美国猪群中甲型流感病毒基因组多样性的源与汇：2009-2022年时空动态与防控启示

【编辑推荐】本研究通过美国农业部（USDA）2009-2022年猪流感病毒监测数据，首次系统量化了甲型流感病毒（IAV）在猪群中的基因组多样性时空分布规律，揭示了中西部州（如伊利诺伊、密苏里、爱荷华）作为病毒多样性"源"的关键作用，提出基于运输网络的靶向干预策略，为优化动物疫苗设计（如HA/NA匹配）和人类大流行防控提供科学依据。

　　

ABSTRACT

美国农业部（USDA）2009-2022年猪流感病毒监测计划揭示了甲型流感病毒（IAV）在猪群中的复杂进化图景。通过对10,032份样本的HA/NA基因分型和2,632株全基因组测序，研究发现H1N2（1B.2.1）、H3N2（1990.4.a）和H1N1（H1-1A.3.3.3-c3）是优势谱系，内部基因主要分为三源重组（T）和2009大流行（P）谱系。值得注意的是，73.5%的检测集中在近两年出现的三种基因组构型，暗示病毒进化存在显著的选择压力。

INTRODUCTION

猪流感病毒不仅是畜牧业经济损失的元凶，更是人畜共患病的重要威胁。USDA的被动监测系统通过追踪HA/NA基因变异和内部基因重组（如TRIG与PDM谱系），为疫苗开发和流行病预警提供关键数据。特别值得关注的是，病毒表面蛋白（HA/NA）与内部基因（PB2、PB1等）的协同进化可能改变传播效率和致病性，例如PDM谱系核蛋白基因的获取可增强病毒适应性。

MATERIALS AND METHODS

研究团队通过octoFLUdb数据库获取监测样本，采用分层随机抽样策略完成全基因组测序。基因分型采用MAFFT和FastTree构建系统发育树，通过Zeta多样性模型量化空间传播规律。马尔可夫链模型则用于模拟病毒跨州传播路径，网络分析聚焦前十大养猪州的病毒迁移概率（阈值≥0.15）。

RESULTS

HA和NA多样性

2022年数据显示，H3-2010.1/N2-2002B（20.7%）、H1-1B.2.1/N2-1998B（17.7%）和H1-1A.3.3.3/N1-C.3.2（16.5%）成为新晋优势组合。值得注意的是，1A.1.1.3谱系HA基因的NA配对发生"切换"：从早期的N2-1998B转为近年来的N1-C.3.2/N1-C.2.1，这种重组可能赋予病毒新的传播特性。

基因组构型动态

TTTPPT（62.4%）、TTTTPT（14.5%）和TVVPPT（11.4%）构成2022年主要构型。时间序列分解显示病毒检测呈现"双峰"季节性：10月初（第40周）达峰，次年3月出现次高峰，7月降至低谷。特别有趣的是，2013-2017年间年均新构型仅16种，而2018年后因减毒活疫苗（LAIV）使用激增至28种/年。

地理传播模式

中西部州成为病毒多样性"发动机"：伊利诺伊（11.1%）、爱荷华（20.9%）和明尼苏达（9.3%）承担主要"源"功能。马尔可夫模型揭示，病毒在同一州内持续检测的概率达19.8%，而跨州传播至爱荷华的概率最高。Zeta多样性分析显示，2016-2020年间病毒空间分布最广，而2012-2014年则呈现显著的本地适应特征。

DISCUSSION

这项历时13年的研究揭示了猪流感病毒进化的"脉冲式"特征：非生物因素（如2013年猪流行性腹泻病毒PEDV疫情引发的生物安全升级）可暂时抑制病毒重组，而生物因素（如LAIV疫苗使用）则加速多样性产生。研究提出的"源-汇"模型为靶向干预提供路线图——在中西部"多样性枢纽"实施精准防控，可能截断75%以上的新发变异传播链。

未来研究需整合生猪运输大数据与病毒进化动力学，建立更精准的预测模型。正如作者强调："监测系统需要像病毒一样进化"——只有持续追踪HA/NA抗原漂移和内部基因重组，才能在这场与病毒的"军备竞赛"中保持领先。这项研究不仅为动物健康管理提供新范式，更为人类应对下一次流感大流行敲响警钟。