中国广州大学城诺如病毒（norovirus, NoV）全球流行波期间发生的大规模胃肠炎暴发——GII.4 Sydney 2012变异株的分子流行病学与宿主易感性研究

《Virology Journal》：Large-scale gastroenteritis outbreaks occurring in a university town of Guangzhou city during the global wave of the norovirus in China

　　

摘要：诺如病毒（Norovirus, NoV）是引起流行性急性胃肠炎的首要病毒性病原。2012/13年冬季新出现的GII.4 Sydney 2012变异株在全球引发重大暴发。本研究报道2013年1月8日至4月3日发生于中国广州市大学城的大规模NoV暴发，波及5所大学和1所中学共652人。386份受检样本中114份NoV阳性，19份粪便或肛拭子标本经基因分型鉴定为GII.4 Sydney 2012株。研究人员测定了GII.4 Sydney 2012变异株GZ3135株的全基因组序列并与早期GII.4变异株比对，发现包括组织血型抗原（Histo-blood group antigen, HBGA）结合口袋及推定抗原表位在内的特定位点存在残基替换。调查结果显示GII.4 Sydney变异株可感染分泌型（secretor）与非分泌型（nonsecretor）表型个体，这与HBGA结合试验结果一致——该变异株重组P蛋白可与非分泌者唾液样本及Lewis x（Lex）和Lewis a（Lea）寡糖结合。综合数据表明，GII.4 Sydney 2012变异株获得了新的HBGA结合能力及抗原特征，可能促成了其广泛流行。

论文解读：广州大学城GII.4 Sydney 2012诺如病毒暴发及其宿主结合谱扩展研究

本研究发表于《Virology Journal》。诺如病毒（Norovirus, NoV）是各年龄段流行性及散发性急性胃肠炎（Acute Gastroenteritis, AGE）的首要病原，其中GII.4基因型约占全球NoV感染的50%。GII.4每2～4年出现新变异株并引起全球大流行，2012年新现的GII.4 Sydney 2012变异株在2012/13冬季于北半球扩散。NoV主要通过与宿主胃肠上皮表达的组织血型抗原（Histo-blood group antigen, HBGA）——包括ABO血型抗原、Lewis抗原及受FUT2基因编码的α-1,2-岩藻糖基转移酶调控的分泌型（secretor，FUT2功能正常）状态——结合而吸附感染；传统认为FUT2非分泌者（nonsecretor，FUT2无功能，缺乏A/B/H/Le^b/Le^y，但可表达FUT3依赖的Le^a和Le^x）对多数GII.4株不易感。然而新发变异株的HBGA结合谱变化及其对非分泌者的感染能力尚待阐明。2013年初广州大学城发生持续数月的NoV大规模聚集性疫情，为探究新现GII.4 Sydney 2012变异株的流行病学特征、基因组变异及其HBGA结合与宿主易感性拓展提供了契机。

研究人员开展了现场流行病学调查、实时荧光逆转录PCR（real-time RT-PCR）及常规RT-PCR基因分型、全长基因组（ORF1+ORF2）扩增与系统进化分析、唾液HBGA表型酶免疫测定（Enzyme Immunoassay, EIA）、杆状病毒/大肠杆菌表达系统制备GII.4不同变异株（含本次分离株GZ3135、DenHaag 2006b BJ55019、95/96US SZ9711）的P区颗粒（P particle）并进行唾液及合成寡糖HBGA结合试验。

主要研究结果如下：

Description of the NoV outbreaks

2013年1月8日至4月3日广州大学城（约17万师生）5所高校（ZD、HS、HG、GD、GG）及1所中学（GDFZ）累计报告652例AGE（96.5%为学生），主要症状为腹泻（89.0%）、呕吐（41.3%），无死亡。386份标本中114份NoV阳性，19份成功分型均为GII.4 Sydney[P31]（原GII.Pe-GII.4 Sydney 2012）。疫情呈双峰：第一波（1月8–18日，ZD校区）与A餐厅凉拌鸡腿饭相关（点源食源性＋后续人际传播）；第二波（3月4日–4月3日，多校区）新学期返校后蔓延，部分校区与患病食品处理者或学生自制三明治污染有关，总体呈食源性触发叠加人际接触传播模式。两波毒株VP1区核苷酸同源性99.5%–100%，为同一流行株。

Genome sequence analysis of GII.4 Sydney [P31] variant that cause these outbreaks

分离株GZ3135全长衣壳基因（ORF2，1623 bp）与GII.4 Sydney原型（JX459908）核苷酸相似度98.8%。系统进化树显示GZ3135与Sydney原型聚于同一分支，ORF1为GII.P31型。与早期GII.4株比对发现GII.4 Sydney共有Loop-1（372、373、377、378位）及Loop-2残基变异；GZ3135较Sydney原型有R373H和G393S两个独特氨基酸突变，位于HBGA结合口袋（Loop-1: 372–378；Loop-2: 390–396；Loop-3: 441–445；β-sheet: 341–346）及推定抗原表位A/C/E/G区，其中393位Gly→Ser可能影响HBGA结合构象。

HBGA phenotypes and Symptomatic Infection

对部分病例及对照唾液行HBGA表型EIA检测发现，GII.4 Sydney变异株可感染A、B、H(O)、Le^b/Le^y阳性分泌者；同时确诊1例Le^a+/Le^x+FUT2非分泌者出现典型症状且粪便NoV阳性，提示该变异株突破了传统FUT2依赖的感染屏障。

HBGA-binding profile of the GII.4 Sydney variant

重组P蛋白结合试验显示：早前GII.4株（SZ9711、BJ55019）只结合分泌者唾液及FUT2依赖性HBGA（H、A、B、Le^b、Le^y），不结合非分泌者唾液或Le^a/Le^x；而GZ3135（GII.4 Sydney 2012）P蛋白除结合分泌者唾液外，还可结合非分泌者（Le^a+/Le^x+）唾液样本及合成Le^a和Le^x三糖，证实其HBGA结合谱扩展至FUT3依赖的非分泌者抗原。

讨论与结论

本次广州大学城疫情由新现GII.4 Sydney[P31]变异株引起，具食源性与人际传播双重模式，寒假未能阻断病毒带入致第二波反弹。分子层面GZ3135较原型Sydney有R373H与G393S突变，其中393位Gly→Ser可能通过改变HBGA结合口袋构象增强对Le^x/Le^a亲和力。表型与体外结合实验共同证实GII.4 Sydney 2012变异株获得了对非分泌者Le^a和Le^x抗原的结合能力，可感染传统抵抗的非分泌人群，结合其抗原表位变异逃逸群体免疫，是其全球大流行的重要机制。研究表明宿主易感性与抗原变异在GII.4谱系演化中起关键作用，为NoV疫苗设计及疫情防控提供了分子流行病学依据。