甲型流感病毒的进化及对流感防治的启示（一）

 摘要：甲型流感病毒在自然界中有复杂的生态循环机制，感染人类可以引起流行和大流行，对人类健康和公共卫生有重大的负面影响。本文从甲型流感病毒在自然生态中的动态进化、病毒跨种传播的机制和季节性流感病毒宿主体内进化与传播等方面，概述影响病毒进化的诸多因素；据此对流感的监测预警、预防控制和药物疫苗开发等提出建议。

目前正粘病毒科有四个流感病毒属，包括甲、乙、丙和丁（A、B、C、D）型流感病毒；除了丁型，其他三个型都可感染人。据WHO估计，人季节性流感在全球每年都会引起5-15%人群感染并致约50万人死亡，由此引发严重的健康危害和公共卫生负担。

甲型流感病毒可以感染多种动物，在自然界中有复杂的生态循环机制。人类甲型流感病毒都起源于禽流感病毒（Avian influenza A virus, AIV）（有时会通过猪等哺乳动物作为中间过渡宿主）。病毒囊膜上有血凝素（Haemagglutinin,HA）和神经氨酸酶（Neuraminidae,NA）两种糖蛋白。根据HA和NA蛋白的抗原特性，甲型流感病毒可以分为不同的血清型，目前在自然界里已经发现了18种HA亚型和11种NA亚型。

1918年西班牙流感大流行以来，在人群中流行的甲型流感病毒有H1N1、H2N2和H3N2亚型，其中H2N2亚型自1968年已经在人群中消失，H1N1和H3N2仍然是目前季节性流感的重要成员。

甲型流感病毒的基因组是分8个节段的单链负义RNA。基因组长约13.5kb，编码11种病毒常见蛋白：表面蛋白HA、NA和M2；组成病毒核糖核蛋白体（vRNP）的PB2、PB1、PA和NP蛋白；基质蛋白M1；非结构蛋白1（NS1）和核输出蛋白NEP。此外，有些病毒株还可以编码一些附属蛋白，诸如PB1-F2、PB1-N40、PA-X、PB2-S1、M42、NS3等。

核苷酸突变和基因重配是流感病毒进化的主要方式。与DNA聚合酶相比，流感病毒编码的RNA依赖性RNA聚合酶（RdRP）复制保真度较低且缺乏3`-5`核酸外切酶校对功能，核苷酸突变率高达2x10^-6-2x10^-4，而前者的突变率仅约为10^-9，这也是所有RNA病毒容易发生变异的主要原因。因此，流感病毒在复制过程中会产生大量的遗传突变体（也称之为病毒突变体云Mutants clouds或突变体群Mutants groups），这种准种(Quasispecies)式的遗传特征对病毒进化产生深远影响，也给流感防治带来诸多挑战。

本文从甲型流感病毒在自然生态中的动态进化、病毒跨种传播的机制和季节性流感病毒宿主体内进化与传播等方面，概述影响病毒进化的诸多因素；据此对流感的监测预警、预防控制和药物疫苗开发等提出建议。

一、甲型流感病毒在自然生态中的动态进化

甲型流感病毒在自然界的进化较为复杂，涉及不同动物宿主、气候、地理环境等因素。

生活在湿地和水环境的雁形目（如鸭类和大雁）和鸻形目（如海岸鸟和海鸥）水禽是甲型流感病毒H1-H16和N1-N9亚型的主要自然储存库。H17N10和H18N11亚型主要在蝙蝠中循环，目前还没有证据表明能够感染其它物种。

甲型流感病毒以野生水禽为核心，在环境、宿主和病毒相互作用下，外溢（Spillover）感染其他物种(家禽、猪、马、犬、海豹、水貂等)并引起这些动物的发病或流行，由此构成了甲型流感病毒在自然状态下复杂的动态进化场景。

在长期的协同进化过程中，甲型流感病毒与野生水禽达到了较为稳定的感染平衡状态，病毒处于所谓“进化静止”状态。水禽按季节有规律的迁徙行为和特殊的水环境栖息地，为病毒的在水禽中的稳定进化提供了理想的生态学条件。

近30多年来，由于H5、H9等亚型病毒在东亚家禽中长期暴发流行和持续动态进化，甲型流感病毒在野生水禽中稳定进化状态被打破。特别是2005年以来，H5N1/H5N6/H5N8等高致病性流感病毒从家禽回传到候鸟，引起大量候鸟发病死亡，同时对候鸟中低致病性禽流感病毒的进化产生重要影响。可以预见，正在发生的一些自然因素的改变（主要是全球变暖和气候改变）和人类的活动（湿地和海洋开发、环境污染等），将对候鸟的栖息地造成灾难性破坏，也会极大的改变候鸟繁殖、觅食和迁徙等行为，由此造成对病毒进化和扩散的影响难以预料。

家禽和家养哺乳动物（猪、马、犬等）在甲型流感病毒从自然储存库感染人类的过程起着重要的桥梁作用。

东亚拥有世界上数量和密度最大的猪和家禽养殖。在中国除了工厂化集约化养殖外，传统的混养和散养模式仍然很普遍。家养动物常与迁徙中的候鸟共用水域，增大了与候鸟的直接或间接接触机会，为甲型流感病毒由候鸟传播给家养动物创造了条件。病毒在陆生家禽（鸡、火鸡、鹌鹑等）和猪体内不断积累宿主适应性突变，并频繁通过基因重配方式加速进化。人类通过职业行为（养殖、屠宰、售卖等）和去活禽市场交易等方式，与携带病毒的动物或被污染的环境接触而增加感染机会。

因此，陆生家禽和猪群中甲型流感病毒的动态进化，为未来产生引发人类流感大流行的变异毒株提供了可能。

图1. 流感病毒生态景观模式图（Long JS, et al. Nat Rev Microbiol. 2019）