综述：人偏肺病毒：发病机制、流行病学、诊断技术与潜在干预策略

《Virology Journal》：Human metapneumovirus: pathogenesis, epidemiology, diagnostic technologies, and potential intervention strategies

本综述系统梳理了人偏肺病毒（HMPV）的研究进展。作为一种重要的呼吸道病原体，HMPV尤其威胁婴幼儿、老年人及免疫低下者健康。文章详细解析了病毒颗粒结构（如融合蛋白F、附着蛋白G）及其介导宿主免疫逃逸的机制（如抑制TLR4/7、靶向MAVS通路），总结了其分子流行病学特征（如A2b 111 nt-dup成为优势株）与多种检测技术（如RT-PCR、CRISPR-Cas12a）。尽管尚无获批疫苗或特效药，但文中综述了中和抗体、mRNA疫苗（如mRNA-1653）、蛋白亚单位疫苗等前沿干预策略的临床试验进展，为未来防控提供重要方向。

引言

呼吸道感染是全球性的重大健康挑战，消耗大量医疗资源并带来沉重的经济负担。2016年，约有500万5岁以下儿童因下呼吸道感染（LRTIs）住院，其中70万死亡。2009年至2019年中国的监测数据显示，病毒病原体阳性率最高出现在5岁及学龄期儿童中。这些感染主要由多种病原体引起，包括呼吸道合胞病毒（RSV）、人副流感病毒（HPIV）、人鼻病毒（HRV）、人腺病毒（HAdV）、人偏肺病毒（HMPV）和严重急性呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV-2）。HMPV于2001年在荷兰首次被分离鉴定，通常在春季（尤其是3月至4月）流行，是仅次于RSV的导致婴幼儿细支气管炎的重要病毒病原体。其临床表现多样，可从轻微的上呼吸道感染（URTIs）到严重的LRTIs（主要是细支气管炎），可能导致住院、严重并发症以及长期后遗症，如儿童期和成年期的喘息、哮喘和气道高反应性。HMPV感染的症状常与RSV感染难以区分。该病毒主要影响儿童、老年人和免疫功能低下者。在儿科人群中，约10%的住院病例归因于偏肺病毒感染。此外，HMPV感染已被证明会增加细菌重复感染的可能性，从而增加发病率和死亡率。值得注意的是，2023年，随着新型冠状病毒的逐渐传播，HMPV感染在美国、英国、加拿大、西班牙等国出现了大流行。

病毒颗粒的基因组结构及其发病机制

HMPV病毒颗粒大小在150至600纳米之间，具有一层厚度为13至17纳米的短包膜。HMPV基因组由负义单链RNA组成，长度约为13 kb，包含八个基因。HMPV的基因组结构表示为3'-N-P-M-F-M2-SH-G-L-5'，这些基因编码共九种蛋白质：核蛋白（N）、磷蛋白（P）、基质蛋白（M）、融合蛋白（F）、M2-1蛋白、M2-2蛋白、小疏水蛋白（SH）、附着蛋白（G）和聚合酶蛋白（L）。

表面糖蛋白

HMPV的表面糖蛋白包括G、F和SH蛋白。G蛋白作为HMPV的主要表面结构糖蛋白，对于病毒吸附至关重要，并且具有高度遗传多样性。它被证明可以介导先天性和适应性免疫反应，涉及中性粒细胞、树突状细胞、自然杀伤（NK）细胞和B细胞。感染缺乏G蛋白的HMPV与显著增强的T细胞活化表型相关。此外，G蛋白介导的先天性免疫反应可能通过下调激活NKG2D受体的应激诱导配体（包括主要组织相容性复合体（MHC）I类多肽相关序列A和B（MICA, MICB）以及UL16结合蛋白ULBP2和ULBP3）的表达来逃避NK细胞攻击。另外，G蛋白通过抑制TLR4依赖性信号通路来抑制气道上皮细胞的先天性免疫反应。而且，G蛋白调节中性粒细胞趋化因子的产生和干扰素（IFN）反应，特别是通过抑制信号转导和转录激活因子1（STAT1）的磷酸化来抑制IFN-α的产生。

F蛋白是膜锚定糖蛋白中的主要保护性抗原，具有高度保守的核酸序列。它在介导病毒包膜与细胞膜融合方面起着关键作用，从而建立病毒感染性。HMPV进入宿主细胞的第一步，由F蛋白介导，涉及与硫酸乙酰肝素（HS）的结合。F蛋白最初与HS蛋白聚糖结合后，会发生整合素与F蛋白之间的相互作用。F介导的结合和病毒进入依赖于RGD结合整合素（如αvβ1、α5β1和αv整合素）与F蛋白的Arg-Gly-Asp（RGD）序列之间的相互作用。值得注意的是，即使没有病毒附着G蛋白，F蛋白也能介导病毒的结合和融合。因此，F蛋白通过与细胞受体相互作用被激活，诱导病毒-细胞融合，这个过程不依赖于病毒G蛋白。

SH蛋白具有病毒孔蛋白样特性，通过其跨膜结构域影响膜通透性，导致形成更高级别的寡聚体。值得注意的是，SH蛋白已被证明能显著抑制膜病毒融合活性，这一过程主要由F蛋白驱动。因此，它可以在病毒感染期间调节融合功能。除了结构作用外，SH蛋白在逃避先天性免疫反应中起着关键作用。研究表明，缺乏SH蛋白的病毒株会在人浆细胞样树突状细胞（pDCs）中触发更强的干扰素产生。此外，SH蛋白选择性抑制TLR7依赖性基因的表达，但不影响TLR9依赖性通路。从机制上讲，SH蛋白破坏TLR7/MyD88/TRAF6信号传导，导致I型干扰素（IFN）基因转录抑制。同时，它激活NLRP3炎症小体，驱动IL-1β的成熟和分泌，加剧HMPV诱导的炎症。

核衣壳

N、P和L蛋白是HMPV转录和复制机制的核心。病毒基因组由多个核蛋白（N）拷贝包裹，形成螺旋状核衣壳复合物。RNA依赖性RNA聚合酶活性存在于L蛋白中，L蛋白与作为辅助因子的P蛋白结合。N和P之间关键的C端相互作用将L/P聚合酶复合物锚定在核衣壳上，从而实现基因组复制和转录。在糖蛋白驱动的附着、内吞作用和膜融合介导的病毒进入之后，HMPV核衣壳被释放到宿主细胞质中。与其他不分节段的负链RNA病毒类似，HMPV在感染早期诱导细胞质包含体（IBs）的形成。这些无膜细胞器是病毒RNA、N、P和L蛋白的浓缩中心，有助于高效的基因组复制和转录。HMPV IBs表现出显著的液体样细胞器特性，并经历动态的融合和分裂事件以优化病毒复制。先前的研究表明，纯化的P蛋白在体外通过液-液相分离（LLPS）形成凝聚体。这与通常需要多种病毒成分才能形成IB的其他病毒系统不同。P蛋白将单体N蛋白和N-RNA复合物招募到这些凝聚体中。通过与N（单体和寡聚体）和RNA的多价相互作用，P蛋白协调IB的组装并稳定其液体样状态。

基质蛋白

M蛋白对于塑造病毒结构至关重要，因为它直接促进病毒组装和出芽。它具有两个保守基序，YSKL和YAGL，其中YAGL基序对HMPV组装尤为重要。天然二聚体M蛋白的晶体结构揭示了一个高亲和力的Ca²⁺结合位点和一个与膜相互作用的大面积正电荷区域。M蛋白可被树突状细胞（moDCs）和巨噬细胞摄取，导致它们活化。当暴露于M蛋白时，moDCs会成熟并释放各种炎症细胞因子。此外，M蛋白激活的树突状细胞可以增加同种异体T淋巴细胞产生IL-2和IFN-γ。

M2基因包含两个重叠的开放阅读框（ORFs），M2-1和M2-2，它们分别表达。M2-1对于体内有效的病毒复制至关重要，它作为一种锌结合蛋白调节RNA合成。M2-1锌结合基序（CCCH）中的第三个半胱氨酸（C21）和最后一个组氨酸（H25）对其锌结合能力至关重要，缺乏此活性的重组HMPV在上呼吸道和下呼吸道中表现出复制受损。相反，微遗传分析表明M2-2蛋白抑制RNA转录和复制。此外，M2-2蛋白是一种重要的毒力因子，通过靶向线粒体抗病毒信号蛋白（MAVS）参与气道上皮细胞的免疫逃逸。M2-2免疫抑制区域中的PDZ结合基序29-DEMI-32和39-KEALSDGI-46负责免疫逃逸，因为它们阻止了MAVS下游适配器TRAF5和TRAF6的招募。虽然基序39-KEALSDGI-46也阻止TRAF3迁移至MAVS，但M2-2通过其PDZ基序阻断MAVS与其下游靶标TRAF的相互作用，从而启动HMPV免疫逃逸。这些TRAFs在HMPV激活转录因子NF-κB和/或IRF-3中起重要作用。此外，M2-2蛋白与IRF7的抑制域（ID）结合，并通过影响其磷酸化状态来阻止其同源二聚化，从而阻断TLR7/9依赖性的IFN-α诱导。

分子流行病学

HMPV自1958年以来一直在传播，但直到2001年才首次被分离和鉴定。HMPV的分型于2004年进行，HMPV分离株聚集在两个主要遗传谱系中：A型和B型。每个遗传谱系又分为两个亚谱系：A1、A2、B1和B2。

2006年后，荷兰不再检测到HMPV的A1基因型，而其他基因型继续进化。这一趋势在其他国家似乎也一致。例如，2007年至2017年越南急性呼吸道感染儿童的HMPV基因型为A2b、A2c、B1和B2。在肯尼亚，2007年至2016年期间，在因HMPV肺炎综合征住院的5岁儿童中鉴定出HMPV A2b、A2c、B1和B2。谱系A2b、B1和B2已成为中国的优势毒株，在调查地区很少检测到谱系A1。2009年至2012年，加拿大安大略省最流行的HMPV基因型是A2b，分型的样本中没有A1亚型。在日本，系统发育分析显示，2004年亚基因组B2占主导地位，而2005年则有三个亚基因组A2、B1和B2共同传播。在克罗地亚，A2和B2亚群在2011年、2012年和2014年共同传播，而B1在2013年和2014年流行。此外，一个名为A2c的新亚群最近仅在东亚和东南亚被识别。2017年，中国广州检测到HMPV阳性率急剧上升（11%），这主要是由HMPV B1谱系引起的。在2019冠状病毒病（COVID-19）高峰期之后，中国杭州儿童的所有HMPV阳性样本均属于B基因型，并分为B1和B2亚基因型。

值得注意的是，自2014年以来，具有G基因180个核苷酸重复的HMPV A2b亚谱系已成为主要流行毒株。在日本横滨市，2013年至2016年的HMPV毒株被分为A2a、A2b、B1和B2亚群。2014年检测到的A2b亚群毒株中约有一半在G基因中具有180个核苷酸重复（180 nt-dup）。此外，据报道，2014年至2016年期间，在西班牙加泰罗尼亚地区传播着具有G基因180个核苷酸重复的HMPV A型毒株的遗传变异。同样，2014年至2016年期间，在西班牙Hebron Valley大学医院的儿科患者中，HMPV存在G基因180个核苷酸重复的周期。

然而，从2017年到2019年，在日本和中国均鉴定出具有G基因111个核苷酸重复的新型HMPV A2b亚型毒株。这些新鉴定的毒株与先前识别的具有180个核苷酸重复的HMPV A2b毒株在遗传上相关。2018年，A2b 111 nt-dup毒株成为日本横滨的优势毒株。相比之下，自2017年以来未检测到经典的HMPV A2b毒株。

诊断技术

早期检测和精准治疗是减少HMPV感染的主要途径。临床上，识别病毒感染的主要方法包括体外培养、核酸检测以及抗原或抗体检测。然而，体外培养方法在病毒鉴定方面存在显著局限性。这是因为病毒在细胞培养中生长缓慢，限制了其在快速高效病毒鉴定中的应用。相比之下，核酸检测因其高准确性和可靠性已成为病毒鉴定的首选方法。目前可用的基于核酸的HMPV检测方法包括实时荧光定量PCR（RT-PCR）、巢式实时荧光定量PCR、基于Gexp的多重逆转录PCR、数字微流控RT-qPCR和CRISPR-Cas12a。

以HMPV的N或F基因为检测靶标，已建立检测限（LOD）为100拷贝/反应的RT-PCR方法。研究人员还建立了一种三重单管巢式RT-PCR方法，用于同时检测RSV、HRV和HMPV。通过靶向N基因，该方法对HMPV的LOD可达5拷贝/反应。此外，开发了一种基于GeXP的多重逆转录PCR（GeXP）检测方法，可同时检测16种呼吸道病毒类型/亚型，包括HMPV。在该多重检测中，HMPV的L和N基因被用作靶标，所有预混合病毒靶标的检测灵敏度为1000拷贝/反应。开发了一种数字微流控RT-qPCR平台，具有样本量少、操作简便的优点，用于检测包括HMPV在内的11种呼吸道病原体。通过靶向HMPV的F基因，该平台的LOD范围为12至150拷贝/反应。开发了一种结合逆转录重组酶聚合酶扩增（RT-RPA）与CRISPR-Cas12a（使用荧光或侧流层析（LF））的技术，用于HMPV的临床诊断，通过靶向N基因，检测限达到6.97 x 102 拷贝/mL。

病原体抗原或抗体检测是一种检测病原体抗原或宿主受病原体诱导产生的抗体的方法。目前，基于HMPV抗原或抗体的检测方法包括ELISA、快速色谱免疫测定（侧流层析法）和Luminex微球悬浮阵列技术。设计了用于检测人鼻咽拭子中hRSV、HMPV和ADV的夹心ELISA检测方法，LOD为1 x 103 pfu/mL。此外，利用侧流层析法开发并表征了两种针对HMPV N蛋白的小鼠单克隆抗体（MAbs），其LOD分别为8 x 10? 拷贝/反应或5-10 ng/反应。HMPV和RSV的N蛋白也被用于开发基于Luminex微球悬浮阵列技术的双重检测方法，该方法可从单一血清稀释度同时确定抗体水平的诊断性升高。这种方法在单一血清稀释度下正确识别了大多数IgG抗体滴度≥4倍升高的血清对。

潜在干预策略

当前研究突出了几种有前景的抗HMPV策略，包括抗体/蛋白亚单位疫苗、mRNA疫苗、减毒活疫苗以及基于药物和siRNA的疗法。

抗体/蛋白亚单位疫苗

最近利用高通量单细胞技术的研究鉴定出了针对HMPV F蛋白预融合构象的稀有、广泛中和抗体。这些抗体识别预融合特异性表位，并靶向预融合F三聚体顶端的脆弱位点。值得注意的是，这些中和抗体在小动物模型中表现出对下呼吸道感染的强大保护作用，使其成为被动免疫预防的有希望的候选者。研究进一步证明，将M蛋白加入基于F蛋白的疫苗可减少小鼠肺部炎症，并降低T辅助细胞中的Th2/Th1细胞因子比率。因此，在基于F蛋白的疫苗中加入HMPV M蛋白可以调节后续感染的体液和细胞免疫反应，从而增强疫苗介导的保护作用。此外，几种抗体/蛋白疫苗已进入临床试验。在一项1期临床试验中，研究了表达HMPV F蛋白的HPIV3载体疫苗（HMPV-PreF-A和HMPV-F-B365）在24至<60个月大儿童中的感染性、安全性和免疫原性（NCT06546423，2024年）。VXB-241是一种分子钳稳定的预融合F蛋白亚单位二价疫苗（RSV preF + HMPV preF）候选物，用于预防由RSV和HMPV引起的LRTI，于2024年启动1期试验以评估其安全性、反应原性和免疫原性（NCT06556147）。此外，Clover Biopharmaceuticals AUS Pty启动了一项1期临床试验，旨在评估SCB-1022（包含三种重组蛋白亚单位抗原——RSV A株（SCB-1019T(A)）、RSV B株（SCB-1019T(B)）和HMPV（SCB-1021））在60-85岁健康成年人中的安全性、反应原性和免疫原性（NCT06984094）。IVX-A12是一种RSV和HMPV二价组合病毒样颗粒蛋白亚单位疫苗，在60-75岁老年人中用于1期研究，以评估其安全性和免疫原性（NCT05664334）。

mRNA疫苗

一项基于与病毒毒力密切相关的候选蛋白的研究揭示了有保护潜力的前景蛋白：从最有希望的候选蛋白F蛋白，以及G、SH、M和M2蛋白中筛选出免疫优势细胞毒性T细胞、辅助T细胞和线性B细胞表位，构建了一种多表位mRNA疫苗。结果表明，该疫苗在人体内稳定，并有潜力诱导强烈的体液和免疫反应。幸运的是，免疫模拟表明这种多表位mRNA疫苗是控制HMPV感染的候选疫苗。事实上，数据显示，包裹在脂质纳米颗粒中的转录mRNA在体外是潜在安全有效的。目前，在Clinicaltrials.gov上注册的HMPV mRNA疫苗临床试验约有5项，包括mRNA-1365、mRNA-1653、HMPV mRNA LNP 1、HMPV mRNA LNP 2和HMPV疫苗的试验（分别为NCT05743881、NCT04144348、NCT03392389、NCT06237296和NCT06686654）。在这些mRNA疫苗中，HMPV mRNA LNP 1、HMPV mRNA LNP 2和HMPV疫苗被包裹在脂质纳米颗粒（LNP）内。

减毒活疫苗

M2-1的锌结合活性对于体内病毒复制和致病性至关重要。缺乏锌结合活性的重组HMPV不仅导致上呼吸道和下呼吸道复制缺陷，而且在棉鼠中引发了强大的保护性免疫。因此，抑制M2-1锌结合活性可能导致开发新的减毒活疫苗以及肺炎的抗病毒药物。美国国家过敏和传染病研究所（NIAID）开发了一种减毒活疫苗，经鼻内给药（rHMPV-Pa），并完成了评估其安全性和免疫原性的1期研究（NCT01255410）。

药物

目前，尚无治疗HMPV感染的特效药物。然而，根据Clinicaltrials.gov，目前有两种用于治疗HMPV感染的非特异性药物处于2期试验阶段。PUL-042正在进行一项2期试验，评估其降低患有血液系统恶性肿瘤和造血干细胞移植受者因副流感病毒（PIV）、HMPV或RSV感染导致记录在案的肺部感染严重程度的能力（NCT06665100）。另一项关于非特异性抗病毒药物SNG001的2期研究旨在评估当SNG001给予因呼吸道病毒（甲型流感（Flu A）、乙型流感（Flu B）、RSV、HRV、HAdV、HPIV、HMPV或冠状病毒（包括SARS-CoV-2和季节性冠状病毒））感染而需要侵入性机械通气的患者时的安全性、抗病毒生物标志物反应和疗效（NCT06999603）。

基于siRNA的疗法

此外，靶向HMPV N和P基因3'端富集区的siRNA在体外导致有效的序列特异性病毒抑制。病毒抑制是特异性的，并非由抗病毒干扰素-β反应或细胞死亡介导。因此，靶向HMPV N和P基因的siRNA可能是序列特异性的，并且对病毒高度有效。

结论与未来方向

随着对HMPV的持续关注和研究，HMPV各组分的功能及其与宿主相互作用的机制已逐渐被探索。研究人员已经确定了几个关键的宿主细胞受体。特别是，发现整合素是F蛋白介导的HMPV进入宿主的功能性受体，无疑将激发许多研究思路。未来的实验应直接确定F蛋白如何在分子结构水平上与整合素相互作用。在分子流行病学方面，HMPV的A1亚型逐渐消失，而A2b 111 nt-dup毒株逐渐成为优势亚型。这些观察引出了两个主要问题。特别是在COVID-19高峰期之后，HMPV的突然爆发是否与这些优势亚型的存在有关？这些优势亚群与其他呼吸道病原体的相互作用模式是什么？这些问题应在未来进行探索。HMPV是对公共卫生的持续威胁，应持续监测其流行病学和遗传进化特征。目前，识别HMPV的主要方法包括核酸检测、抗原检测和血清抗体检测。核酸检测的灵敏度高，但需要专业实验室、特殊且昂贵的仪器、先进的专业技能、检测时间长且成本高。这些缺点限制了其广泛推广和应用。现有的抗原检测灵敏度低。在后疫情时代，HMPV已逐渐成为呼吸道感染的主要病原体之一，对病原体家庭自测的需求日益增长。即时检测（POCT）可在采样现场立即进行，从而实现对疾病的快速诊断和精准用药。POCT将有助于及时优化决策，提高护理效率并降低成本，特别是在资源有限的地区。根据世界卫生组织（WHO）确定的标准，理想的病原体诊断测试应价格低廉、灵敏、特异、易于使用、快速且不需要大型设备。快速POCT符合WHO的推荐标准，已成为病原体监测、诊断和疗效评估不可或缺的手段。因此，开发一种高灵敏度的HMPV POCT检测方法具有重要的临床价值。随着研究人员为开发针对该病原体的HMPV中和抗体、疫苗和抗病毒药物付出了巨大努力，目前约有12项临床试验正在评估中。在未来5到10年内，HMPV感染的临床预防和治疗备受期待。目前关于使用中和抗体、疫苗或药物预防HMPV的数据是乐观的，我们相信将有多于一种有效方案获得批准。然而，这些干预策略要取得成功仍面临某些挑战。例如，与其他RNA病毒类似，表面糖蛋白容易发生突变。因此，对于抗体开发，有必要识别和监测HMPV的全球突变和分布，因为它们可能影响临床试验的结果甚至未来产品的功效。此外，干预策略的安全性和有效性对于取得成功至关重要，这方面需要进一步阐明。因此，继续开展HMPV药物和疫苗开发的临床研究至关重要。