虫媒登革病毒（Mosquito-borne dengue viruses）基因组进化与分子诊断的研究

论文摘要

昆虫媒介病毒（虫媒病毒）是一大类主要由吸血昆虫叮咬人、家畜及野生动物而传播的病毒。其特点是病毒在节肢动物媒介体内繁殖而不发病,具有自然疫源性。目前已经证实的媒介昆虫达586种,主要为蚊（300种）和蜱（116种）。虫媒病毒引起人畜共患疾病,近年来备受关注。目前国际上发现有500多种虫媒病毒,其中130余种可引起人畜共患疾病。同时,虫媒病毒可随人群流动、宿主和媒介昆虫的迁移而传播到异地。由于大部分虫媒病毒感染没有特效药物,也没有可用的疫苗,因此虫媒病毒的研究对病毒的预防与控制具有积极意义。登革病毒隶属于黄病毒属,有四个血清型（DENV-1、-2、-3和-4）,经由节肢动物白纹伊蚊（Aedesalbopictus）与埃及伊蚊（Ae.aegypti）传播,是热带、亚热带地区重要的虫媒病毒。目前登革热（Dengue Fever,DF）在超过100个国家流行,威胁着大约25亿人口,全球每年大约有5000万到1亿人受到感染,25000人死亡。由于没有有效的疫苗,病毒早期诊断与及时医疗护理显得尤为重要。我国建国后第一次登革热流行发生在1978年的广州佛山,至今登革热已经成为我国南方重要的公共卫生问题,现已是法定的传染病。系统的了解我国登革病毒三十年来分子流行病学可以阐明病毒的发生、发展,对病毒防护有指导意义。基于此,本研究以我国建国以来收集到的登革病毒为研究对象,从分子水平研究其流行与进化规律,同时开发了登革病毒的实时荧光PCR探针法诊断技术。现将研究结果总结如下:一、虫媒登革病毒的基因组进化1、基因组测定与比较实验测得收集剑的14株登革病毒的DENV-1、-2和-4的基因组全长分别为10735bp、10723bp和10649bp。DENV-1的5’和3’非编码区分别为94nt和462nt,编码区从95位开始到10272位结束,全长10179bp,编码3392个氨基酸。DENV-2的5’和3’非编码区分别为96nt和454nt,编码区从97位开始到10272位结束,全长10176bp,编码3391个氨基酸。DENV-4的5’和3’非编码区分别为101nt和384nt,编码区从102位开始到10265位结束,全长10164bp,编码3387个氨基酸。8株DENV-1（1991～2006年）全基因组核酸序列相似性在91.8%-99.7%之间,编码的氨基酸序列相似性在97.0%-99.7%之间;4株（1993～2001年）DENV-2全基因组核酸序列相似性在92.3%-98.8%之间,氨基酸序列相似性在96.5%-98.8%之间;2株（1978和1990年）DENV-4病毒株的全基因组核苷酸相似性为93.6%,编码的氨基酸序列相似性为96.0%。同一血清型间5’UTR和3’UTR序列相似性非常高,仅有几个核苷酸差异。我们比较所测的分离株单基因水平氨基酸相似性,发现虽然氨基酸相似性在不同年代、不同病毒株、不同蛋白区域没有明显规律,但总体来讲,在NS3、NS4A、NS4B、NS5蛋白的氨基酸的相似性较高,而在结构蛋白区域氨基酸相似性较低。同时发现,2002-2003、2004、2006和2007四个时间点分离株的E461位点氨基酸分别为异亮氨酸（I）、缬氨酸（V）、亮氨酸（L）、丙氨酸（A）,其疏水性参数分别为4.5、4.2、3.8和1.8,疏水性逐渐降低。病毒E蛋白C末端为E蛋白的转膜区,参与病毒与宿主的识别附着,这种疏水性变化趋势是否与病毒与人类宿主细胞相互作用的适应有关值得进一步研究。2、虫媒登革病毒基因组进化本文对1978至2006年登革热爆发时收集的细胞分离株基因组测序,结合GenBank上已经公布的病毒序列,总共获得145个外膜蛋白E基因序列和74个全基因组序列。基于外膜蛋白E基因与全长编码区序列所构建的系统发生树具有很好的一致性。结果显示:一、我国的大部分登革病毒与东南亚邻近国家的分离株系在进化树位置上更接近,暗示我国登革病毒大部分可能起源于登革病毒多发的东南亚国家,如泰国、菲律宾、印度尼西亚等:二、三种血清型（DENV-1、-2、-4）的虫媒登革病毒在基因型和分支水平具有丰富的遗传多样性,同时,血清型内大量基因重组现象发生也增加了遗传多样性的复杂程度;三、纯化选择是登革病毒进化的主要驱动力,但在病毒的非结构蛋白NS1的94氨基酸位点检测到强烈阳性选择。有趣的是,NS1蛋白94位氨基酸以亲水性及疏水性可以区分特定的进化血系。二、虫媒登革病毒的实时荧光PCR诊断1、实时荧光PCR诊断技术的建立通过生物信息学比对分析GenBank登陆的以及本文测序的登革病毒株系序列,利用PrimerPress3软件设计实时荧光PCR特异性引物及TaqMan探针,14个登革病毒培养上清提取RNA评估引物及探针的特异性、灵敏度。研究表明:本试验设计的四种型特异性引物及TaqMan探针具有特异性好（血清型间、与相近属种、人类基因组、蚊虫细胞间无交叉反应）、敏感性高（最低检测限为15-80拷贝RNA/反应）等特点,可用于诊断登革病毒感染。2、实时荧光PCR诊断技术的初步应用近年来我国南方发生的登革病毒大部分是血清1型。本文收集到2006年广州1型血清型病毒流行时64份不同病程的病人临床血清样品,评估上述建立的诊断方法的应用性。结果表明:一、本研究开发的实时荧光PCR诊断方法检测阳性率为71.9%（46/64）,而传统的免疫荧光分析法（IFA）检测的阳性率IgM为54.7%（35/64）,IgG为34.4%（22/64）,显示实时荧光PCR诊断方法具有较好的应用性;二、本文开发的实时荧光PCR诊断方法对登革热症状起始1-3天病人血清检测阳性率高达86.4%（19/22）,而IFA检测中,IgM与IgG的阳性率仅为18.2%（4/22）和9.1%（2/22）,表明此方法能在登革热症状起始后1-3天内较准确的检测病毒感染,克服了IFA检测速度慢及假阳性问题,因此在临床上可应用此方法进行登革病毒的早期快速诊断。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 虫媒病毒及登革热
• 1.2 登革病毒的基因组结构
• 1.2.1 结构蛋白区
• 1.2.2 非结构蛋白区（NS）
• 1.2.3 5'和3'非翻译区（5'UTR和3'UTR）
• 1.3 登革病毒传播与复制
• 1.4 登革病毒的实验室诊断
• 1.4.1 病毒分离鉴定
• 1.4.2 血清学诊断
• 1.4.3 PCR检测
• 1.4.4 等温核酸扩增技术
• 1.4.5 实验室诊断的展望
• 1.5 登革热流行病学与分子进化
• 1.5.1 登革热的起源
• 1.5.2 登革病毒的流行传播
• 1.5.3 登革病毒的遗传多样性
• 1.5.4 中国登革病毒流行
• 1.6 登革热流行病学控制
• 第二章 引言
• 2.1 研究目的及意义
• 2.2 主要研究内容
• 2.3 研究路线
• 第三章 登革病毒基因组测序及分子进化研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 登革病毒株基因组序列测定
• 3.2.2 基于E蛋白基因的分子流行病学
• 3.2.3 全长编码区的系统发生树
• 3.2.4 重组检测
• 3.2.5 中国分离株系的选择压力
• 3.3 讨论
• 第四章 登革病毒实时荧光PCR检测技术的建立与应用
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 DENV细胞培养上清初步评估各型检测效果
• 4.2.2 DENV细胞培养上清检测各型交叉情况
• 4.2.3 DENV-1、-2、-3、-4、-a对人基因组和相近种属病毒的交叉实验
• 4.2.4 DENV-1、-2、-3、-4、-a引物探针标准曲线的确定
• 4.2.5 临床血清样品评估引物探针效果
• 4.3 讨论
• 第五章 结论
• 5.1 虫媒登革病毒的基因组进化
• 5.1.1 基因组测定及比较
• 5.1.2 虫媒登革病毒的基因组进化
• 5.2 虫媒登革病毒的实时荧光PCR诊断
• 5.2.1 实时荧光PCR诊断技术的建立
• 5.2.2 实时荧光PCR诊断技术的初步应用
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 在读期间发表的文章