SAT2型口蹄疫分子病原学与分子流行病学研究进展

李国秀 丁耀忠 李茜

摘要 口蹄疫是由口蹄疫病毒引起的一种人畜共患的高度接触性传染病。现已确定有7种病毒血清型，即O、A、C 型，SAT1，SAT2，SAT3和Asia 1型，SAT2至少由14个遗传拓扑型和3个血清亚型组成，SAT2主要流行于撒哈拉沙漠以南的非洲地区，主要感染野生动物尤其是非洲水牛，给发病地区的畜牧业带来了巨大的经济损失。主要从分子病原学和分子流行病学对SAT2口蹄疫研究情况进行综述，为SAT2型口蹄疫的防控提供了理论依据。

关键词 SAT2型口蹄疫;分子病原学;分子流行病学

中图分类号 S85文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）19-0004-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.002

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract Footandmouth disease is a highly contagious infectious disease caused by footandmouth disease virus. Seven virus serotypes have been identified， namely， O， A， C， SAT1， SAT2， SAT3 and Asia 1.SAT2 consists of at least 14 genetic topologies and 3 serum subtypes.SAT2 is mainly popular in subSaharan Africa，mainly infected wild animals especially African buffalo. It brought huge loss to the animal husbandry of epidemic area. Therefore， the paper mainly reviewed the research on SAT2 FMD from the aspects of molecular etiology and molecular epidemiology， and provided theoretical basis for the prevention and control of SAT2 FMD.

Key words SAT2 FMD;Molecular etiology;Molecular epidemiology

口蹄疫（footandmouth disease，FMD）是由口蹄疫病毒（footandmouth disease virus，FMDV）引起的一种急性、烈性、高度接触性传染病。该病毒主要感染偶蹄兽，对畜牧养殖业及全球的国际贸易造成严重的经济损失，并且严重危害人类健康。国际兽疫局（OIE）将其定义为A类动物疾病之首，我国将口蹄疫列为一类传染病。FMDV有7种病毒血清型，即O、A、C、SAT1、SAT2、SAT3和Asia1，极易变异，但7种血清型之间几乎无交叉反应，即感染或接种一种血清型疫苗并不会对其他血清型产生免疫力。因此，必須对引起疫情的病毒进行分离，并对其进行特征描述，以便选择合适的疫苗[1-3]。口蹄疫病毒的7个血清型在全球流行范围并不均匀，其中南非型口蹄疫（southern African territory foot and mouth disease，SAT）主要在非洲和亚洲流行[4]，A和O在世界上广泛分布，Asia1型主要分布在亚洲。近年SAT2已经出现了跨境传播的危险，其已从撒哈拉沙漠以南经北非传至巴勒斯坦等国家，并在中东地区开始蔓延[5-6]，从而增大了我国暴发SAT2的风险。目前，我国在口蹄疫方面的研究只局限于 O、A、C、Asia 1型，缺乏对SAT2型口蹄疫的检测技术及疫苗的研究[7]。笔者主要针对SAT2型口蹄疫的分子病原学与流行病学进行综述，旨在为SAT2型口蹄疫的防控提供理论基础。

1 分子病原学

1.1 病毒基因组的结构

南非型口蹄疫同其他FMD一样，同属于微RNA病毒科，口蹄疫病毒属，是单股正链小RNA病毒，完整的基因组RNA具有感染性，进入细胞之后可以复制出感染性病毒。基因组全长约有8 500个核苷酸，分为3个主要区域：5UTR区、ORF区和 3UTR 区[8]。3末端连接多聚腺苷酸尾巴，并且FMDV基因组的3末端非翻译区在病毒复制中起着至关重要的作用，病毒poly（A）尾的茎环结构与其结合蛋白PABP作用后，病毒才开始启动转录与翻译[9]。5UTR长约1 300个核苷酸，占全长基因组的12%，有多个“三叶草”二级结构，通过第一个核苷酸U与一个23～24个氨基酸组成的基因组连接蛋白VPg（3B）共价连接，5UTR能够稳定病毒基因组结构和调节病毒的生命周期[10]。ORF编码一个多聚蛋白，大约有7 000 nt，病毒蛋白酶将多聚蛋白切割成不同肽段，主要编码 L 蛋白、P1 结构蛋白、P2和P3非结构蛋白。P1结构蛋白在后期的病毒翻译和修饰过程中被 3Cpro蛋白酶裂解为3个主要的病毒结构蛋白VP0、VP1和VP3[11]。P2和P3在3C蛋白酶的作用下产生非结构蛋白2A、2B、2C、3A、3B、3C、3D。在病毒粒子的装配过程中，VP0、VP1和VP3先组装成 5S 聚集体再形成 14S 颗粒体，最后由12个14S 颗粒体组装成75S病毒的空壳蛋白体[12]。

1.2 病毒形态结构特征

电子显微镜观察，口蹄疫的病毒粒子呈圆形，表面光滑，直径为27～30 nm，沉降系数为146S，无囊膜，呈二十面体对称，由蛋白衣壳包裹基因组RNA组成核衣壳。衣壳由60个VP1、VP2、VP3和VP4分子组成。病毒P1蛋白主要编码病毒的衣壳蛋白，其中VPl编码的1D蛋白大部分裸露于病毒粒子表面，是决定病毒抗原的主要成分[8]。VP1中大约10个氨基酸残基凸出于衣壳表面所组成得G-H环，G-H环包含有精氨酸-甘氨酸-天门冬氨酸序列（ RGD），是病毒与细胞受体的主要结合位点，也是与中和抗体的主要结合位点。研究表明，SAT2型口蹄疫病毒至少有2个抗原位点，1个位于RGD基序下游的VP1的G-H循环中，另1个位于VP1的C端210残基处[13]。由于FMDV的VP1分子的变异性最高，所以在病原调查、流行病学研究、基因工程疫苗研发等方面，VP1蛋白的研究具有重要的意义。VP0被3Cpro蛋白酶进一步裂解为VP2和VP4，VP4位于衣壳内部，3C蛋白酶能够调控宿主细胞蛋白的转录和翻译，导致干扰素等多种抗病毒因子的低水平表达，从而逃避宿主细胞的抗病毒防御反应。而在口蹄疫非结构蛋白中，3C基因、L基因和2A基因这3种蛋白水解酶，也一定程度上参与了多聚蛋白的裂解并对病毒复制中病毒衣壳的组装也发挥着重要作用[14]。此外，SAT2 型口蹄疫病毒有较强的耐热性，其热稳定性在48～54 ℃[15]。

2 流行病学

2.1 分子流行病学特征

FMD最早发生于意大利，17—19世纪，在英国、法国等欧洲国家多次流行。1967年英国暴发口蹄疫，导致42万头牲畜被扑杀。2001年英国口蹄疫再次暴发，波及范围之广，蔓延速度之快前所未有，为了控制疫情，593万头动物被扑杀，给英国造成的直接和间接损失高达200亿英镑。SAT1～SAT3在亚撒哈拉地区占有重要地位，南非地区1931—1990年的350次口蹄疫暴发中，南非型占73%。1962—1965和1969—1970年SAT1型侵入中东地区[16]，1990年也门出现了SAT2病例，2000年科威特和沙特国家暴发SAT2型，2003年利比亚暴发SAT2型口蹄疫。2012年，口蹄疫在埃及暴发[17]，并蔓延到全国各地，造成了巨大的损失，年轻动物的死亡率高达50%[18-21]。SAT2型在东非、南非、中非、西非表现出明显的拓扑型，来自喀麦隆的SAT2菌株属于第Ⅶ拓扑型，在地理上分布非常广泛。Lycett等[22] 对334个SAT2型口蹄疫序列进行时间分辨的系统地理分析，结果表明SAT2型口蹄疫的拓扑型具有多样性，与A型相比，SAT2型与最近的共同祖先的时间较长，意味着SAT2血清型在非洲已经传播了至少几个世纪。第Ⅶ拓扑型在东非似乎有一个共同的祖先，而喀麦隆2012—2013年的最新分离株似乎都与2000年的分离株有一个共同的祖先，但显然它们并不是直接后代。此外，Lycett[22]利用BEAST分析评估SAT2第Ⅰ、Ⅳ、Ⅶ拓扑型的分子进化率和空间扩散速率，数据表明，SAT2-Ⅶ比其他拓扑型有更广的空间分布和更快的进化速度。

2.2 SAT2的流行传播特点和防控现状

在发展中国家，口蹄疫分布广泛，具有独特的流行病学模式，尤其是非洲与亚洲。在非洲，SAT2 型口蹄疫主要感染水牛，此外还涉及野生动物，在南非地区，家畜和野生动物与3种南非血清型（即SAT1、SAT2、SAT3）具有多种拓扑类型，从而增加水牛之间感染的机会[23]。撒哈拉沙漠以南的口蹄疫控制依赖于在高风险地区对易感动物进行定期接种、在野生动物和家畜交界处设置隔离围栏、限制动物的行动和定期监测[24]。Brito等[25]对赞比西区（KAZA）和林波波区（GL）两大野生动物保护区交界处水牛和家牛之间的传播动态进行研究，研究表明，SAT2型口蹄疫病毒偶尔会从KAZA传播到GL，并且家畜的暴发源头通常是野生水牛，但家牛偶尔也会传播给水牛;此外，该项研究还表明，近10年来，水牛感染SAT2型口蹄疫的基因多样性有所下降，这项研究有助于了解SAT2型口蹄疫传播和遗传变异的主要动态，最终有助于制定控制口蹄疫传播的有效战略。口蹄疫是乌干达的地方病，Namatovu等[26]調查了在乌干达牛群中流行的口蹄疫病毒的血清型，研究结果显示，乌干达地区的SAT2型口蹄疫的血清中和抗体水平较高，针对VP1编码区域测序表明该病毒属于SAT2血清型中的谱系Ⅰ。

2012年2月，埃及暴发了一场新的大规模的口蹄疫疫情，检测表明该分离株与2012年巴勒斯坦和利比亚的分离株的关系比较密切，它们之间的同源性为88.1%～903%[27]。2012年8月，肯尼亚纳库鲁县一个大型奶牛场发生SAT2口蹄疫疫情，该项研究主要评估口蹄疫对临床乳腺炎和扑杀率的影响，结果表明，口蹄疫的暴发与临床乳腺炎之间存在相关性[28]。

2013—2015年，从尼日利亚北部4个州（卡杜纳、克瓦拉、高原、包奇）分离出SAT2型口蹄疫，与利比亚病毒亚型关系最为密切。Nsamba等[29]对SAT型FMDV分离株的非结构蛋白氨基酸异质性的研究显示，其氨基酸变异在29%～62%。Bertram 等[30]调查了喀麦隆地区跨界贸易牛在FMDV流行病学中的作用，研究表明，喀麦隆的病毒与来自西非、东非和北非的病毒有共同之处，系统发育分析显示了喀麦隆与邻国之间存在区域性的持续传播模式，但传播方向尚不清楚。

2015—2016年，在埃及北部的牛群中发现了FMDV的暴发，通过血清学与病毒学方法的检测，SAT2的检出率最高，为18.5%。研究发现，2组不同的O型口蹄疫病毒（拓扑型为EA-3）的血清与苏丹境内流行的病毒以及SAT2（拓扑型Ⅶ型）的FMDV毒株关系较为密切。检测到的SAT2菌株在Ⅶ型中分枝聚集，表明有新的入侵，因此要及时建立主动检测系统，以确定新出现的病毒株[31]。据OIE报道，2017—2018年期间，非洲的部分国家再次发生SAT2型口蹄疫，分别是南非、津巴布韦、纳米比亚、莫桑比克、马拉维、博茨瓦纳等国家，造成数千头牛被扑杀，其中大部分是通过放牧、饮水或与野生动物接触而导致的。所以控制野生动物宿主对于这些国家的口蹄疫防控具有非常重要的作用。

3 结语

由于我国尚未暴发过SAT2型口蹄疫，所以对其研究较少。目前，国外疫情有了新的变化，SAT2型口蹄疫有抬头的趋势，并且在发病国家的周边国家都有发生，应给予高度重视和警戒。FMDV SAT2作为一种重要的动物疫病，其病原结构和流行病学复杂。随着我国经济的快速增长，与世界各国的贸易往来也日益频繁，而且，中东地区已相继出现SAT2型口蹄疫疫情，这增大了我国暴发FMDV SAT2的风险;同时，该病具有传播速度快、传播途径多、呈世界范围内流行的趋势。因此，开展对FMDV SAT2的相关研究，尤其是防控和检测方法、病原学以及流行病学研究显得尤为重要，这将为我国FMDV SAT2的防控奠定理论基础，提供数据支撑。

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