大多數(shù)NoVs擁有一個組織成3個重疊的開放閱讀框(ORFs)的基因組,而小鼠NV(MNV-1)除外,它包含第四個ORF。ORF1長5100個堿基,編碼一個結(jié)構(gòu)多蛋白,該多蛋白在病毒蛋白酶NS6的翻譯后切割成6個非結(jié)構(gòu)蛋白(圖1)(表1)。在這6個非結(jié)構(gòu)蛋白中,NS7是一種3D樣RNA依賴性RNA聚合酶(RdRp),負責病毒RNA的復制。ORF2長1600個堿基,編碼病毒蛋白1(VP1,主要衣殼蛋白)(圖1)(表1)。VP1組織成殼(S)域和P域的突出1(P1)和P2亞域(圖2)。在衣殼形態(tài)中,S域圍繞病毒RNA,并通過一個靈活的鉸鏈與P域(P1和P2)相連。
圖1. NoV基因組組織和翻譯蛋白。NoV被劃分為ORF1-ORF4,其中ORF4僅存在于MNV-1中。ORF1編碼一個結(jié)構(gòu)多蛋白,當被病毒蛋白酶切割時,會產(chǎn)生6種非結(jié)構(gòu)蛋白。ORF2編碼主要衣殼蛋白VP1,而ORF2編碼次要衣殼蛋白VP2,這兩者共同構(gòu)成病毒衣殼。由MNV-1中的ORF4編碼的VF1已被證明有助于增強病毒的感染性。使用Biorender.com制作,訪問日期為2022年10月18日。
圖2. NoV病毒顆粒結(jié)構(gòu)。NoV衣殼由180個VP1蛋白組裝成90個二聚體。VP1的P2域是衣殼中最暴露的部分,并且變異性很高。這個界面被認為是與HBGAs相互作用的部分。使用Biorender.com制作,訪問日期為2022年10月18日。
此外,P2亞域是一個高度可變區(qū)域,是病毒顆粒最暴露的部分,包含血型抗原(HBGA)結(jié)合界面和“主要中和表位,用于免疫逃逸和細胞滲透”。此外,這個區(qū)域以高變異頻率為特征,這可能是宿主免疫選擇壓力的結(jié)果,并被認為有助于新菌株的快速出現(xiàn)。每個病毒顆粒由90個VP1二聚體組成,以T = 3二十面體對稱性組裝,P2亞域是最暴露的部分。
ORF3(圖1)(表1)長720個堿基,編碼次要衣殼蛋白VP2(圖2),它位于病毒顆粒內(nèi),被認為在穩(wěn)定衣殼方面發(fā)揮作用。此外,它還被認為在衣殼組裝和基因組包封(將病毒核酸封裝在衣殼內(nèi))中發(fā)揮作用。
最后,ORF4是MNV-1特有的,與ORF2中的VP1編碼區(qū)重疊,并在病毒感染期間翻譯(圖1)。盡管反向遺傳學實驗表明ORF4對病毒復制并非必需,但其編碼的蛋白,毒力因子1(VF1)(圖1)(表1),已被證明可以通過在體內(nèi)拮抗先天免疫反應來增加感染。此外,NoV基因組的5'端與ORF1中的病毒基因組相關蛋白(VPg)共價連接,而基因組的3'端有一個聚腺苷酸尾部(圖1)。對NoV基因組轉(zhuǎn)染的研究表明,病毒基因組本身能夠在體內(nèi)外感染并產(chǎn)生完整穩(wěn)定的病毒顆粒。
2.2. 宿主易感性與受體結(jié)合
NoVs的感染是一個多步驟過程,包括病毒顆粒附著、受體結(jié)合、基于內(nèi)吞作用的進入和脫殼,以及病毒基因組的釋放(圖3)。關于人類NoV(HuNoV)如何滲透細胞并促進感染的知識有限,但已經(jīng)有許多基于病毒樣顆粒(VLPs)應用的建議模型,因為它們在形態(tài)和抗原性上與真正的病毒相似,此外還有MNV和其他杯狀病毒,如貓杯狀病毒(FCV)的應用。自從MNV被建立為NoV研究的模型系統(tǒng)以來,關于其基因組和復制周期已經(jīng)取得了幾項重要發(fā)現(xiàn)。病毒附著到細胞表面的初始步驟是通過HBGAs(宿主細胞上發(fā)現(xiàn)的復雜碳水化合物)介導的,這些被認為作為NoVs的附著因子(圖3)。NoVs與腸道上皮細胞表面的HBGAs之間的相互作用,由P2亞域介導,被認為促進了病毒顆粒在細胞表面的集中,以提高病毒滲透的效率(圖3)。
圖3. HBGA與MNV-1的受體結(jié)合。HBGA作為MNV-1的附著因子,通過在膜上濃縮MNV-1來提高感染性。最近,CD300lf,一種屬于CD300家族的蛋白,被鑒定為與小鼠巨噬細胞表面MNV-1相互作用的受體。它屬于一類細胞死亡受體,并且已被證明對病毒的感染和復制能力至關重要。與CD300lf的相互作用導致通過內(nèi)吞作用啟動病毒攝取,隨后是脫殼和病毒基因組釋放。使用Biorender.com制作,訪問日期為2022年10月18日。
對俄亥俄州諾沃克市Bronson小學樣本進行的免疫研究表明,對HuNoV的易感性取決于宿主分泌型。宿主分泌型是基于宿主將HBGAs釋放到體液中的能力來分配的,其中非分泌型對HuNoV GI.1和GII.4基因組具有長期免疫力。非分泌型在編碼FUT2(α1,2巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶)蛋白的FUT2基因中具有遺傳突變,該蛋白參與從碳水化合物產(chǎn)生多種HBGAs。不幸的是,進一步的研究表明,HBGAs在發(fā)展穩(wěn)定的HuNoV體外模型中,對于賦予病毒感染的易感性并不足夠。目前可用的兩個HuNoV傳播系統(tǒng)模型分別使用轉(zhuǎn)化的B細胞系(BJAB)和干細胞衍生的腸上皮細胞(HIE)系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)都顯示出有限的病毒傳播,僅支持4次傳代,這反過來限制了其用于詳細檢查NoV生命周期的使用。最近在干細胞衍生的非轉(zhuǎn)化HIE中培養(yǎng)的HuNoV模型的進步已經(jīng)轉(zhuǎn)移了NoV研究的重點。最初,推薦的協(xié)議描述了在感染前將3D-HIE分散在2D單層分化,但由于是一個勞動密集和耗時的過程而處于不利地位。2022年,發(fā)表了一個更有效和有希望的協(xié)議,證明分化的3D-HIE容易受到HuNoV的感染,產(chǎn)量增加,實驗時間減少,可重復性提高。這個模型顯示出前景,并將幫助更詳細地研究HuNoV的感染周期和發(fā)病機制。
關于NoV受體結(jié)合的信息一直未知,直到2016年通過全基因組CRISPR篩選發(fā)現(xiàn)了一種含有免疫球蛋白(Ig)結(jié)構(gòu)域的膜蛋白,CD300lf。遺傳干擾顯示了它在與MNV-1相互作用和誘導感染中的重要性和充分性(圖3)。作為CD300蛋白家族的成員,它與磷脂結(jié)合并作為細胞死亡受體。雖然與HuNoV結(jié)合的受體仍然未知,但MNV-1、HuNoV和FCV受體結(jié)合界面的比較結(jié)構(gòu)研究將有助于為HuNoV目標受體創(chuàng)建模型。這也將有助于改進HuNoV允許模型。
2.3. NoV生命周期
由于缺乏HuNoV允許模型,闡明其生命周期一直是一個挑戰(zhàn)。HuNoV生命周期的模型基于對Caliciviridae家族的FCV、MNV基因表達和復制以及HuNoV復制系統(tǒng)的研究的集合。受體結(jié)合被認為啟動了NoV進入其目標細胞的基于內(nèi)吞作用的進入(圖3),其中病毒RNA通過內(nèi)體脫殼釋放。釋放的NoV基因組,正義(+)RNA鏈,作為合成病毒蛋白的信使RNA模板。這個過程由VPg介導,VPg與基因組(g)和亞基因組(sg)RNA的5'端共價連接,作為帽子替代物。VPg采用一種獨特的機制,它招募宿主細胞翻譯啟動因子,優(yōu)先翻譯病毒RNA而不是宿主RNA,因為NoV RNA具有短的5'非翻譯區(qū)(UTRs)。ORF1-4的翻譯結(jié)果產(chǎn)生蛋白質(zhì),這些蛋白質(zhì)組裝成VLPs并協(xié)助即將到來的復制周期。
一旦所有病毒蛋白被翻譯和翻譯后切割,就會組裝一個與細胞質(zhì)膜結(jié)合的復制復合體作為復制介導的平臺,包括病毒RdRp、單鏈(ss)和雙鏈(ds)RNA中間體、病毒酶和宿主細胞復制因子(圖4)。這個過程始于通過復制正義感RNA形成雙鏈RNA中間體,從而產(chǎn)生負義鏈。
圖4. NoV RNA復制模型。NoV基因組是正義感RNA鏈,翻譯后產(chǎn)生NoV蛋白。正義RNA鏈的復制通過兩個啟動步驟進行。從頭開始啟動在病毒基因組的30端發(fā)生,利用RNA依賴RNA聚合酶(RdRp)NS7形成負義RNA鏈(-)。這個負義鏈作為模板,通過再次使用RdRp的VPg引導啟動,形成正義感RNA。結(jié)果產(chǎn)生的基因組和亞基因組病毒RNA被包封進病毒顆粒中,隨后從細胞釋放出來。使用Biorender.com制作,訪問日期為2022年10月18日。
負義(抗原組)RNA鏈至關重要,因為它作為形成正義感gRNA和sgRNA的模板,這些RNA將被包裝進VLPs。盡管對負義gRNA合成的啟動尚未完全理解,但歸因于一種從頭開始的啟動機制(圖4)。從頭開始的啟動機制通過病毒RdRp與VP1的S域之間的“物種特異性濃度依賴性相互作用”觸發(fā)抗原組RNA的合成。
sgRNA復制的短抗原組模板的形成同樣通過從頭開始的啟動開始,但據(jù)認為可以通過兩種方式之一形成(圖5)。第一種模型表明,由于正義鏈上存在的終止信號,在合成過程中由于過早終止而形成短抗原組sgRNA鏈。第二種模型將它們的形成歸因于抗原組鏈上ORF2上游高度保守的RNA干環(huán)結(jié)構(gòu)的存在,該結(jié)構(gòu)被認為作為正義感sgRNA合成的啟動子(圖5)。對這種保守結(jié)構(gòu)的生物信息學分析證實,其破壞導致復制能力的喪失,因此確認了其在NoV生命周期中的重要性。以MNV-1為模型,破壞RNA干環(huán)結(jié)構(gòu)與對照組相比,病毒感染性降低了15至20倍。
圖5. 兩種亞基因組RNA形成模型。早終止模型表明,基因組RNA中的終止信號導致在從頭開始的啟動復制過程中過早終止。另一方面,內(nèi)部啟動模型表明,高度保守的RNA干環(huán)結(jié)構(gòu)位于ORF2上游,負責從頭開始的啟動復制的早期終止。然后產(chǎn)生的短反義RNA鏈經(jīng)歷VPg引導的啟動以形成正義感亞基因組RNA。圖像制作于Biorender.com,訪問日期為2022年10月18日。
在抗原組RNA合成的從頭開始啟動之后,認為正義感RNA的合成是通過VPg引導的啟動發(fā)生的(圖4)。VPg作為蛋白引物,在抗原組RNA模板的3'端啟動正義感gRNA和sgRNA的合成,當RdRp介導VPg磷酸二酯鍵與起始核苷酸的形成時。這種連接過程,VPg核苷?;?,在VPg(MINV中的Y26/HuNoV中的Y27)中保守的酪氨酸殘基與正義鏈5'端的鳥氨酸氨基酸之間發(fā)生,被認為是NoV感染性的關鍵。VPg引導的啟動模型被廣泛接受,因為研究發(fā)現(xiàn)從MNV感染的細胞中提取的RNA與VPG相關聯(lián)。
在抗原組RNA模板經(jīng)歷了VPg引導的啟動并形成了正義感gRNA和sgRNA之后,病毒RNA被包裝成病毒顆粒(圖4)。前面提到,對VP2的基本結(jié)構(gòu)研究表明,它可能在RNA包裝成病毒顆粒中發(fā)揮作用,但目前這個假設尚未經(jīng)過測試和確認。圍繞這個假設的知識缺乏可能歸因于我們對VP2是否具有可以首先進行結(jié)構(gòu)分析的“結(jié)構(gòu)有序核心”的了解不足。關于NoV顆粒如何釋放的了解不多,但模型表明,受感染細胞的凋亡誘導膜塌陷導致其釋放。
2.4.傳播方式
HuNoV顆粒易于傳播,因為感染個體能夠通過糞便或口腔黏膜排出數(shù)十億的病毒顆粒,這些顆粒可以污染食物、水和表面(圖6)。由于其感染劑量極低,僅為18個病毒顆粒,與流感A病毒相比,后者的感染劑量范圍在1.95×103到3.0×103個病毒顆粒之間,因此HuNoV具有高度傳染性。NoV被認為是一種季節(jié)性疾病,在冬季更容易傳播。其在冬季傳播的傾向被認為是由于雨水有助于污染水源,以及它在較涼爽的溫度下繁衍的能力。有研究表明,NoV能夠感染生長在受污染水中的牡蠣,因為它們的組織中含有類似HBGA的結(jié)構(gòu)。食用受污染的牡蠣被認為是NoV傳播的常見方式之一,并最近被報告為美國暴發(fā)的源頭。此外,它還導致了英國每年通過受污染食物引起的16%的NoV感染。與感染者直接接觸或接觸受污染的物體幾乎總會導致HuNoV的傳播(圖6),因此重要的是要注意癥狀并知道如何保護自己免受感染。
圖6. CDC報告的NoV傳播模式。圖像制作于Biorender.com,訪問日期為2022年10月18日。
2.5. 病理生理學和免疫反應
在過去,由于將繼發(fā)性傳播誤分類為原發(fā)性傳播,潛伏期估計不準確,但目前估計在10到51小時之間。當研究HuNoV的臨床特征時,個體可以分為無癥狀和有癥狀兩種類型。無癥狀的NoV病例很常見,糞便排泄是常見現(xiàn)象,尤其是在兒童中。另一方面,有癥狀的病例影響所有年齡組,涉及一系列癥狀,最常見的是腹瀉、嘔吐、惡心和腹痛,其他癥狀包括發(fā)燒、頭痛和身體疼痛。
兩個面臨最大風險的年齡組是5歲以下的幼兒和85歲以上的老年人,其中前者風險更高。人們認為,這兩組人之所以風險更高,是因為老年人的免疫功能衰退和幼兒的急性脫水。關于NoV的知識缺乏的另一個領域是宿主的急性免疫反應。在過去十年中,關于GI.1和GII.4引發(fā)的免疫反應已經(jīng)取得了進展,這表明在人類受試者中,T輔助細胞1型(Th1)偏向的T細胞反應,以及一些Th2激活(圖7)。雖然Th1激活是促炎性的,過度激活可能導致感染期間腸道上皮組織的損傷,但Th2激活通過IL-10的高表達降低Th1細胞因子,并引發(fā)適應性免疫反應。Th1和Th2 T細胞激活在對GI.1和GII.4的急性免疫反應中的不平衡導致促炎環(huán)境,這有助于延長感染。證據(jù)表明,雖然先天免疫反應控制了NoV的傳播,但需要有效的適應性免疫反應才能清除病毒。探索平衡Th1和Th2反應的潛力是克服這一障礙的前瞻性治療,并有助于提高對NoV免疫學的現(xiàn)有知識(圖7)。
圖7. NoV感染免疫激活的示意圖概覽。圖表顯示了對NoV感染的Th1偏向性免疫激活(主要的免疫激活),以及Th2激活。圖像制作于Biorender.com,訪問日期為2022年10月18日。
3.NoV的分類
在20世紀90年代中期,由于RdRp部分核苷酸測序?qū)е缕浔粍澐譃榛蚪M和基因型,出現(xiàn)了對不同NoV株進行分類的迫切需求。幾年后,NoVs的分類依賴于完整的病毒蛋白1(VP1)氨基酸測序,將它們分配到不同的基因組和基因型,序列差異的閾值為20%,在后來的研究中修訂為15%。缺乏標準化的NoV分類系統(tǒng)導致多年來數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了多次錯誤分類和不一致,這影響了NoV知識組織的增長。
2013年,Norovirus分類工作組(NCWG)提出了一個通用的命名法和雙重分型系統(tǒng),使用完整的VP1氨基酸測序和部分RdRp測序進行NoV基因型鑒定的系統(tǒng)發(fā)育聚類。從VP1測序獲得的數(shù)據(jù)用于分配到基因組和基因型,而RdRp部分測序數(shù)據(jù)用于分配到聚合酶組(P組)和P型。這個分類系統(tǒng)在2013年導致了六個基因組(GI-GVI)和40多個基因型的分配。NoV分類的進一步發(fā)展導致2015年出現(xiàn)了第七個基因組(GVII),后來在2019年擴展到10個基因組(GI-GX)和49個基因型(9 GI, 27 GII, 3 GIII, 2 GIV, 2 GV, 2 GVI和1個GVII, GVIII, GIX[以前是GII.15]和GX的基因型)。除了基因組和基因型,部分RdRp測序數(shù)據(jù)還導致了60個P型,2個臨時P組和14個臨時P型(圖8)。
圖8. NoV分類。NoV變體是根據(jù)VP1衣殼蛋白的完整氨基酸測序進行分類,以分配到基因組和基因型,而部分RdRp測序用于分配到P組和P型。目前有10個基因組。圖像使用Biorender.com生成,訪問日期為2022年10月18日。
直到最近,在干細胞衍生的HIE中建立一個可接受HuNoV模型之前,基因組GV中的MNV-1(表2)是研究NoVs唯一的模型系統(tǒng)。利用巨噬細胞和樹突狀細胞系,MNV模型在理解NoV感染方面取得了重大進展,包括確定NoV的晶體結(jié)構(gòu)、HBGA在感染中的作用以及首次基因組序列。NoV株與HBGAs的相互作用是株依賴性的,已知能感染人類的基因組包括GI、GII、GVIII和GIX(前稱GII.15)(表2)。近年來,通過實時逆轉(zhuǎn)錄PCR(RT-PCR)進行諾如病毒診斷檢測的整合在公共衛(wèi)生和臨床常規(guī)中,使我們能夠確認全球臨床負擔的諾如病毒基因組GI(諾沃克病毒基因組)和GII,使它們成為研究最多的基因組。GII.4尤其重要,因為它多年來在全球引起了大量暴發(fā),被認為是人類感染中占主導地位的。最近,流行病學調(diào)查得出GII.17在全球范圍內(nèi)正在出現(xiàn),已鑒定出三種變體。
3.1. GII.4和NoV大流行
首次報告GII.4胃腸炎暴發(fā)是在1987年。這種菌株被認為自1974年以來一直在人類群體中循環(huán),并且與更嚴重的影響有關,例如與非GII.4暴發(fā)相比的死亡率。GII.4的特點是更快的突變和進化率,這就是假設有助于新變種每2-4年快速而持續(xù)地出現(xiàn)以取而代之的原因(圖9)。有建議稱,免疫功能低下的患者是新NoV變種出現(xiàn)的儲庫,其中來自患者的糞便樣本中NoV表現(xiàn)出高陽性選擇性和突變率,特別是在P2亞域內(nèi)。此外,糞便排泄在這些宿主中的持續(xù)性明顯長于健康個體。在一項觀察造血干細胞移植(HSCT)受者中NoV感染的研究中,一些患者經(jīng)歷了胃腸道移植物抗宿主?。℅VHD),患者的身體被認為是“外來的”。在一項平行研究中,三名在同種異體HSCT后獲得NoV的患者表現(xiàn)出“絨毛鈍化和凋亡的CD8+淋巴細胞數(shù)量增加”。他們感染NoV導致多重并發(fā)癥導致他們死亡,一個是由于吸入,兩個是由于敗血癥。
圖9. GII.4大流行株的時間線。首次報告的GII.4大流行是在1987年,由95/96-US變體引起。從那時起,每2-4年就會出現(xiàn)一個新的變體取而代之。自那時以來,又出現(xiàn)了五種大流行株,自2012年悉尼(Sydney)變體以來一直占據(jù)主導地位。使用Biorender.com制作,訪問日期為2022年10月18日。
最早報告由GII.4變體引起的大流行之一,95/96-US變體,是1999年在美國。95/96-US變體在1995年和1996年分別負責367次和314次暴發(fā),由當時的傳染病監(jiān)測中心(CDSC)報告。在1995-1996賽季期間在美國占主導地位的菌株被發(fā)現(xiàn)已經(jīng)傳播到5個不同大陸的7個國家,但對傳播來源的了解仍然未知。另一方面,95/96-US菌株的出現(xiàn)允許實施一個國際監(jiān)測系統(tǒng),用于追蹤NoV菌株。
自從首次報告GII.4大流行以來,又發(fā)生了五次大流行(圖9)(Farmington Hills(2002年)、Hunter(2004年)、Den Haag(2006年)、New Orleans(2009年)和Sydney(2012年),其中自2012年以來悉尼(2012)株一直占據(jù)主導地位。目前尚不清楚為什么自出現(xiàn)以來悉尼(2012)株一直占據(jù)主導地位,但這可能是由于其能夠有效逃避免疫攻擊的結(jié)果。有報道稱,新GII.4變體的出現(xiàn)與胃腸炎暴發(fā)病例的突然增加有關,這一點在歐洲和亞洲的幾個全球地區(qū)都有觀察到。
3.2.流行病學
據(jù)估計,NoV暴發(fā)導致英國每年約有40萬感染病例,死亡56例[95]。重要的是要警惕癥狀并報告感染NoV,因為漏報很常見,這影響了流行病學估計,包括疫情起源的不同途徑,這反過來又影響了控制措施。
自從COVID-19大流行開始以來,由于全球醫(yī)療系統(tǒng)的枯竭和對SARS-CoV-2的關注,對其他疾病的監(jiān)測和檢測有所減少。這不可避免地導致了諸如NoV等地方病致病因素的漏報。根據(jù)英格蘭公共衛(wèi)生部(PHE)的數(shù)據(jù),2021/2022賽季NoV暴發(fā)的水平比過去五個賽季都要高得多。這很可能是由于過去三年由于封鎖限制導致的低NoV暴露而產(chǎn)生的“免疫債務”。最近在美國也觀察到了疫情增加的類似模式,13個州報告了103例病例,所有這些都與牡蠣有關。大流行后這些疫情的出現(xiàn)要求立即實施控制措施并提高公眾意識。
每五例急性胃腸炎病例中,就有一例是由NoV引起的。全球有6.85億NoV病例,其中約有2億是5歲以下兒童。兒童是NoV感染發(fā)病率最高和死亡風險最高的群體,每年報告有5萬人死亡。這種模式在發(fā)展中國家比發(fā)達國家更為明顯。更難以估計青少年群體和成人所承受的臨床負擔,但它可能以發(fā)病率而非死亡率的形式出現(xiàn)。關于上述年齡組以及發(fā)展中國家的數(shù)據(jù)非常少,這留下了NoV流行病學知識方面的空白。
所有NoV暴發(fā)中有40%發(fā)生在急性護理和長期護理設施中[5]。NoV病例在發(fā)達國家(20%)更頻繁地被檢測到,與低死亡率(19%)和高死亡率(14%)的發(fā)展中國家形成對比。
在國際上觀察到的傳播模式之間的主要差異之一與急性護理和長期護理設施中的暴發(fā)頻率有關。雖然這些環(huán)境對NoV暴發(fā)和檢測具有吸引力,但對于低收入和中等收入國家(LMICs)來說,情況并非如此,這主要是由于“缺乏診斷和監(jiān)測”以及長期護理設施中居住的老年人口較少。這主要被認為是由于常規(guī)檢測HuNoV(非可培養(yǎng))的困難以及發(fā)展中國家其他病原體的突出性所致。
醫(yī)療設施為此類暴發(fā)創(chuàng)造了有吸引力的環(huán)境,因為它們在現(xiàn)有的脆弱人群中傳播容易,例如機構(gòu)化的老年人和免疫功能低下的人。傳播的便利性導致病房關閉,這給醫(yī)療設施帶來了財務負擔。
NoV醫(yī)院內(nèi)暴發(fā)的主要風險因素之一歸因于空間接近,因為醫(yī)院環(huán)境中接觸水平高,這有助于傳播的便利性。通常,患者的床位會分組放置在相同的海灣中,空間接近,在NoV暴發(fā)期間,這種組織方式有助于增加這些患者之間的傳播便利性,此外還危及患者安全。在美國一家三級護理醫(yī)院發(fā)生的暴發(fā)研究中發(fā)現(xiàn),來自兩個獨立單位的104名醫(yī)療工作者被感染,這加強了空間接近和高水平接觸在傳播NoV中的作用。了解醫(yī)療環(huán)境中NoV傳播的另一個重要因素是確定傳播的驅(qū)動因素。一項對荷蘭醫(yī)院進行的建模研究發(fā)現(xiàn),傳播的主要驅(qū)動因素是有癥狀的患者,而不是無癥狀的工作者,這是人們所期望的。將有癥狀的排泄者與無癥狀的排泄者進行比較時,后者被發(fā)現(xiàn)無論排泄如何都不具有傳染性,與有癥狀的排泄者不同。這些發(fā)現(xiàn)表明,在無癥狀病例中,傳播更依賴于適當?shù)膫€人衛(wèi)生而不是其他任何東西。缺乏針對NoV的疫苗增加了經(jīng)濟和臨床負擔。證據(jù)表明,開發(fā)一種50%效率的疫苗預計每年可在美國預防220萬例病例,凸顯了對疫苗的迫切需求。
4.針對NoV傳播的當前手部衛(wèi)生方法
NoV是一個全球性的健康問題,它能夠給醫(yī)療服務帶來難以言說的壓力,因為其缺乏專門的控制和預防措施使NoV成為一個棘手且難以管理的問題。政府機構(gòu)推薦的關于未來NoV暴發(fā)的建議,如衛(wèi)生保健感染控制實踐咨詢委員會(HICPAC),提供了一定程度的保護,但在實踐中是針對多種病原體的基本控制措施,主要目標是降低傳播率以提供保護。這些措施可以分為多個類別,但最重要的將是接觸預防、清潔和手部衛(wèi)生,以及病房關閉,因為它帶來了高財務負擔,這是最具爭議的。
根據(jù)HICPAC,接觸預防建議將患者安置在單人房間,但如果無法容納,則應將無癥狀和有癥狀的患者分開。此外,接觸預防措施應在癥狀緩解后至少執(zhí)行48小時。在暴發(fā)期間和之后,清潔建議推薦使用基于漂白劑的產(chǎn)品,并對頻繁接觸的區(qū)域進行常規(guī)清潔,從污染可能性較低的區(qū)域開始,到污染可能性較高的區(qū)域。
全世界用于預防和控制NoV的主要保護措施之一是良好的手部衛(wèi)生。有趣的是,關于商業(yè)上常用或在醫(yī)療環(huán)境中使用的手洗產(chǎn)品對NoV的影響的數(shù)據(jù)非常少,但已經(jīng)進行了一些研究。Liu等人對10名志愿者的受污染手進行了液體洗手皂和消毒劑對NoV的有效性研究。簡而言之,每只手指墊接種了5.6×10^6個NoV基因組副本。每次實驗使用兩個拇指墊,以在t=0時生成基線,并在初始處理后在t=20秒暴露后生成一個。接種被允許干燥后,加入不同濃度的1.0毫升手部消毒劑或液體肥皂。之后,刮去皮膚細胞和干燥的接種物,用水洗脫,然后用漢克斯平衡鹽溶液(HBSS)倒置以去除多余的NoV。使用RT-PCR確定病毒副本數(shù)量,作為驗證病毒存活的模式。結(jié)果表明,抗菌液體洗手液在殺死NoV方面表現(xiàn)出最大的功效,減少了0.67到1.20 log10,而酒精基手部消毒劑(62%乙醇含量)減少了0.14到0.34 log10,使手部消毒劑相對無效。有趣的是,在額外的懸浮液研究中,有效濃度≥160 ppm的次氯酸鈉(在漂白劑中積極發(fā)現(xiàn)的化學化合物)能夠有效中和所有NoV顆粒。
不幸的是,次氯酸鈉的腐蝕性使其成為不適合手洗配方的候選者,可能會導致皮膚屏障受損。手洗中發(fā)現(xiàn)的許多抗菌屬性歸因于表面活性劑。表面活性劑是含有疏水和親水部分的兩親分子,通常是肥皂和消毒劑的成分,提供其抗菌屬性并幫助破壞病毒結(jié)構(gòu)。Predmore和Li的結(jié)果表明,諸如十二烷基硫酸鈉(SDS)、Nonidet P-40(NP-40)、Triton X-100和聚山道酸鹽等表面活性劑都能夠降低病毒滴度,然而,根據(jù)英國和歐洲標準,這些表面活性劑單獨或組合使用并未被視為抗病毒。這是因為為了實現(xiàn)抗病毒狀態(tài),需要從原始病毒滴度中減少4-log。這些數(shù)據(jù)支持了Liu等人的先前工作。然而,這項研究是在食品行業(yè)環(huán)境中進行的,而不是在臨床環(huán)境中進行的,因此結(jié)果應相應解釋。
盡管以前的研究表明大多數(shù)現(xiàn)成的洗滌產(chǎn)品和基于酒精的手部消毒劑相對無效,但仍需要繼續(xù)研究創(chuàng)新的配方或方案,以中和NoV并降低其傳播率。在手部消毒產(chǎn)品中取得了有限的成功,目前正在進行抗病毒療法和疫苗的替代方法的臨床試驗,并取得了相對成功。這將在以下部分中討論。
5.NoV治療的未來
自從VLPs在研究NoVs中得到應用以來,它們已成為疫苗開發(fā)的有吸引力的工具。目前有許多疫苗候選物正在開發(fā)和臨床試驗階段,其中大多數(shù)使用VLPs。開發(fā)NoV疫苗面臨的主要挑戰(zhàn)之一是它們的異型性質(zhì)和快速突變的能力(表3)。這突顯了需要一種針對兩種主要感染基因型GI.1和GII.4的雙價NoV疫苗。
GII.4新菌株每2-4年出現(xiàn)一次,這也在疫苗開發(fā)中提出了問題。這是一個與流感病毒面臨的問題類似的問題,將需要疫苗隨著新變種的出現(xiàn)而發(fā)展。理想的NoV疫苗將保護除了它設計針對的之外的多種變體,正如前一段所建議的那樣,這是可能的。一位疫苗開發(fā)商建議采用一種策略,涉及開發(fā)針對三種GII.4變體的主要衣殼蛋白的疫苗。在一項隨機、雙盲、安慰劑對照試驗(63名疫苗和64名安慰劑)中,使用這種疫苗進行免疫,結(jié)果獲得了對當時(2010年9月至2011年4月)存在的GII.4和幾年后出現(xiàn)的變種的免疫力。
盡管關于開發(fā)NoV疫苗的理想方法仍然知之甚少,但市場上有幾種候選疫苗(表3)。研究最多的疫苗候選物是HIL-214(之前是TAK-214),這是一種基于VLP的雙價疫苗,采用了Atmar及其同事建議的設計策略。
HIL-214由GI.1和GII.4 VLPs制成,這兩種基因型是導致人類胃腸炎的主要類型。它已經(jīng)通過了多個階段的臨床試驗,并已進行了2b期試驗。2b期試驗的結(jié)論顯示,它能夠提供交叉保護,因此是一個有希望的候選疫苗。雖然其他候選疫苗采用類似的設計理念并顯示出良好的潛力,但在對它們做出明確決定之前,它們還需要經(jīng)歷幾個階段。理想的NoV疫苗的開發(fā)過程仍在進行中,盡管面臨許多問題,但知識差距每天都在縮小,增加了找到應對NoV并減輕其在全球造成的臨床和財務負擔的可能性。
另一波NoV治療采用小分子抑制劑,針對病毒和宿主輔因子,以及NoV結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)蛋白。MNV細胞模型的應用有助于收集病毒RdRp和3CL-pro(蛋白酶)的X射線晶體學數(shù)據(jù),以及NMR光譜和計算對接實驗,所有這些都有助于識別抗NoV分子。一些抗病毒藥物針對VP1和HBGA之間的相互作用,如L-果糖抑制劑,而其他藥物則專注于針對RdRp活性或NoV 3CL-protease活性。不幸的是,由于這些藥物分子在體內(nèi)的生物利用度低,所有研究的抗NoV藥物候選物都沒有進入臨床試驗。這歸因于這些藥物分子被多種蛋白酶快速代謝,從而阻礙了它們的影響。在小分子抑制劑的療效和生物利用度得到改善之前,抗病毒前景不會超過疫苗候選物。另一方面,硝唑尼胺,一種最初作為抗原生動物藥物開發(fā)的FDA批準藥物,已被證明有助于縮短癥狀消退的持續(xù)時間,并正在應用于多名NoV患者。
6.結(jié)論
毫無疑問,NoV繼續(xù)在全球范圍內(nèi)引起流行性和地方性急性胃腸炎,具有顯著的發(fā)病率和死亡率,尤其是在當前對醫(yī)療服務造成壓力的情況下,導致NoV監(jiān)測減少和傳播增加。NoV基因型GII.4繼續(xù)在全球范圍內(nèi)占據(jù)主導地位,PHE報告稱,與前五個賽季相比,2021/2022年NoV病例顯著增加,當前的限制導致整個社會的“免疫債務”。幾乎所有報告的NoV病例中有一半發(fā)生在急性護理和長期護理設施中,使醫(yī)療服務成為NoV的有吸引力的環(huán)境,特別是因為這些設施內(nèi)的許多人接觸密切且免疫功能低下。不幸的是,今天仍然實施的許多控制措施,正如衛(wèi)生組織和政府所倡導的,仍然依賴于基本方法,如良好的手部衛(wèi)生習慣和定期清潔/消毒污染區(qū)域。然而,最近的數(shù)據(jù)顯示,現(xiàn)成的手部衛(wèi)生產(chǎn)品和手部消毒劑缺乏保護,只有像次氯酸鈉(漂白劑中使用)這樣的強烈化學物質(zhì)才是有效的消毒劑。這是可以接受的用于消毒表面,但不是用于手部衛(wèi)生目的,由于其腐蝕性。這些結(jié)論讓我們提出了問題,“我們?nèi)绾胃玫乇Wo公眾免受NoV等病毒的手對手傳播?”目前,迫切需要新的洗手產(chǎn)品或替代藥物(疫苗等)。
當前成功的雙價mRNA COVID-19疫苗接種計劃已被證明具有很高的保護性,以及其在開發(fā)流感和瘧疾疫苗候選物方面的進一步應用。這些支持開發(fā)類似的NoV疫苗。跟隨COVID-19疫苗開發(fā)的足跡,NoV VP1甚至其與SARS-CoV-2的刺突蛋白類似的受體結(jié)合P域可能是針對NoV感染的mRNA疫苗的極好候選物。除了疫苗,小分子抑制劑也提供了一種有吸引力的替代方法來控制NoV的傳播并防止未來的流行病。持續(xù)的研究為未來預防和保護全球NoV暴發(fā)提供了希望。
為了推動人用及獸用疫苗行業(yè)交流,共同探討該領域的最新研發(fā)進展、產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢,生物制品圈聯(lián)合四葉草會展將于2024年8月16日-17日在蘇州共同舉辦“第三屆新型疫苗研發(fā)峰會”。誠邀全國相關領域?qū)<?、學者和企業(yè)家共享學術盛會。現(xiàn)將有關事宜通知如下。
名稱:2024第三屆新型疫苗研發(fā)峰會
時間:2024年8月16-17日(周五-周六)
地點:蘇州(酒店定向通知)
主辦單位:四葉草會展、生物制品圈
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會議費用:點擊二維碼即可查詢。
報名方式:掃描下方二維碼→ 填寫表格 → 報名成功(報名志愿者,免交報名費,承擔一定工作任務)!
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