特别是阿根廷和乌拉圭）均有报道。自1930年发现以来，数千匹马被感染，首例人类死亡病例记录于1938年。1941年的一次重大暴发导致北美超过3000例人间病例，病死率在8%至15%之间。1952年的另一次流行，特别是在加利福尼亚州，导致9人死亡。随后30年间，美国的人类WEE病例逐年增加，直至1988年达到顶峰，之后仅报告一例。1970年，在乌拉圭儿童血清中检测到WEEV抗体。随后在1972年至1973年间，阿根廷和乌拉圭发生了马动物流行病，并从感染马匹中分离到WEEV。从1990年代起，人和马WEEV病例减少，表明流行强度降低。然而，2023年12月20日，阿根廷圣菲省一名农村成年人被诊断出WEE，该地区曾发现WEEV阳性马匹。这是阿根廷自1982-1983年疫情（与马动物流行病相关）以及1996年一例（与马疫情无关）之后的首次人间病例。截至2024年1月25日，阿根廷报告了39例人间WEE病例，分布在布宜诺斯艾利斯（23例）、科尔多瓦（2例）、圣菲（10例）、恩特雷里奥斯（3例）和圣地亚哥德尔埃斯特罗（1例），其中包括5例死亡。自2023年11月25日发布警报以来，阿根廷16个省已确认1323起马WEEV疫情，但2024年新感染马匹数量有所下降。此外，邻国乌拉圭报告了自2009年以来的首例人间WEEV病例。值得注意的是，与阿根廷和乌拉圭接壤的巴西南里奥格兰德州经历了活跃的WEEV传播，此次疫情截至2024年4月已导致217例人间病例和12人死亡，归因于媒介与鸟类之间的有限地方性传播或WEEV监测不足，尤其是在农村和偏远地区。一项新研究预测了到2050年和2100年南美洲WEEV可能增加的潜在区域，揭示了与气候变化相关的热季节性和年降雨量可能影响蚊子和鸟类，进而影响WEEV的扩张。人们必须保持警惕，定期为马匹接种疫苗，并监测WEEV与其他病毒的基因重组，这可能导致新突变并在马群和人类中突然暴发。

Virology

甲病毒具有高度相似的生物学特性，WEEV也不例外。WEEV起源于大约1300至1900年前，是由新世界EEEV和旧世界辛德比斯样病毒重组形成的病毒。WEEV是一种有包膜病毒，具有核衣壳结构，其核心是一条长约11.5-11.7 kb的正链单股RNA。该RNA基因组编码结构蛋白（衣壳、E1、E2、6K、E3）和非结构蛋白（nsP1-4），后者对RNA转录、复制和翻译至关重要。糖蛋白E1和E2与辛德比斯样病毒相关，而衣壳和非结构蛋白则与EEEV关系更密切。EEEV和WEEV都表现出神经向性，因为它们能在神经元中复制，这表明WEEV的神经病理学受其与EEEV关系的影响。核苷酸序列的差异可能是WEEV通常比EEEV引起更轻微神经系统症状的原因。近期研究表明，禽类MXRA8与WEEV E1糖蛋白相互作用，促进了病毒在禽类宿主而非哺乳动物中的进入。

系统发育研究将WEEV毒株分为两个主要谱系：A组和B组，B组又进一步分为B1、B2和B3亚谱系。最近一项研究从南里奥格兰德州的三例致死性马病例中鉴定出一个新的WEEV谱系，命名为C系，该谱系与1958年的CBA87株密切相关，可能与阿根廷和乌拉圭最近的WEEV疫情有关。对不同毒株WEEV毒力的研究结果不一致，使得难以将病毒毒力与人间病例关联起来。尽管像McMillan这样的历史毒株毒力很强，但像Imperial 181这样的新毒株毒力有所降低。然而，对小鼠模型中WEEV B组毒株的研究并未一致表明毒力下降。高毒力毒株的出现并不一定与人间病例增加相关。这表明毒力可能不是影响WEEV传播的主要因素。WEEV序列的高度保守性可能是过去20年缺乏人间病例的原因之一，尽管毒株毒力存在差异。近期研究强调了WEEV与其受体（包括原钙粘蛋白10（PCDH10）、极低密度脂蛋白受体（VLDLR）和载脂蛋白E受体2（ApoER2））之间相互作用的变化。这些受体与WEEV E2-E1刺突蛋白结合，并在进化谱系间存在差异。A组毒株可以与所有三种受体相互作用，而B组毒株主要与PCDH10 EC1结合，但B3组的Imperial 181和R02PV003422B株例外。这些受体在神经元中的存在支持了WEEV的神经向性，这可导致神经后遗症和死亡。例如，Imperial 181与禽类PCDH10结合而非哺乳动物受体，这可能解释了其在哺乳动物中较低的毒力。最近两项研究表明，WEEV E2糖蛋白中的一个到三个氨基酸替换可以显著改变其与不同受体的结合能力，这可能解释了WEEV流行的急剧下降和 resurgence。WEEV的进化似乎更侧重于形成储存库而非增加致病性。阿根廷和乌拉圭最近的疫情凸显了监测毒株变异的重要性，并表明需要持续保持警惕和进行疫苗接种。

Human and animal transmission

WEEV传播涉及三个关键过程：感染源、传播途径和易感动物。传播循环主要涉及媒介环附库蚊和具有病毒血症血液的鸟类宿主（如家朱雀和家麻雀）。此外，还存在一个次要循环，涉及伊蚊和放大宿主黑尾杰克兔，该循环也源于主要循环。环附库蚊可以感染多种鸟类，在蚊子盛行的地区作为次要放大宿主。马、人类和一些野生动物被认为是终末宿主，因为它们很少参与病毒传播；因此，向远距离地区的传播可能依赖于感染鸟类的迁徙。有趣的是，具有高滴度病毒血症的马匹可以作为委内瑞拉马脑炎病毒（VEEV）的放大宿主，导致严重的周期性或散发性流行，并造成溢出传播给人类。这种现象可能在一定程度上帮助解释WEEV和其他甲病毒的暴发。病毒在不同宿主中引起一系列症状，这可能表明WEEV在自然进化中入侵机制发生了转变。对WEEV宿主的研究可以增强我们对病毒-宿主相互作用的理解，并有助于开发更有效的药物和疫苗，以在传播的所有阶段对抗WEEV。

Vector

作为参与WEEV在动物和人类间传播的唯一媒介，蚊子在病毒的自然传播循环中起着至关重要的作用。研究揭示了蚊子与WEEV之间存在不利关系，导致环附库蚊中肠腹部出现病理损伤，包括上皮细胞脱落、坏死、空泡化、微绒毛分离和上皮降解。除中肠外，WEEV还可影响环附库蚊的各种组织，如唾液腺、卵壳、神经节和气管。唾液腺的损伤（表现为空泡化）可能解释了传播率逐渐下降的原因，并表明这些腺体可能作为病毒储存库，潜在地促进WEEV的隐性传播。受感染的雌性蚊子与未感染的对照组相比产卵率更高，可能是由于卵黄质地从颗粒状变为光滑所致。病毒还通过影响蚊子的神经系统（包括神经内分泌细胞）来影响其取食和繁殖行为。尽管WEEV造成组织病理学改变并降低寿命和适应度，但蚊子已形成四道屏障来阻止病毒传播：中肠感染屏障、中肠逃逸屏障、唾液腺感染屏障和唾液腺逃逸屏障。感染屏障主要保护中肠或唾液腺细胞免受感染，而逃逸屏障则阻止继发性传播。此外，致倦库蚊、淡色库蚊、三带喙库蚊、白纹伊蚊和埃及伊蚊被确定为潜在的WEEV媒介，其中淡色库蚊表现出与环附库蚊相似的病理学和传播特性。与环附库蚊不同，埃及伊蚊中的VLDLR直系同源物可以作为WEEV McMillan和Fleming毒株的受体，这为了解病毒与蚊子细胞之间的分子机制提供了见解。尽管在宏观病理学和防御屏障方面取得了进展，但WEEV与蚊子之间具体的相互作用机制仍不完整，通过蚊卵的垂直传播仍然未知。此外，新出现的媒介物种可能促成某些地区的疫情暴发。

Amplifying host

主要的放大宿主，特别是家朱雀和家麻雀，在WEEV的持续存在、分布和暴发中起着关键作用。虽然基于实验室皮下接种研究，歌雀被认为是潜在的放大宿主，但它们很少通过自然的口服传播或蚊虫叮咬被感染。尽管媒介或宿主能力没有变化，但WEEV病例的下降可能部分由1998年至2008年间加利福尼亚鸟类中较低的WEEV抗体水平所解释。感染WEEV的家朱雀产生足够的抗体以防止再感染。然而，RT-PCR在其脾脏和肺部检测到残留病毒，表明存在慢性感染。慢性感染可能通过维持高抗体滴度（有助于宿主生存）来增强鸟类作为放大宿主的作用。有趣的是，WEEV的感染剂量不一定与家朱雀的病毒血症水平或慢性感染频率相关。免疫抑制可导致急性而非慢性WEEV感染。

影响鸟类WEEV感染率（通过血清阳性率研究显示）的几个因素已被探讨。成鸟通常比雏鸟对蚊子更具吸引力，表明成鸟可能是主要的放大宿主。当前的感染状态似乎不会显著吸引媒介。预测模型表明，雌性环附库蚊丰度的增加会加剧WEEV传播风险，尤其是在预采样温度和环附库蚊丰度都达到极端水平时。当年孵出的鸟类由于其季节性存在，在放大病毒方面起着重要作用，并且留鸟物种通常比候鸟物种表现出更高的血清阳性率。

理解这些因素，特别是慢性感染，加深了我们对WEEV传播动态的理解，并为制定中断蚊-鸟循环的策略提供了信息。对鸟类WEEV病理学的研究有望揭示控制病毒传播的潜在药物靶点。总体而言，对慢性感染以及影响WEEV传播的各种因素的细致理解将有助于开发有效的方法来遏制病毒在蚊子和鸟类之间的传播。

Dead-ended host

由于无法产生充足的病毒血症，人类和其他动物，特别是马匹，处于WEEV自然循环的末端。与高毒力的EEE不同，大多数人类WEE病例是无症状的，死亡率在3%到15%之间。通常，少数患者在2至7天的潜伏期后会出现轻微症状，如发热、寒战、头痛和肌痛，随后可能出现更严重的脑炎症状。由于易感性更高，婴儿常常遭受严重的神经系统后果和后遗症，包括惊厥、四肢瘫痪、痉挛或强直。相比之下，感染WEEV的成年人可能会出现智力衰退和人格改变，而老年人则因WEEV感染而患帕金森综合征的风险增加。

WEEV入侵神经元导致其复制和随后的病理损伤，其特征是神经元破坏、小胶质细胞巢和无定形海绵状病变。这些病变通常集中在纹状体、丘脑核、脑桥核以及小脑的浦肯野细胞层和分子细胞层。血管周围浸润和多灶性坏死主要见于深部灰质，特别是纹状体，在脑干、脊髓和大脑皮层检测到的病变较少。此外，病变在基底节、丘脑、脑干和皮质下白质中可能有所不同。通气不足是脑炎的一种并发症，通常始于白天的呼吸窘迫，并在夜间进展为对化学刺激的敏感性增强。这可能源于呼吸中枢所在的脑干被破坏，或源于对调节呼吸至关重要的迷走神经损伤。

先天免疫反应通过WEEV复制依赖的IRF-3激活在限制神经元损伤方面起着重要作用，IRF-3介导神经元细胞保护。然而，WEEV衣壳蛋白可以通过抑制与IRF-3激活相关的模式识别受体（PRR）通路的下游信号分子来抑制IRF-3激活。

病毒入侵、干扰素（IFN）攻击和神经元成熟都导致神经元破坏。神经元成熟可以减少病毒诱导的细胞病理学，且不依赖于IFN分泌。激活自我防御机制和抑制病毒所需的I型IFN量可能解释了为什么严重的神经系统症状和后遗症更常见于神经元相对不成熟的婴儿。先天免疫系统对自我保护至关重要，尽管淋巴细胞浸润表明适应性免疫反应有一定作用，尽管其对WEEV通常反应迟钝。

总之，病毒因素、免疫反应和神经元成熟之间的相互作用凸显了WEEV发病机制及其对不同年龄组影响的复杂性。对这些机制的持续研究对于开发针对性干预措施和改善患者预后至关重要。

Animal models

探索WEEV的病理机制和抗病毒方法需要模拟人类感染的多种动物模型，包括小鼠、仓鼠和食蟹猴。涉及小鼠模型的研究采用了多种病毒感染方法，如鼻内、气溶胶、皮下和腹腔途径。例如，鼻内感染表达萤火虫荧光素酶（fLUC）的重组WEEV McMillan毒株的远交系CD-1小鼠表现出神经系统症状，如抑郁、运动缺陷、共济失调、视力障碍以及伴有呼吸急促的侧卧。这些症状源于大脑和颅神经的广泛病变，始于嗅球神经元的神经侵袭，并延伸至三叉神经，从而增加了脑干感染。相比之下，当通过足垫注射将WEEV引入CD-1小鼠以模拟蚊虫感染时，病毒主要通过血脑屏障（BBB）缺失的室周器进入大脑，随后沿神经元轴进行向心性扩散，而不影响嗅球神经元。这提示了病毒血症可能绕过BBB的一种机制。甲病毒如VEEV、EEEV和WEEV的血行播散可能通过脑微血管内皮细胞（BMEC）中的小窝介导的转胞吞作用穿过完整的BBB发生，这一过程可能受IFN（抑制病毒复制）和RhoA GTPase（稳定BMEC中小窝结构）的调节。此外，Balb/c小鼠气溶胶暴露于WEEV可导致严重的急性神经系统症状和双侧嗅球及梨状皮质的病变，并伴有肺部颗粒沉积增加。值得注意的是，用WEEV皮下感染婴儿B-629小鼠会导致肌肉、软骨和骨髓的坏死性变性，在48小时内死亡，而年轻成年鼠则发生坏死性脑膜脑炎，并伴有心、肺、肝、肾和棕色脂肪的病理变化。这表明感染途径显著影响症状表现和疾病进程。

颅内和皮下感染的比较研究表明，颅内感染导致完全性脑炎，而皮下感染导致较温和的病毒血症，脑炎发生率低于50%。这凸显了选择合适的感染途径可以优化动物模型用于研究人类症状的效用。仓鼠模型通过脑内、腹腔、皮内和呼吸道等方法感染，在大脑和嗅叶中显示出不同的峰值滴度和时间，常见的病理症状包括胶质细胞增生、血管周围套袖样浸润、出血、海绵状变性和神经元坏死。值得注意的是，用减毒克隆15株脑内感染的仓鼠并未出现其他感染方法所见的严重后遗症，这表明脑内感染可能减轻了显著的神经元坏死，或者星形胶质细胞的较早激活可能有助于控制过度的神经炎症和其他免疫反应。

帕金森综合征后遗症可以在鼻内感染WEEV的CD-1和C57BL/6小鼠中得到有效复制，从而能够探索WEEV诱导帕金森综合征的病理机制。持续性的神经胶质增生，由星形胶质细胞先天免疫反应产生的神经炎症因子驱动，是这种情况的一个关键特征。这种神经胶质增生与多巴胺神经元（特别是黑质致密部）的丢失以及α-突触核蛋白的聚集有关。后一过程受皮质、海马和中脑中神经营养性星形胶质细胞分泌的C3蛋白调控，所有这些都促进了帕金森综合征的发展。

在非人灵长类（NHP）模型（如食蟹猴）中，感染途径显著影响疾病的严重程度。皮下感染在存活率、血液学以及大脑病理变化方面比气溶胶途径感染的结果更温和，尽管两种方法都不会导致病毒血症。这种差异强调了感染途径在研究疾病进程和病理学中的重要性。鉴于气溶胶途径可能对人类造成更严重的后果，迫切需要一种合适的动物模型来测试和评估疫苗效力。在通过气溶胶途径感染WEEV的食蟹猴研究中，观察到了脑炎的临床体征。免疫组织化学证据证实了WEEV的入侵，这诱导了中枢神经系统（CNS）中显著的淋巴细胞浸润。此外，血清葡萄糖水平升高与临床体征的严重程度相关。不幸的是，三只食蟹猴在此实验中因未知原因死亡。值得注意的是，据推测WEEV通过侵犯嗅神经直接入侵大脑，因为病毒在血液或其他器官中无法检测到。

仓鼠模型，特别是那些腹腔感染WEEV并预先用IFN或IFN诱导剂处理的模型，表现出延长的存活时间。这表明此类模型对于评估抗病毒药物和疗法可能有价值。调节小鼠的宿主因素——包括年龄、性别和遗传背景——有助于模拟NHP甚至人类的感染环境，为抗病毒药物效力提供见解。

动物模型对于理解WEEV的进入、循环和发病机制至关重要，为有效治疗方法的研发提供了一个广阔的平台。通过利用这些模型，研究人员可以深入了解疾病机制并探索潜在的治疗策略。在本综述中，我们收集了相关的动物模型，以提供涉及WEEV研究的详细信息。每个模型都有其优缺点，受研究中使用的不同动物影响。非人灵长类动物比小鼠更接近人类；然而，它们繁殖速度较慢，成本更高，并且通常更具攻击性。此外，目前非人灵长类动物的基因纯化水平显著低于实验室小鼠。虽然小鼠可能不像非人灵长类动物那样与人类密切相关，但它们繁殖快，更具成本效益，性情更温和。它们还提供高度的基因纯化和高度的实验室可操作性。尽管使用了不同的动物模型，但接种疫苗或治疗后的存活率可以接近100%。因此，在确定对人类治疗的有效性时，安全性等因素可能更为关键。

Diagnosis

WEEV感染的准确诊断依赖于实验室方法，如PCR、病毒细胞培养和血清学检测，因为缺乏将其与其他脑炎（如VEE或EEE）区分开来的特异性临床症状。媒介监测对于流行病学调查也至关重要。