Cell：揭示疫苗中的减毒脊髓灰质炎病毒恢复毒力机制

Jianbo

图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2017.03.013。

脊髓灰质炎（polio, 也称作小儿麻痹症）几乎被根除了。如今，大多数脊髓灰质炎爆发风险并不是来自于野外的脊髓灰质炎病毒（poliovirus），而是来自于由减毒脊髓灰质炎病毒组成的口服疫苗。这些病毒积累突变，从而允许它们在未充分接种的人群中传播，重新获得毒力，甚至导致疾病爆发。如今，根据一项新的研究，研究人员绘制出脊髓灰质炎病毒发生的一系列突变，这可能解释了一些疫苗衍生脊髓灰质炎病例如何能够产生。相关研究结果发生在2017年3月23日的Cell期刊上，论文标题为“The Evolutionary Pathway to Virulence of an RNA Virus”。

利用来自这种传播的疫苗衍生脊髓灰质炎病毒（vaccine-derived poliovirus）流行病的数据，来自美国加州大学旧金山分校、加州大学伯克利分校、以色列特拉维夫大学和英国国家生物学标准与控制研究所的研究人员鉴定出他们认为减毒的口服脊髓灰质炎疫苗病毒（oral polio vaccine virus, OPV）重新进化出毒力的基因突变。他们还发现一种减毒的OPV病毒接受基因改造获得的毒力突变会导致小鼠瘫痪。

对脊髓灰质炎病毒而言，在体外培养的细胞中更适合复制的病毒通常对人类或小鼠具有更强的瘫痪能力。

在过去，所有三种OPV毒株发生毒力恢复，导致疾病爆发，但是这通常是在口服脊髓灰质炎疫苗的2型脊髓灰质炎病毒（OPV2）中发生的。OPV2流行病已在白俄罗斯、中国、埃及、马达加斯加和尼日利亚等地方发生了几十次。鉴于野生的OPV2病毒在1999年已被根除，公共卫生工作者在2016年4月开始使用一种基于减毒的1型脊髓灰质炎病毒和3型脊髓灰质炎病毒的二价疫苗。利用来自传播的源自OPV2的强毒病毒的424种序列（代表着大约30次独立的OPV疾病爆发），这些研究人员构建出一种进化树，表明这些OPV病毒如何从初始的减毒疫苗病毒中进化出来。

起初，这些研究人员期待在每次流行病中发生的每种突变会在他们的分析中发挥着重要的作用。相反，他们发现1000多种突变在这个进化树的每个分支中是共有的。为了着重关注经历正向选择的这些突变（因而可能在病毒毒力中发挥着作用），他们使用了特拉维夫大学研究员Adi Stern开发出的一种数学模型。基于这项分析，他们确定这种减毒的OPV病毒分三个阶段恢复毒力。首先，三种早期的“管家基因”突变为这种病毒进化作出准备。接着，这种病毒基因组的5’非翻译区与肠道中的一种人肠道病毒的5’非翻译区发生重组。最后，额外的突变进一步增加这种病毒的适应度，这其中就包括很多不会改变蛋白氨基酸序列的同义突变。

论文共同通信作者、加州大学旧金山分校研究员Raul Andino说，在前两个阶段期间发生的基因突变之前已观察到，但是在第三个阶段发生的同义突变是新的和令人关注的。他解释道，在进化理论上，同义突变被认为是中性突变，这是因为“它们并不会提供任何适应度方面的益处。但是这些突变明显会给这种病毒带来益处。”

为了在实验室中模拟毒力恢复，这些研究人员让OPV2病毒感染HeLa细胞，并且连续传代，直到这些细胞完成十二次以上的复制周期，然后对这些病毒进行测序，以便鉴定出脊髓灰质炎病毒发生的等位基因突变。他们发现在来自人群脊髓灰质炎流行病的这些病毒中鉴定出的这些相同的突变也在这种细胞培养系统中产生。

接下来，这些研究人员对OPV2毒株进行基因改造，让它们单个地和组合地发生管家基因突变，以便在病毒竞争测定中测试它们的适应度，以及在小鼠体内测试它们的毒力。相比于这种口服减毒毒株疫苗，每种管家基因突变都会增加病毒适应度，而且组合发生的3种管家基因突变是格外强健的，对小鼠的毒力最强。如今，Andino正与与其他人合作开发一种更加难以发生毒力恢复的OPV2疫苗。

原文：Adi Stern, Adi Stern, Ming Te Yeh, Tal Zinger et al. The Evolutionary Pathway to Virulence of an RNA Virus. Cell, 23 March 2017, 169(1):35–46, doi:10.1016/j.cell.2017.03.013

（生物谷）

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首先，三种早期的“管家基因”突变为这种病毒进化作出准备。
接着，这种病毒基因组的5’非翻译区与肠道中的一种人肠道病毒的5’非翻译区发生重组。
最后，额外的突变进一步增加这种病毒的适应度，这其中就包括很多不会改变蛋白氨基酸序列的同义突变。