《npj Viruses》:Strange relatives: the enigmatic arbo-jingmenviruses and orthoflaviviruses
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这篇综述聚焦虫媒荆门病毒(arbo-JMV)与正黄病毒。arbo-JMV 是新兴病毒,基因组呈分段单链正链 RNA(ss (+) RNA) 。文中探讨其与正黄病毒的关系,分析传播机制、潜在威胁等,对研究新兴病毒和防控相关疾病有重要意义。
### 虫媒荆门病毒概述
虫媒荆门病毒(arbo-JMV)是一类迅速出现的病毒,属于黄病毒科(Flaviviridae)正黄病毒属(Orthoflavivirus)的临时成员。它的基因组由单链正链 RNA(ss (+) RNA)构成,且呈分段状,一般包含 4 或 5 个片段,每个片段都有编码结构蛋白和非结构蛋白的功能,两侧还带有 5’和 3’非翻译区(UTRs)。arbo-JMV 最早于 2010 年在中国荆门地区的微小牛蜱(Rhipicephalus microplus)中被发现,随后在全球多个地区都有报道,其分布范围之广,暗示了它在不同生态环境中可能有着多样的生存和传播方式。
虫媒荆门病毒与正黄病毒的关系
从基因组结构来看,arbo-JMV 和正黄病毒有相似之处,都含有编码结构和非结构蛋白的基因。不过,arbo-JMV 的基因组更为独特,它的分段结构在其他正黄病毒中并不常见。例如,其 1 号和 3 号片段分别与正黄病毒的 NS5 和 NS3 - NS2B 复合物基因序列有同源性,但 2 号和 4 号片段与已知的病毒蛋白序列差异很大,这显示出 arbo-JMV 在进化过程中可能经历了特殊的事件。
在进化关系上,通过对病毒蛋白的分析发现,arbo-JMV 的部分蛋白,如 S1 和 S3,分别与正黄病毒的 NS5 和 NS3 - NS2B 复合物存在同源性,但 S2 和 S4 的蛋白来源与其他病毒的关系尚不明确。进化分析还表明,orthoflaviviruses 历史悠久,arbo-JMV 可能是由未分段的 orthoflavivirus 和其他病毒共同感染同一宿主后重组、重配产生的,不过具体机制还不清楚。
虫媒荆门病毒的宿主范围与传播动态
arbo-JMV 的宿主范围广泛,包括节肢动物和脊椎动物。它可以分为三个主要的系统发育组:既能感染节肢动物又能感染脊椎动物的 arbo-JMV 组,如荆门蜱病毒(JMTV)、阿龙山病毒(ALSV)等;仅在节肢动物中繁殖的节肢动物限制组;以及介于两者之间的组,如组织螨荆门病毒(HJMV)。
在传播动态方面,arbo-JMV 在自然界中通过交替在合适的节肢动物媒介和易感脊椎动物宿主中复制来维持传播循环。硬蜱类,如璃眼蜱属(Hyalomma)、血蜱属(Haemaphysalis)、革蜱属(Dermacentor)、扇头蜱属(Rhipicephalus)、花蜱属(Amblyomma)和硬蜱属(Ixodes)的蜱虫被认为是潜在的传播媒介。虽然在蚊子中也检测到了 arbo-JMV,但目前还没有证据表明蚊子能传播该病毒。
在脊椎动物宿主方面,JMTV 和 ALSV 已从蜱叮咬患者中分离出来,并且在牛、羊、马等家畜,以及啮齿动物、非人类灵长类动物和蝙蝠等野生动物中都检测到了 arbo-JMV 的核酸或抗体。不过,arbo-JMV 在这些宿主中的致病性还不完全清楚,目前没有关于脊椎动物因感染 arbo-JMV 而死亡的报道,但感染人体后会出现头痛、发热等症状。在动物实验中,arbo-JMV 能够感染多种哺乳动物细胞,但对不同动物的致病性还需进一步研究。
虫媒荆门病毒的基因组结构与功能
arbo-JMV 的基因组是分段的单链正链 RNA,每个片段都有特定的编码区域和非翻译区。其 1 号片段编码的蛋白与正黄病毒 NS5 具有同源性,包含 RNA 依赖的 RNA 聚合酶(RdRp)和甲基转移酶(MTase)活性;3 号片段编码的非结构蛋白 2(NSP2)与正黄病毒 NS3 - NS2B 复合物在结构和功能上有相似之处,参与病毒复制、RNA 多聚蛋白加工和病毒帽形成等过程。然而,arbo-JMV 的 S2 和 S4 片段编码的蛋白与已知的正黄病毒结构蛋白没有明显相似性,S2 可能是衣壳和膜蛋白,S4 可能编码包膜糖蛋白,但它们的具体功能和作用机制还需要深入研究。
在非翻译区,arbo-JMV 的各基因组片段的 5’和 3’ UTR 存在序列保守性,这些保守序列可能参与 RNA 结构形成和病毒复制调控。此外,一些 arbo-JMV 的 UTR 中还存在病毒复制和翻译调控元件,如多个 UAG 位点和 5'/3' 下游 AUG 区域(DAR) ,但与正黄病毒中 3’ UTR 促进亚基因组黄病毒 RNA(sfRNA)形成以逃避宿主免疫和致病的机制不同,arbo-JMV 中 sfRNA 的结构和功能尚未得到研究。
虫媒荆门病毒的进化与维持循环
从进化角度看,arbo-JMV 的基因组组织和与未分段正黄病毒的祖先关系在病毒的出现和进化中较为独特。计算分析表明,arbo-JMV 基因组分成较短片段可能有助于提高病毒粒子的稳定性,增强基因重组和重配,从而产生新的病毒株。但同时,分段基因组的不同组件在宿主入侵过程中感染率可能不同,这或许可以解释为什么 arbo-JMV 在细胞培养中稳定生长存在挑战。
在自然环境中,arbo-JMV 的维持循环主要依赖于节肢动物和脊椎动物宿主。以 JMTV 为例,它可以在微小牛蜱、爪哇革蜱等蜱虫中感染和复制,通过卵的垂直传播(transovarial transmission)以及蜱虫叮咬感染脊椎动物宿主。在蜱虫体内,JMTV 能够在中肠和唾液腺中建立感染,随着蜱虫吸血,病毒可以传播给宿主。ALSV 也有类似的传播动态,在全沟硬蜱(Ixodes persulcatus)和人类、家畜中都有检测到。不过,arbo-JMV 在蜱虫共吸血过程中的非病毒血症传播,以及在脊椎动物间通过接触感染动物或其产品的传播方式还未得到证实。
虫媒荆门病毒的体外研究与潜在溢出风险
在体外实验中,arbo-JMV 对不同细胞系的感染能力有所差异。JMTV 在 BME/CTVM23(微小牛蜱来源细胞系)中能够稳定复制,但在其他一些细胞系,如 BME26、DH82、Vero 和 BHK - 21 中,只能在有限的传代次数内检测到病毒。ALSV 在 Vero 细胞和一些蜱虫来源的细胞系中能够稳定复制并表达蛋白。这表明 arbo-JMV 在体外可能更倾向于感染从其分离出来的宿主来源的细胞,但细胞嗜性的决定因素还不明确,适合病毒分离和稳定生长的理想细胞系也有待进一步确定。
从潜在溢出风险来看,系统发育分析发现,与爬行动物相关的 JMTV 比与家畜相关的 JMTV 遗传差异更大,这可能意味着 JMTV 在爬行动物中存在的时间更长,有可能从爬行动物传播到哺乳动物。然而,目前还没有实验数据支持这种传播的发生,而且在废水和环境样本中检测到 JMTV RNA 的意义也难以评估,未来需要更多研究来明确 arbo-JMV 的传播和溢出风险。
结论与展望
虫媒荆门病毒是一类重要的新兴蜱传病毒,其广泛的潜在宿主范围暗示着可能存在多种未被发现的变体。目前,虽然已经对 arbo-JMV 的基因组结构、进化关系、传播动态等方面有了一定了解,但仍有许多问题亟待解决。例如,其确切的宿主范围和易感动物、病毒在不同宿主间传播的机制、与溢出相关的基因型特征等。未来对 arbo-JMV 的研究应着重于建立动物疾病模型,这将有助于深入了解其传播机制,为制定针对这类病毒及其他相关新兴病毒的防控措施提供依据,从而保障公众健康和动物健康。
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