豬流感病毒的演化

趙玉仲，韓樂斌，桑浩田，劉思當，肖一紅，侯衍猛

（山東農業大學動物科技學院，山東省動物生物工程與疾病防治重點實驗室，山東泰安 271018）

豬流感是由豬流感病毒（swine influenza virus，SIV）引起的一種豬傳染病。SIV 是一種囊膜病毒，具有分段、單鏈、負義的RNA 基因組[1]。豬流感的主要臨床特點是發燒和急性支氣管炎，通常情況下愈后良好[2]。此外，豬流感也是一種免疫抑制性疾病[3]，可破壞豬的免疫系統，造成免疫抑制，導致合并或繼發感染其他病原，繼而加重病情，給養豬業帶來巨大經濟損失。

抗原漂移（antigenic drift）和抗原轉移（antigenic shift）是SIV 進化以逃避適應性免疫的兩種機制[4-5]。其中：抗原漂移是由病毒RNA 聚合酶低保真度導致的病毒基因隨機突變積累[6-7]；抗原轉移是指兩個或多個流感毒株共同感染宿主細胞時，不同流感病毒之間的重新組合[8-9]。

1918 年豬流感首次被認為是豬的一種呼吸道疾病[10-11]，1930 年首次從豬中分離出H1N1 亞型SIV[12]。目前，世界豬群中存在多個SIV 譜系，包括經典豬H1N1（classical swine H1N1，CS H1N1）、歐亞類禽H1N1（Eurasian avian-like H1N1，EA H1N1）、2009 年大流行H1N1（2009 pandemic H1N1，pdm/09 H1N1）、北美三源重排（North American triple-reassortant，TR）、 類人H3N2、歐洲H3N2、禽類病毒等。豬被認為是流感病毒的“混合容器”，不同SIV 共同感染可以產生具有潛在流行和人獸共患風險的重配毒株[13-15]。人類與豬之間有著密切接觸，尤其在養殖場和交易市場等場所，為病毒傳播提供了機會，從而加劇了豬流感對人類健康的潛在威脅。此外，隨著全球貿易活動的增加，不同譜系的流感病毒共同傳播可導致病毒的重新組合或加重病毒的遺傳多樣性，從而對公共衛生構成重要威脅。

為深入研究和全面理解SIV 的演化進程，本文系統梳理了其分類、基本特征、演化歷程及流行狀況，通過對SIV 演化的深入剖析，以期揭示其演化規律，深入挖掘病毒演化可能導致的潛在威脅，從而為制定更加有針對性的防控策略提供科學支持。

1 SIV 分類與基本特征

1.1 亞型的多樣性

根據血凝素（HA）和神經氨酸酶（NA）可以將流感病毒分為多種亞型。目前世界豬群中出現的SIV 包含10 個HA 亞型（H1—H7 和 H9—H11）和8 個NA 亞型（N1—N3 和N5—N9）， 包括H1N1、H1N2、H3N2、H5N1、H7N9、H10N5、H11N6 等。到目前為止，H1N1、H1N2 和H3N2是在豬群中傳播的主要SIV 亞型。這些亞型在HA和NA 的抗原性上存在顯著差異，這意味著免疫系統可能對不同亞型病毒產生不同程度的應答，因而增加了疫苗設計的復雜性，需要持續監測病毒亞型演化狀況，以便及時更新疫苗。此外，不同亞型病毒在宿主中的適應性變異直接影響了病毒傳播，這也為SIV 在人類中的傳播提供了潛在機會，因而增加了感染人的風險。病毒的適應性變異需要對其進行深入研究，以便更好地了解病毒在不同宿主間的演化機制和傳播動態。

1.2 基本結構及功能

SIV 呈球形或多形性，直徑為80～120 nm，偶爾也有描述其呈長20 μm 的絲狀形態[16]。SIV 基因組由8 個RNA 片段組成，每個片段至少編碼1 種蛋白，分別編碼聚合酶蛋白2（PB2）、聚合酶蛋白1（PB1/PB1-F2）、聚合酶蛋白（PA）、HA、NA、 核蛋白（NP）、 基質蛋白（M1 和M2）以及非結構蛋白（NS1 和NS2/NEP）。SIV擁有來自宿主細胞的脂質膜，其包含的兩種類型蛋白HA 和NA 分別介導病毒的進入和成熟病毒顆粒的釋放[17-18]。此外，HA 和NA 作為中和抗體的主要靶標，對病毒進化至關重要。SIV 囊膜還含有少量離子通道蛋白（M2），其具有質子選擇性離子通道活性[19-22]。M1 位于病毒包膜下方，有助于增強完整病毒的形狀及其結構完整性[18，23]。非結構蛋白NS1 拮抗宿主的抗病毒反應并調節病毒與宿主的相互作用，而NS2/NEP 與M1 相關，參與vRNPs的核輸出[18，24-25]。病毒顆粒核心由核糖核蛋白（RNP）復合物組成，從中可以區分出3 個主要成分，分別為病毒基因組、NP 和RNA 聚合酶復合物，分別由PB2、PB1 和PA 組成，它們共同負責病毒基因組的轉錄和復制[26-28]。PB1-F2 是最近發現的一種促凋亡蛋白，它可以調節先天免疫[29-31]。這些復雜的病毒結構和功能元素相互作用，影響了病毒的演化進程，這就需要進一步研究病毒結構及功能，以便為疫苗研制和疾病防控提供新的方向。

1.3 感染后臨床癥狀和病理特征

SIV 感染豬后，在豬群中傳播迅速，幾乎引起整個群體發病，病率高（最高可達100%），但致死率低（＜1%）[32]。豬感染后的癥狀包括發燒、精神萎靡、嗜睡、厭食、急性支氣管炎、漿液性鼻涕、咳嗽、呼吸困難、眼分泌物增加、結膜炎，還可引起母豬繁殖失敗[2，33-34]。如果病豬沒有合并或繼發感染其他病原，通常2～6 d后就會康復[2]。此外，并非所有同群豬同時被感染，整個豬群的健康狀況和增重恢復正常可能需要2 周以上的時間[35]。

SIV 感染最常見的病理變化是病毒性肺炎：肺部受損區域彌漫性堅實，呈紫色；肺葉水腫，呼吸道內出現纖維蛋白膿性滲出物[3]。除肺部病變外，淋巴結特別是頸部和縱膈的淋巴結也會出現增生和水腫。通常還伴有輕度到中度的急性脾臟腫脹，以及胃和結腸黏膜的充血[35]。在臨床病例中，往往伴隨豬繁殖與呼吸綜合征病毒、豬圓環病毒2 型、豬瘟病毒、豬肺炎支原體、胸膜肺炎放線桿菌、多殺性巴氏桿菌等病原的混合感染，從而導致更廣泛的病變[3]。總體而言，SIV 感染表現為高傳染性、低致死性，并引發一系列臨床癥狀和復雜的病理變化。

2 SIV 演化

2.1 片段重配

SIV 基因組的分段性質使得兩種或更多種流感病毒共同感染同一個宿主細胞時可以交換基因片段，這一過程被稱為“重配”[37-38]。這些新的重配病毒是由于病毒RNA 聚合酶復制的機械錯誤以及進化壓力、宿主新環境壓力、免疫壓力或抗病毒藥物壓力等導致的[39]。在人群中流感大流行的原因是將一種新的病毒從禽類或豬類宿主引入人類，或者將動物宿主的病毒片段與人類病毒混合，形成一種新病毒[40-41]。最近一次流感大流行是由豬源H1N1 病毒引起的，它是一種具有豬、禽和人類流感病毒基因的重配病毒[42-43]。豬對禽類流感病毒和人類流感病毒都很敏感，被認為是流感病毒基因重配的“混合容器”，因此SIV 基因重配很有可能出現導致人間大流行的流感毒株[13-15，44-45]，為此簡要介紹豬群中的SIV 重配情況。

在歐洲，1979 年出現了EA H1N1，其基本上取代了CS H1N1[46]；20 世紀80 年代初，出現了含有人類季節性H3N2 表面基因和EA H1N1 譜系6個內部基因的重配病毒，并開始在歐洲豬群中流行[47]；20 世紀90 年代中期以來，由人類流感病毒的HA、H3N2 SIV 的NA 和EA H1N1 的內部基因組成的三重配H1N2 SIV 已在整個歐洲出現[48]。2000 年以來，這3 種SIV 之間或SIV 與季節性人類流感病毒之間偶爾會發現新的重配SIV[42]。

在北美洲，1998 年之前，CS H1N1 是北美豬群中流行的唯一亞型[49]。然而，這種穩定狀況在1998 年被包含人類季節性H3N2 病毒（PB1、HA和NA）、禽類病毒（PB2和PA）和CS H1N1（NP、M、NS）的三重配 H3N2 SIV 打破，并在北美豬群中占主導地位[50-51]。隨后，這些三重配的H3N2 SIV與CS H1N1 再次進行重配，形成三重配H1N1 或H1N2 SIV，在豬群中傳播[52-53]。此外，這些地方性的三重配病毒還與人類季節性的H1N1 病毒進行重配，產生類似人類的H1N1 和H1N2 重配病毒[54]。

在亞洲，與歐洲和北美洲相比，SIV 流行更為復雜，一些北美洲和歐洲的SIV 與本地毒株一起傳播，產生了多種重配病毒。2003 年以來，韓國分離出的SIV 與北美重配的H1N1 病毒都含有CS H1N1 的HA 和NA[55-57]。在泰國豬群中循環的H1N1 病毒含有CS H1N1 和EA H1N1 基因[58]。20世紀80 年代初，中國分離出了含有類人H3N2 HA和NA 以及CS H1N1 內部基因的SIV[58]。1978 年，日本首次分離出由類人H3N2 和 CS H1N1 組成的重配型H1N2 SIV[60]。在泰國，歐洲的類人H3N2 SIV 也與類人H1 或H3 毒株進行了基因重配[61]。2007 年，中國在豬群中分離出了具有類人H3N2病毒和禽類H5 病毒基因的雙重配病毒[62]。

隨著pdm/09 H1N1 病毒的出現，SIV 的流行發生了很大變化，這種病毒已經在全世界豬群中流行，并因其與先前存在的H1N1、H3N2 和H1N2 SIV 重配而變得更加復雜[7]。目前，美國的北美三重配H3N2 和中國的EA H1N1 SIV，通過與其他病毒重配，獲得了更高的人類感染性，導致H3N2 變體病毒和重配EA H1N1 SIV 在各自地區引起人類感染[32]。

基于以上數據，可以發現SIV 在世界不同地區具有不同的流行模式。此外，SIV 可以從一個地區遷移到其他地區，并與本地病毒重新組合，因而增加了SIV 基因組的多樣性。同時，禽源和人源流感病毒也不斷出現在豬群中。隨著國際貿易活動的增加，這勢必導致不同地區的SIV 在全球豬群中傳播，隨時可能出現新的重配病毒，這對于豬流感防控無疑是一個巨大的挑戰。因此，需要對全球范圍的SIV 進行監測，以便及早發現新毒株，從而對其采取有效控制措施。

2.2 基因變異

與大多數RNA 病毒一樣，流感病毒的RNA依賴性RNA 聚合酶比DNA 依賴性RNA 聚合酶更容易出錯，這可能是由于其缺乏幾種聚合酶特有的保真度控制機制[63-64]。由于聚合酶復合物缺乏校對活動，病毒在持續的復制周期中會產生大量突變。流感病毒的單一氨基酸突變可以在很大程度上改變病毒的生物學特性，為此簡要介紹SIV 的基因突變情況。

以往研究已經鑒定出一些影響SIV 致病性、傳播性及耐藥性等的關鍵氨基酸位點。HA 中的G158E 突變可能通過降低HA 和抗體之間的結合親和力而導致EA H1N1 發生抗原漂移[65]。此外，HA 突變可以改變流感病毒的受體偏好，H4N6 SIV中的HA 含有226L，對SA-2,6-Gal 的親和力較高，對原代豬和人類呼吸道上皮細胞的感染力也較強；相反，含有226Q 的病毒對SA-2,6-Gal 的親和力較低，對這兩種類型細胞的感染力也較弱[66]。流感病毒HA 上的裂解位點突變可以影響其組織傾向性和致病性。HA 裂解位點P2 位S328L 突變會減弱EA H1N2 SIV 的復制和致病性[67]。HA 的G225E 突變明顯增加了EA H1N1 在豚鼠呼吸道飛沫中的傳播力[68]。PB2 的R251K 突變增加了EA H1N1 在小鼠中的毒力，有助于提高聚合酶活性并增強病毒基因組的轉錄和復制[69]。有人認為，pdm/09 H1N1 的PB2 可能在免疫壓力下，在另一個氨基酸位點發生突變，并取代E627K 突變的作用，從而大大增強pdm/09 H1N1 在人類中的適應性[70]。EA H1N1 NP 上的Q357K 突變增強了病毒在小鼠體內的聚合酶活性以及復制和感染性，此外這種突變病毒在人類細胞系中表現出更高的聚合酶活性和病毒生長滴度，這可能有利于病毒感染人類[71]。流感病毒NA 的E119V、I222V、H274Y、R294K 和N294S 突變被認為會對神經氨酸酶抑制（neuraminidase inhibitors，NAI）產生耐藥性，目前僅有少數SIV 含有這種突變[72]。然而，在M2中存在許多S31N 的突變[72]。

上述結果表明，流感病毒在進化過程中會產生大量突變，這些突變使流感病毒有更多機會適應環境壓力。SIV 全基因組由8 個分節段的RNA 片段構成，包含約13 600 個核苷酸，其在進化過程中產生的突變數量將是巨大的。目前，通過反向遺傳技術構建SIV 毒株，用點突變驗證突變位點的作用，對于產生的大量突變位點來說，要進行大量的研究工作，這顯然是對豬流感防控的巨大挑戰。此外，在鑒定氨基酸突變位點時，往往鑒定出許多對其生物學特性沒有顯著影響的位點，這就導致科研工作者不愿開展此項工作，造成該方面的研究較少。然而，鑒于氨基酸位點突變會在很大程度上改變病毒的生物學特性，應及時發現并驗證突變位點對病毒生物學特性的影響。

3 SIV 流行

3.1 在人類中的傳播

SIV 可以感染很多種禽類和哺乳動物宿主，具有一定的物種特異性[73]。然而，豬作為流感病毒的“混合容器”，會導致新的流感病毒產生，引發人類感染[70]。世界各地都有由SIV 引起人類感染的零星報道。1958 年正式記錄并確認了1 例人感染H1N1 SIV 的病例[74]。1976 年，在新澤西州迪克斯堡發生了第一起大規模的SIV 在人類中傳播的疫情[75]。隨后，從豬到人的傳播僅零星發生，豬源病毒人際傳播的證據依然有限[76]。2009 年4月，一種新型豬源H1N1 SIV 首次在墨西哥和美國被發現[77-78]，并在全世界迅速傳播，引起了21 世紀的第一次流感大流行。然而，2009 年后，人類中的pdm/09 H1N1 病毒又擴散到世界各地的豬群中[79-81]。此后，pdm/09 H1N1 病毒又與其他地方性SIV 重新組合，其中一些病毒也引起了人類感染[82-86]。pdm/09 H1N1 病毒的出現極大改變了人們對SIV 生態學和跨物種傳播的認識，因為它不僅可以從豬到人，還可以從人到豬進行有效傳播。人們擔心pdm/09 H1N1 病毒如果繼續與其他SIV 重新組合，就將進一步改變其生物特性，影響“豬對人”或“人對人”的傳播能力，并有可能對公眾構成重大威脅。研究[81]發現，含有EA H1N1 HA和NA 與pdm/09 H1N1 病毒大部分內部基因片段的重配病毒表現出與人類流感病毒相似的受體結合特性。這種重配病毒能夠在人類呼吸系統上皮細胞中高效復制，并在雪貂中表現出高致病性。部分病毒株甚至在雪貂之間實現高效傳播，表明這種新型SIV 具有在人類中引發大流行的潛力，因而對人類構成潛在威脅。此外，美國的北美三重配H3N2 病毒通過與其他病毒重配，也獲得了更高的人類感染性，導致H3N2 變體病毒引起人類感染[32]。鑒于豬在引發流感大流行中的作用，需要持續監視這些人獸共感染病毒對人類健康構成的威脅。

3.2 在不同動物間的傳播

哺乳動物流感病毒包括SIV，大多起源于在野生水禽中傳播的禽流感病毒（AIV）[87]。目前，已經報道了不同AIV 亞型的感染，包括H1N1、H3N2、H1N2、H5N1、H7N9、H10N5 和H11N6等。盡管不同亞型的流感病毒對豬都具有一定的感染能力，但大多數病毒在豬與豬之間并沒有持續傳播，這可能受對特定亞型的免疫適應性或其他因素影響。深入研究這種現象有助于更全面理解病毒的傳播動態。據報道[88]，在家禽物種中，火雞是最易感染SIV 的物種。此外，也發現SIV 能夠感染狗和水貂[89]，這進一步豐富了SIV 可在不同動物中傳播的認識。這種跨宿主傳播使得新的病毒株不斷涌現，有些可能對宿主產生更強的致病性，以及潛在的流感大流行風險。鑒于這一現象，需要及時監測、評估病毒的流行狀況，以便當病毒發生可能導致大流行的變異時，對其迅速采取相應的控制措施，這可以有效減緩病毒傳播速度，降低疫情發生風險。未來研究期待更多深入的挖掘，以更好地理解這一關鍵領域的復雜性。

4 結語

SIV 不僅與人流感病毒和AIV 發生了重配，而且還發生了氨基酸位點突變，從而導致了SIV進化的高度多樣性。此外，SIV 進化在不同地區表現出明顯差異，例如在亞洲，SIV 進化與歐洲和北美洲相比更加復雜，這可能與亞洲地區獨特的養殖和農業實踐有關。然而，隨著全球貿易的發展，活豬流動性增強，使得來自不同地區的SIV 毒株混合感染豬群，導致了更為復雜的演變過程。豬在流感病毒的跨宿主傳播中扮演著關鍵角色，使得豬體內隨時可能出現具有大流行潛力的流感病毒。面對SIV 的復雜演變，全球監測成為預防和控制其流行的關鍵策略。通過強化對SIV 的監測，能更全面地了解其演變趨勢，從而為疫苗研發和防控策略制定提供依據。這種全球監測不僅有助于預防SIV感染，還能及早識別潛在的大流行威脅，為及時采取有效措施提供寶貴信息。因此，全球合作與監測不僅僅是科學的需要，更是對抗全球性公共衛生威脅的迫切需求。