中国西南地区新出现的一种牛冠状病毒的检测与基因组特征分析

《The Veterinary Journal》：Detection and Genomic Characterization of an Emerging Bovine Coronavirus in Southwest China

　　牛冠状病毒（BCoV）对 cattle 行业构成了重大的经济威胁，但中国西南地区的分子流行病学数据仍然稀缺。本研究调查了该地区流行的牛冠状病毒的分子流行病学、基因组特征和抗原特性。分子检测显示，牛冠状病毒在临床感染牛中经常被检出，在几个主要养牛地区的农场级临床检出率超过75%。系统发育分析显示，所有鉴定出的毒株均属于GII亚支系，其中11株形成了一个独特的亚支系，其特征为纯化选择作用。这些毒株具有高核苷酸同一性（99.5-99.7%）和严格的地理聚集性，提示可能存在创始者效应。比较基因组和结构分析鉴定出了谱系相关突变，包括开放阅读框1ab中的替换突变（W673C、V2780I、M2909L、L4202F、D4642A、L6611M、T6653I和E6785D）、刺突蛋白中的突变（D206N和V1288F），以及核衣壳蛋白中的A43S突变。计算分析进一步表明，刺突蛋白刚性改变和O-糖基化减少可能促成了受体相互作用的改变，并可能影响病毒传播。此外，预测的表位分析显示与经典的Mebus疫苗株之间存在明显的抗原分化，表明历史疫苗谱系与目前流行变异株之间的交叉反应表位谱可能存在差异。此外，核衣壳蛋白中A43S突变的鉴定也突出了需要进一步重新评估其对基于抗原的诊断性能的潜在影响。总体而言，这些发现扩展了目前对中国西南地区牛冠状病毒多样性的认知，并支持持续的基因组监测、功能验证和抗原特征表征，以指导开发本地匹配的疫苗和诊断工具。牛冠状病毒（BCoV）是一种重要的病原体，与新生犊牛腹泻、成年牛冬季腹泻和呼吸道疾病有关，给全球牛产业造成巨大的经济损失（Zhu等，2022年；Geng等，2023年）。除了牛以外，牛冠状病毒表现出明显的跨物种传播潜力，已在野生和圈养有蹄类动物中检出（Alekseev等，2008年；Elazhary等，1981年；Tsunemitsu等，1995年；Majhdi等，1997年；Cebra等，2003年；Hasoksuz等，2007年；Kim等，2018年；Xu等，2023年；Savard等，2022年）。在这些宿主中鉴定出的冠状病毒在生物学、抗原性和遗传上与牛冠状病毒表现出显著相似性（Amer，2018年）。此外，人类肠道冠状病毒4408（HEC 4408）和人类冠状病毒OC43（HCoV-OC43）与牛冠状病毒关系密切（Zhang等，1994年；Vijgen等，2006年）。综合这些观察结果，提示牛冠状病毒溢出可能具有潜在的公共健康意义。牛冠状病毒拥有一个约31 kb的正义单链RNA基因组。作为已知最大的RNA病毒基因组之一，它具有进行复杂进化的强大能力（Bahoussi等，2023年）。基因组由5'端开放阅读框1ab（ORF1ab）组成，编码16个非结构蛋白（nsp1-16），随后是3'端区域，编码结构蛋白血凝素-酯酶（HE）、刺突（S）、包膜（E）、膜（M）和核衣壳（N），以及几个辅助蛋白（Sun等，2025年；Chouljenko等，2001年）。尽管这种基因组结构相对保守，但冠状病毒在复制过程中表现出相当大的遗传可塑性。这种可塑性主要来自点突变的积累（由易错的RNA依赖性RNA聚合酶（RdRp）驱动）以及频繁的RNA重组（Franzo等，2020年）。基于全基因组系统发育分析，牛冠状病毒目前可分为三个主要基因群，即GI、GII和GIII（Bahoussi等，2023年）。这些进化谱系的出现反映了在地理隔离和宿主适应共同压力下基因组持续重塑的过程（Perfilyeva等，2025年）。S基因是遗传变异的主要热点。S糖蛋白经过翻译后修饰和蛋白水解切割，形成两个功能不同的亚单位，即N端S1和C端S2。S1亚单位是宿主范围和组织嗜性的关键决定因素，可进一步分为N端结构域（S1-NTD）和C端结构域（S1-CTD），两者均被报道作为受体结合结构域（RBDs），促进病毒进入。相比之下，S2亚单位介导病毒膜与宿主细胞膜之间的融合，包含融合肽（FP）、七肽重复区1（HR1）、七肽重复区2（HR2）和跨膜结构域（TM）（Tang等，2023年）。这些结构域内的序列变异可能影响受体结合特性、组织嗜性和跨物种传播潜力（Li，2016年）。在流行病学方面，牛冠状病毒广泛分布于美洲、欧洲、亚洲、大洋洲和非洲，可通过肠道和呼吸道途径传播（Zhu等，2022年）。最近的证据表明，组织嗜性与S基因系统发育并不严格对应，暗示谱系间存在持续的基因流动，并强调了需要全基因组监测以准确表征病毒多样性（Zhu等，2022年；Li等，2024年）。最近一项关于1988年至2021年中国牛冠状病毒流行病学数据的综述和荟萃分析报道了广泛流行，总分子检出率为30.8%（6136/15838）（Geng等，2023年）。然而，近年来中国西南地区的分子流行病学数据仍然稀缺，使得当前牛冠状病毒种群中的本地基因群组成、重组模式和系统地理关系不够清楚。此外，随着病毒的持续进化，迫切需要评估当前流行毒株是否已与历史疫苗株（Mebus株）产生抗原分化。为解决这些知识空白，我们对来自中国西南地区的牛冠状病毒基因组进行了测序和分析。通过将系统发育分析与结构建模和表位预测相结合，本研究旨在为这些区域毒株的遗传多样性、推定适应性机制和进化地位提供新的见解，最终为未来的疫苗匹配和诊断策略提供参考。2020年1月至2022年12月，在中国西南地区的养牛区（包括四川、云南、西藏和重庆）共采集了1006份样本用于牛冠状病毒检测。其中，672份粪便拭子样本采集自腹泻肉犊牛（1-2月龄），分布如下：四川（13个农场，365份样本）、云南（9个农场，120份样本）、西藏（9个农场，151份样本）和重庆（6个农场，36份样本）。此外，334份鼻拭子样本……总体而言，中国西南地区粪便样本的临床检出率为47.7%，农场级检出率为59.5%。对于鼻拭子样本，总临床检出率为18.9%，相应的农场级检出率为44.4%。牛冠状病毒的检出率在不同地区和样本类型间存在差异（表1）。在四川省，粪便拭子样本的个体检出率为52.3%（191/365；95% CI: 47.2-57.4），农场级检出率为76.9%（95%……牛冠状病毒是与牛腹泻和牛呼吸道疾病复合体（BRDC）相关的主要病原体之一，给牛产业造成巨大的经济损失（Zhu等，2022年；Geng等，2023年）。然而，近年来中国西南地区的分子流行病学数据严重匮乏。为解决这一空白，我们对牛冠状病毒毒株进行了全基因组分析。本研究中的分子检测显示，牛冠状病毒在牛群中高度地方性流行……本研究鉴定出了在中国西南地区流行的新兴牛冠状病毒GII亚支系，在几个主要养牛地区具有极高的农场级检出率。结构和计算分析表明，刺突蛋白刚性和O-糖基化的改变可能影响受体结合和病毒传播。此外，预测的表位分析揭示了嵌合抗原模式和与经典Mebus疫苗株的显著分化，突出了明显的差异……本研究按照ARRIVE（动物研究：活体实验报告）指南进行。本研究经西南民族大学动物管理与使用委员会批准。（批准号：SWU-202405010）实验方案经西南民族大学动物管理与使用委员会批准（批准号：SWU-202405010）。本研究按照当地法律和机构要求进行了。作者声明研究是在不存在任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。本工作由中国"十四五"国家重点研发计划（项目编号：2023YFD180250402）和西南民族大学中央高校基本科研业务费专项资金（ZYN2025261）资助。**华月：** 验证、监督、资源、项目管理、获取资金。**叶喜吉：** 验证、监督、数据整理。**陈曦：** 撰写-审阅与编辑、项目管理、获取资金、概念构思。**唐诚：** 方法学。**任云新：** 撰写-原稿、软件、调查。**苏宇荣：** 验证、监督、数据整理。**班玛王青：** 撰写-原稿、可视化、软件、调查。作者声明，本手稿的创作过程中未使用生成式人工智能。没有作者有任何可能不当影响或偏见论文内容的财务或个人关系。任云新 | 班玛王青 | 苏宇荣 | 叶喜吉 | 唐诚 | 陈曦 | 华月