猪流感病毒的演化

赵玉仲，韩乐斌，桑浩田，刘思当，肖一红，侯衍猛

（山东农业大学动物科技学院，山东省动物生物工程与疾病防治重点实验室，山东泰安 271018）

猪流感是由猪流感病毒（swine influenza virus，SIV）引起的一种猪传染病。SIV 是一种囊膜病毒，具有分段、单链、负义的RNA 基因组[1]。猪流感的主要临床特点是发烧和急性支气管炎，通常情况下愈后良好[2]。此外，猪流感也是一种免疫抑制性疾病[3]，可破坏猪的免疫系统，造成免疫抑制，导致合并或继发感染其他病原，继而加重病情，给养猪业带来巨大经济损失。

抗原漂移（antigenic drift）和抗原转移（antigenic shift）是SIV 进化以逃避适应性免疫的两种机制[4-5]。其中：抗原漂移是由病毒RNA 聚合酶低保真度导致的病毒基因随机突变积累[6-7]；抗原转移是指两个或多个流感毒株共同感染宿主细胞时，不同流感病毒之间的重新组合[8-9]。

1918 年猪流感首次被认为是猪的一种呼吸道疾病[10-11]，1930 年首次从猪中分离出H1N1 亚型SIV[12]。目前，世界猪群中存在多个SIV 谱系，包括经典猪H1N1（classical swine H1N1，CS H1N1）、欧亚类禽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）、 类人H3N2、欧洲H3N2、禽类病毒等。猪被认为是流感病毒的“混合容器”，不同SIV 共同感染可以产生具有潜在流行和人兽共患风险的重配毒株[13-15]。人类与猪之间有着密切接触，尤其在养殖场和交易市场等场所，为病毒传播提供了机会，从而加剧了猪流感对人类健康的潜在威胁。此外，随着全球贸易活动的增加，不同谱系的流感病毒共同传播可导致病毒的重新组合或加重病毒的遗传多样性，从而对公共卫生构成重要威胁。

为深入研究和全面理解SIV 的演化进程，本文系统梳理了其分类、基本特征、演化历程及流行状况，通过对SIV 演化的深入剖析，以期揭示其演化规律，深入挖掘病毒演化可能导致的潜在威胁，从而为制定更加有针对性的防控策略提供科学支持。

1 SIV 分类与基本特征

1.1 亚型的多样性

根据血凝素（HA）和神经氨酸酶（NA）可以将流感病毒分为多种亚型。目前世界猪群中出现的SIV 包含10 个HA 亚型（H1—H7 和 H9—H11）和8 个NA 亚型（N1—N3 和N5—N9）， 包括H1N1、H1N2、H3N2、H5N1、H7N9、H10N5、H11N6 等。到目前为止，H1N1、H1N2 和H3N2是在猪群中传播的主要SIV 亚型。这些亚型在HA和NA 的抗原性上存在显著差异，这意味着免疫系统可能对不同亚型病毒产生不同程度的应答，因而增加了疫苗设计的复杂性，需要持续监测病毒亚型演化状况，以便及时更新疫苗。此外，不同亚型病毒在宿主中的适应性变异直接影响了病毒传播，这也为SIV 在人类中的传播提供了潜在机会，因而增加了感染人的风险。病毒的适应性变异需要对其进行深入研究，以便更好地了解病毒在不同宿主间的演化机制和传播动态。

1.2 基本结构及功能

SIV 呈球形或多形性，直径为80～120 nm，偶尔也有描述其呈长20 μm 的丝状形态[16]。SIV 基因组由8 个RNA 片段组成，每个片段至少编码1 种蛋白，分别编码聚合酶蛋白2（PB2）、聚合酶蛋白1（PB1/PB1-F2）、聚合酶蛋白（PA）、HA、NA、 核蛋白（NP）、 基质蛋白（M1 和M2）以及非结构蛋白（NS1 和NS2/NEP）。SIV拥有来自宿主细胞的脂质膜，其包含的两种类型蛋白HA 和NA 分别介导病毒的进入和成熟病毒颗粒的释放[17-18]。此外，HA 和NA 作为中和抗体的主要靶标，对病毒进化至关重要。SIV 囊膜还含有少量离子通道蛋白（M2），其具有质子选择性离子通道活性[19-22]。M1 位于病毒包膜下方，有助于增强完整病毒的形状及其结构完整性[18，23]。非结构蛋白NS1 拮抗宿主的抗病毒反应并调节病毒与宿主的相互作用，而NS2/NEP 与M1 相关，参与vRNPs的核输出[18，24-25]。病毒颗粒核心由核糖核蛋白（RNP）复合物组成，从中可以区分出3 个主要成分，分别为病毒基因组、NP 和RNA 聚合酶复合物，分别由PB2、PB1 和PA 组成，它们共同负责病毒基因组的转录和复制[26-28]。PB1-F2 是最近发现的一种促凋亡蛋白，它可以调节先天免疫[29-31]。这些复杂的病毒结构和功能元素相互作用，影响了病毒的演化进程，这就需要进一步研究病毒结构及功能，以便为疫苗研制和疾病防控提供新的方向。

1.3 感染后临床症状和病理特征

SIV 感染猪后，在猪群中传播迅速，几乎引起整个群体发病，病率高（最高可达100%），但致死率低（＜1%）[32]。猪感染后的症状包括发烧、精神萎靡、嗜睡、厌食、急性支气管炎、浆液性鼻涕、咳嗽、呼吸困难、眼分泌物增加、结膜炎，还可引起母猪繁殖失败[2，33-34]。如果病猪没有合并或继发感染其他病原，通常2～6 d后就会康复[2]。此外，并非所有同群猪同时被感染，整个猪群的健康状况和增重恢复正常可能需要2 周以上的时间[35]。

SIV 感染最常见的病理变化是病毒性肺炎：肺部受损区域弥漫性坚实，呈紫色；肺叶水肿，呼吸道内出现纤维蛋白脓性渗出物[3]。除肺部病变外，淋巴结特别是颈部和纵膈的淋巴结也会出现增生和水肿。通常还伴有轻度到中度的急性脾脏肿胀，以及胃和结肠黏膜的充血[35]。在临床病例中，往往伴随猪繁殖与呼吸综合征病毒、猪圆环病毒2 型、猪瘟病毒、猪肺炎支原体、胸膜肺炎放线杆菌、多杀性巴氏杆菌等病原的混合感染，从而导致更广泛的病变[3]。总体而言，SIV 感染表现为高传染性、低致死性，并引发一系列临床症状和复杂的病理变化。

2 SIV 演化

2.1 片段重配

SIV 基因组的分段性质使得两种或更多种流感病毒共同感染同一个宿主细胞时可以交换基因片段，这一过程被称为“重配”[37-38]。这些新的重配病毒是由于病毒RNA 聚合酶复制的机械错误以及进化压力、宿主新环境压力、免疫压力或抗病毒药物压力等导致的[39]。在人群中流感大流行的原因是将一种新的病毒从禽类或猪类宿主引入人类，或者将动物宿主的病毒片段与人类病毒混合，形成一种新病毒[40-41]。最近一次流感大流行是由猪源H1N1 病毒引起的，它是一种具有猪、禽和人类流感病毒基因的重配病毒[42-43]。猪对禽类流感病毒和人类流感病毒都很敏感，被认为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现导致人间大流行的流感毒株[13-15，44-45]，为此简要介绍猪群中的SIV 重配情况。

在欧洲，1979 年出现了EA H1N1，其基本上取代了CS H1N1[46]；20 世纪80 年代初，出现了含有人类季节性H3N2 表面基因和EA H1N1 谱系6个内部基因的重配病毒，并开始在欧洲猪群中流行[47]；20 世纪90 年代中期以来，由人类流感病毒的HA、H3N2 SIV 的NA 和EA H1N1 的内部基因组成的三重配H1N2 SIV 已在整个欧洲出现[48]。2000 年以来，这3 种SIV 之间或SIV 与季节性人类流感病毒之间偶尔会发现新的重配SIV[42]。

在北美洲，1998 年之前，CS H1N1 是北美猪群中流行的唯一亚型[49]。然而，这种稳定状况在1998 年被包含人类季节性H3N2 病毒（PB1、HA和NA）、禽类病毒（PB2和PA）和CS H1N1（NP、M、NS）的三重配 H3N2 SIV 打破，并在北美猪群中占主导地位[50-51]。随后，这些三重配的H3N2 SIV与CS H1N1 再次进行重配，形成三重配H1N1 或H1N2 SIV，在猪群中传播[52-53]。此外，这些地方性的三重配病毒还与人类季节性的H1N1 病毒进行重配，产生类似人类的H1N1 和H1N2 重配病毒[54]。

在亚洲，与欧洲和北美洲相比，SIV 流行更为复杂，一些北美洲和欧洲的SIV 与本地毒株一起传播，产生了多种重配病毒。2003 年以来，韩国分离出的SIV 与北美重配的H1N1 病毒都含有CS H1N1 的HA 和NA[55-57]。在泰国猪群中循环的H1N1 病毒含有CS H1N1 和EA H1N1 基因[58]。20世纪80 年代初，中国分离出了含有类人H3N2 HA和NA 以及CS H1N1 内部基因的SIV[58]。1978 年，日本首次分离出由类人H3N2 和 CS H1N1 组成的重配型H1N2 SIV[60]。在泰国，欧洲的类人H3N2 SIV 也与类人H1 或H3 毒株进行了基因重配[61]。2007 年，中国在猪群中分离出了具有类人H3N2病毒和禽类H5 病毒基因的双重配病毒[62]。

随着pdm/09 H1N1 病毒的出现，SIV 的流行发生了很大变化，这种病毒已经在全世界猪群中流行，并因其与先前存在的H1N1、H3N2 和H1N2 SIV 重配而变得更加复杂[7]。目前，美国的北美三重配H3N2 和中国的EA H1N1 SIV，通过与其他病毒重配，获得了更高的人类感染性，导致H3N2 变体病毒和重配EA H1N1 SIV 在各自地区引起人类感染[32]。

基于以上数据，可以发现SIV 在世界不同地区具有不同的流行模式。此外，SIV 可以从一个地区迁移到其他地区，并与本地病毒重新组合，因而增加了SIV 基因组的多样性。同时，禽源和人源流感病毒也不断出现在猪群中。随着国际贸易活动的增加，这势必导致不同地区的SIV 在全球猪群中传播，随时可能出现新的重配病毒，这对于猪流感防控无疑是一个巨大的挑战。因此，需要对全球范围的SIV 进行监测，以便及早发现新毒株，从而对其采取有效控制措施。

2.2 基因变异

与大多数RNA 病毒一样，流感病毒的RNA依赖性RNA 聚合酶比DNA 依赖性RNA 聚合酶更容易出错，这可能是由于其缺乏几种聚合酶特有的保真度控制机制[63-64]。由于聚合酶复合物缺乏校对活动，病毒在持续的复制周期中会产生大量突变。流感病毒的单一氨基酸突变可以在很大程度上改变病毒的生物学特性，为此简要介绍SIV 的基因突变情况。

以往研究已经鉴定出一些影响SIV 致病性、传播性及耐药性等的关键氨基酸位点。HA 中的G158E 突变可能通过降低HA 和抗体之间的结合亲和力而导致EA H1N1 发生抗原漂移[65]。此外，HA 突变可以改变流感病毒的受体偏好，H4N6 SIV中的HA 含有226L，对SA-2,6-Gal 的亲和力较高，对原代猪和人类呼吸道上皮细胞的感染力也较强；相反，含有226Q 的病毒对SA-2,6-Gal 的亲和力较低，对这两种类型细胞的感染力也较弱[66]。流感病毒HA 上的裂解位点突变可以影响其组织倾向性和致病性。HA 裂解位点P2 位S328L 突变会减弱EA H1N2 SIV 的复制和致病性[67]。HA 的G225E 突变明显增加了EA H1N1 在豚鼠呼吸道飞沫中的传播力[68]。PB2 的R251K 突变增加了EA H1N1 在小鼠中的毒力，有助于提高聚合酶活性并增强病毒基因组的转录和复制[69]。有人认为，pdm/09 H1N1 的PB2 可能在免疫压力下，在另一个氨基酸位点发生突变，并取代E627K 突变的作用，从而大大增强pdm/09 H1N1 在人类中的适应性[70]。EA H1N1 NP 上的Q357K 突变增强了病毒在小鼠体内的聚合酶活性以及复制和感染性，此外这种突变病毒在人类细胞系中表现出更高的聚合酶活性和病毒生长滴度，这可能有利于病毒感染人类[71]。流感病毒NA 的E119V、I222V、H274Y、R294K 和N294S 突变被认为会对神经氨酸酶抑制（neuraminidase inhibitors，NAI）产生耐药性，目前仅有少数SIV 含有这种突变[72]。然而，在M2中存在许多S31N 的突变[72]。

上述结果表明，流感病毒在进化过程中会产生大量突变，这些突变使流感病毒有更多机会适应环境压力。SIV 全基因组由8 个分节段的RNA 片段构成，包含约13 600 个核苷酸，其在进化过程中产生的突变数量将是巨大的。目前，通过反向遗传技术构建SIV 毒株，用点突变验证突变位点的作用，对于产生的大量突变位点来说，要进行大量的研究工作，这显然是对猪流感防控的巨大挑战。此外，在鉴定氨基酸突变位点时，往往鉴定出许多对其生物学特性没有显著影响的位点，这就导致科研工作者不愿开展此项工作，造成该方面的研究较少。然而，鉴于氨基酸位点突变会在很大程度上改变病毒的生物学特性，应及时发现并验证突变位点对病毒生物学特性的影响。

3 SIV 流行

3.1 在人类中的传播

SIV 可以感染很多种禽类和哺乳动物宿主，具有一定的物种特异性[73]。然而，猪作为流感病毒的“混合容器”，会导致新的流感病毒产生，引发人类感染[70]。世界各地都有由SIV 引起人类感染的零星报道。1958 年正式记录并确认了1 例人感染H1N1 SIV 的病例[74]。1976 年，在新泽西州迪克斯堡发生了第一起大规模的SIV 在人类中传播的疫情[75]。随后，从猪到人的传播仅零星发生，猪源病毒人际传播的证据依然有限[76]。2009 年4月，一种新型猪源H1N1 SIV 首次在墨西哥和美国被发现[77-78]，并在全世界迅速传播，引起了21 世纪的第一次流感大流行。然而，2009 年后，人类中的pdm/09 H1N1 病毒又扩散到世界各地的猪群中[79-81]。此后，pdm/09 H1N1 病毒又与其他地方性SIV 重新组合，其中一些病毒也引起了人类感染[82-86]。pdm/09 H1N1 病毒的出现极大改变了人们对SIV 生态学和跨物种传播的认识，因为它不仅可以从猪到人，还可以从人到猪进行有效传播。人们担心pdm/09 H1N1 病毒如果继续与其他SIV 重新组合，就将进一步改变其生物特性，影响“猪对人”或“人对人”的传播能力，并有可能对公众构成重大威胁。研究[81]发现，含有EA H1N1 HA和NA 与pdm/09 H1N1 病毒大部分内部基因片段的重配病毒表现出与人类流感病毒相似的受体结合特性。这种重配病毒能够在人类呼吸系统上皮细胞中高效复制，并在雪貂中表现出高致病性。部分病毒株甚至在雪貂之间实现高效传播，表明这种新型SIV 具有在人类中引发大流行的潜力，因而对人类构成潜在威胁。此外，美国的北美三重配H3N2 病毒通过与其他病毒重配，也获得了更高的人类感染性，导致H3N2 变体病毒引起人类感染[32]。鉴于猪在引发流感大流行中的作用，需要持续监视这些人兽共感染病毒对人类健康构成的威胁。

3.2 在不同动物间的传播

哺乳动物流感病毒包括SIV，大多起源于在野生水禽中传播的禽流感病毒（AIV）[87]。目前，已经报道了不同AIV 亚型的感染，包括H1N1、H3N2、H1N2、H5N1、H7N9、H10N5 和H11N6等。尽管不同亚型的流感病毒对猪都具有一定的感染能力，但大多数病毒在猪与猪之间并没有持续传播，这可能受对特定亚型的免疫适应性或其他因素影响。深入研究这种现象有助于更全面理解病毒的传播动态。据报道[88]，在家禽物种中，火鸡是最易感染SIV 的物种。此外，也发现SIV 能够感染狗和水貂[89]，这进一步丰富了SIV 可在不同动物中传播的认识。这种跨宿主传播使得新的病毒株不断涌现，有些可能对宿主产生更强的致病性，以及潜在的流感大流行风险。鉴于这一现象，需要及时监测、评估病毒的流行状况，以便当病毒发生可能导致大流行的变异时，对其迅速采取相应的控制措施，这可以有效减缓病毒传播速度，降低疫情发生风险。未来研究期待更多深入的挖掘，以更好地理解这一关键领域的复杂性。

4 结语

SIV 不仅与人流感病毒和AIV 发生了重配，而且还发生了氨基酸位点突变，从而导致了SIV进化的高度多样性。此外，SIV 进化在不同地区表现出明显差异，例如在亚洲，SIV 进化与欧洲和北美洲相比更加复杂，这可能与亚洲地区独特的养殖和农业实践有关。然而，随着全球贸易的发展，活猪流动性增强，使得来自不同地区的SIV 毒株混合感染猪群，导致了更为复杂的演变过程。猪在流感病毒的跨宿主传播中扮演着关键角色，使得猪体内随时可能出现具有大流行潜力的流感病毒。面对SIV 的复杂演变，全球监测成为预防和控制其流行的关键策略。通过强化对SIV 的监测，能更全面地了解其演变趋势，从而为疫苗研发和防控策略制定提供依据。这种全球监测不仅有助于预防SIV感染，还能及早识别潜在的大流行威胁，为及时采取有效措施提供宝贵信息。因此，全球合作与监测不仅仅是科学的需要，更是对抗全球性公共卫生威胁的迫切需求。