《Frontiers in Microbiology》：Genotype turnover and global evolutionary dynamics of G gene duplication variants in human metapneumovirus: insights from prospective surveillance in Nantong, China, 2024–2025
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背景：人偏肺病毒（hMPV）是全球急性呼吸道感染的主要病原体之一，然而中国东部地区全基因组监测数据仍然匮乏。G基因重复变异的进化动态及其分子驱动因素尚不清楚。方法：于2024年至2025年，研究人员在江苏省南通市进行了前瞻性hMPV监测，通过多重qPCR筛查了
背景：人偏肺病毒（hMPV）是全球急性呼吸道感染的主要病原体之一，然而中国东部地区全基因组监测数据仍然匮乏。G基因重复变异的进化动态及其分子驱动因素尚不清楚。方法：于2024年至2025年，研究人员在江苏省南通市进行了前瞻性hMPV监测，通过多重qPCR筛查了1,602份呼吸道标本。通过探针捕获二代测序技术从27株阳性毒株中获得了26株完整全基因组序列，并与574株全球参考基因组整合。对G基因重复变异（111nt_dup/180nt_dup）进行了表征，预测了O-糖基化位点（NetOGlyc 4.0），并对111nt_dup谱系进行了贝叶斯系统动力学分析（BEAST v1.10.4）。结果：总检出率为1.7%（27/1,602），0-5岁儿童负担最重（3.6%），流行高峰在冬春季。系统发育分析显示，测序毒株中发生了显著的基因型更替——从2024年的A2.2.2转变为2025年的B2（12/12 vs. 0/14；p<0.001，Fisher精确检验），与上海和北京同期观察结果一致。全球范围内，111nt_dup的流行率从2015年前的<10%上升至2025年的>90%（Cochran-Armitage趋势检验，p=6.86×10?7），而180nt_dup在2021年后消失。111nt_dup谱系在G蛋白第90位点表现出近乎完全的丝氨酸固定（S90，98.9% vs. 180nt_dup的0%；p<0.001）。S90频率与111nt_dup流行率紧密同步上升（Pearson's r>0.95）。贝叶斯天际线分析显示存在大流行相关的群体瓶颈（2020-2021），随后迅速恢复至2022年底大流行前水平。结论：111nt_dup的全球主导地位更适用于谱系特异性分子选择而非中性漂变来解释。111nt_dup与预测的S90 O-糖基化位点的共现表明，预测的糖基化驱动的G蛋白黏蛋白样结构域优化可能增强适应性，对hMPV疫苗株监测具有意义。
人偏肺病毒（hMPV）是全球急性呼吸道感染的重要病原体，尤其对儿童、老年人和免疫低下者危害严重。然而，全基因组序列数据稀缺，限制了对其进化动态和基因型更替的深入理解。G蛋白（attachment glycoprotein）是hMPV最易变的蛋白之一，也是免疫逃逸的关键决定因素。在A2.2.2亚型中，存在两种特征性的G基因重复变异：111nt_dup（111核苷酸重复）和180nt_dup（180核苷酸重复），它们通过延长黏蛋白样结构域（mucin-like domain）形成潜在的O-糖基化（O-glycosylation）受体簇。自2015年以来，全球多个独立研究报道111nt_dup流行率逐渐上升，而180nt_dup在2021年后的全球监测数据中未被检出。这种不对称替代是否反映适应性分子进化或中性漂变（neutral drift）尚不清楚。此前分子流行病学研究多依赖部分G或F基因测序，无法捕捉重组事件或解析精细系统发育关系。在中国，大多数hMPV全基因组研究集中于北方城市（北京）和中部省份（河南），而江苏省（东部人口稠密地区）此前缺乏基因组水平的监测数据。因此，研究人员在南通开展了为期两年（2024-2025年）的前瞻性监测，旨在通过全基因组整合分析，揭示hMPV的基因型更替动态及G基因重复变异的进化驱动因素。该研究基于1,602份临床呼吸道标本，检出27份hMPV阳性，获得26个完整全基因组序列，并结合574个全球参考基因组，开展系统发育、O-糖基化预测及贝叶斯系统动力学（Bayesian phylodynamic）分析。结论表明，111nt_dup的全球主导地位更适用于谱系特异性分子选择（lineage-specific molecular selection）而非中性漂变；预测的S90 O-糖基化位点与111nt_dup共现，提示糖基化驱动的G蛋白黏蛋白样结构域优化可能增强适应性，对hMPV疫苗株监测具有重要启示。该论文发表在《Frontiers in Microbiology》。
**关键技术方法**：样本队列来源于2024-2025年南通市流感样病例（ILI）和严重急性呼吸道感染（SARI）患者的鼻咽拭子或支气管肺泡灌洗液（BALF），共1,602份。主要方法包括：多重qPCR（多重实时荧光定量PCR）筛查hMPV；探针捕获二代测序（Illumina MiSeq平台）进行全基因组测序，经de novo组装与参考序列映射获得完整基因组；使用MAFFT进行多序列比对，IQ-TREE 2基于贝叶斯信息准则（BIC）选择最佳核苷酸替代模型构建最大似然（ML）系统发育树，1,000次超快自举评估分支支持率；G基因重复变异分析通过WebLogo可视化和Cochran-Armitage趋势检验评估时间流行趋势；O-糖基化位点预测采用NetOGlyc 4.0服务器；贝叶斯系统动力学分析使用BEAST v1.10.4，采用GTR+G+I替代模型、非相关对数正态松弛分子钟（Uncorrelated Lognormal Relaxed Clock）及贝叶斯天际线（Bayesian Skyline）树先验，马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）运行1亿代，10%老化后确保有效样本量（ESS）>200。
**研究结果**：
**Epidemiological characteristics**：通过多重qPCR筛查，总检出率为1.7%（27/1,602）。0-5岁学龄前儿童阳性率最高（3.6%），显著高于其他年龄组（χ2=15.109, p=0.002）。ILI病例检出率（2.4%）显著高于SARI病例（0.6%）（χ2=6.728, p=0.009）。冬春季为主要流行高峰，春季（4.5%）和冬季（3.6%）阳性率显著高于夏季和秋季（χ2=32.561, p<0.001）。无性别差异（p=0.085）。
**Whole-genome sequencing and assembly results**：通过探针捕获测序，成功获得26株高质量全基因组序列，平均测序深度>70,000×，≥10×覆盖率>99.8%。HMPV-9因低覆盖率（72.21%）被排除。
**Phylogenetic analysis and genotyping**：基于600个全基因组（574个全球参考+26个本地序列）的最大似然系统发育树显示，所有序列分为6个主要亚型（A1、A2.1、A2.2.1、A2.2.2、B1、B2），自举支持率>90%。本地序列中，2024年12株全部为基因型A（1株A2.2.1，11株A2.2.2），2025年14株全部为基因型B（B2），呈现显著基因型更替（Fisher精确检验，p<0.001）。G基因重复变异仅存在于A2.2.2亚型，其中7株携带111nt_dup（63.6%），无180nt_dup检出。
**Characteristics and global prevalence trends of G gene duplication variants**：对全球A2.2.2序列分析，插入位点侧翼序列高度保守，支持111nt_dup为单一固定插入事件。时间流行趋势显示，111nt_dup流行率从2015年前<10%显著上升至2025年>90%（Cochran-Armitage趋势检验，χ2=24.65, p=6.86×10
?7），2019年后稳定在50%以上；180nt_dup在2017年达峰值38.71%后下降，2021年后消失。
**O-Glycosylation landscape of hMPV A2.2.2 subtype and co-evolution of the Pos 90 glycosylation anchor**：预测O-糖基化位点分析显示，111nt_dup插入区包含13个高度保守位点，180nt_dup插入区含24个高频位点，非重复组无预测位点。第90位氨基酸（Pos 90）在111nt_dup谱系中几乎完全固定为丝氨酸（S90），预测糖基化频率98.9%；180nt_dup固定为天冬酰胺（N90），预测糖基化频率0%；非重复组呈多态性（43.8%）。S90频率与111nt_dup流行率紧密同步上升（Pearson's r>0.95），而180nt_dup随N90固定而下降，2021年后消失。组间差异均显著（Fisher精确检验，p<0.001）。
**Bayesian phylodynamic analysis and demographic history of the 111nt_dup lineage**：基于G基因序列，估计进化速率为4.438×10
?3替换/位点/年（95% HPD: 3.445×10
?3–5.483×10
?3），最近共同祖先时间（tMRCA）为2013年（95% HPD: 2012.15–2014.52）。贝叶斯天际线图显示六个阶段：2014-2015年低基线（Phase I）；2015-2016年快速扩张（Phase II）；2017-2019年高稳定平台期（Phase III）；2020-2021年群体瓶颈（Phase IV）；2021-2022年二次快速扩张（Phase V）；2022-2025年恢复至瓶颈前水平（Phase VI）。
**讨论与结论**：研究人员指出，111nt_dup的全球主导地位更适用于谱系特异性分子选择而非中性漂变。预测的S90 O-糖基化位点位于插入区上游，与111nt_dup共现，提示糖基化可能优化G蛋白黏蛋白样结构域的功能，增强病毒适应性。180nt_dup虽携带更多预测糖基化位点，但缺乏上游修饰，且可能因插入过长导致折叠或包膜整合限制，因而被淘汰。大流行相关的群体瓶颈（2020-2021）与全球非药物干预措施一致，随后恢复至大流行前水平，表明111nt_dup的竞争优势未因瓶颈而丧失。局限性包括O-糖基化预测未经验证、本地样本量较小等。**结论**：111nt_dup的全球主导地位更适用于谱系特异性分子选择而非中性漂变来解释。111nt_dup与预测的S90 O-糖基化位点的共现表明，预测的糖基化驱动的G蛋白黏蛋白样结构域优化可能增强适应性，对hMPV疫苗株监测具有意义。
