西尼羅熱流行和傳播機制研究進展

耿慶華，林 森，裴程程，李成鏞，賈 赟，姜 焱

（1. 沈陽海關，遼寧沈陽 110016；2. 大連海關技術中心，遼寧大連 116001；3. 南京海關動植物與食品檢測中心，江蘇南京 210001）

西尼羅熱（West Nile fever，WNF）是由西尼羅病毒（West Nile virus，WNV）引起的人獸共患病。WNV 是最早發現的可感染人類的蟲媒病毒之一，自1937 年在烏干達首次被發現以來，在世界上除了南極洲以外其他大陸都有其傳播和流行的證據。鳥類（宿主）和蚊子（媒介）之間維持著該病的地方性循環，而人類以及馬、狗、駱駝和山羊等哺乳動物是WNV 的終端宿主[1]。動物監測在監控WNF 暴發中起著至關重要的作用，其有助于預測該病在人類中的流行趨勢。例如，在北美洲對烏鴉等野生鳥類的監測結果是用于界定WNV 流行區域和時間的重要指標[2]，馬和家禽等家養動物也可用作人間WNF 的哨兵動物。

1 主要流行譜系

WNV 是單股正鏈RNA 病毒，其基因組編碼7 種非結構蛋白和3 種結構蛋白（包膜蛋白、膜蛋白和衣殼蛋白）。其中：包膜蛋白與細胞受體相互作用，在引發體液免疫中起重要作用，而非結構蛋白在病毒復制和免疫反應中具有不同的功能[3]。

20 世紀60 年代的血清學和分子生物學研究表明，來自不同地區的WNV 毒株出現了變異。在烏干達首次暴發WNF 后，對包膜蛋白的基因組測序證明在非洲WNV 有兩個主要譜系，即譜系1 和譜系2[4]。譜系1 主要出現在非洲中部、北部以及歐洲和澳大利亞，1999 年出現在美洲，目前幾乎分布在世界各地，對野生動物、家養動物和人類具有致病性，已在幾個非洲國家以及中東、東歐和北美地區引起了人類腦炎流行，在歐洲引起了高死亡率的大規模馬WNV 感染流行[5]。譜系2 主要在非洲南部和馬達加斯加流行，2005 年在中歐出現，通常與系統性發熱疾病有關。從20 世紀90 年代開始，在地中海地區以及歐洲其他國家也發現有譜系2 型病毒的傳播。2010 年，由于譜系2 型WNV 感染的暴發，希臘出現了嚴重的人類神經系統疾病病例[6]。因此，譜系2 型病毒具有在歐洲和南非引發人類疫情的風險，并對世界其他地區構成持續威脅[7]。

還有幾種不太常見的譜系，如俄羅斯的譜系3和4 以及印度的譜系5 和西班牙的譜系6，這些譜系可能是從北半球單獨引入進化而來的[8]。從公共衛生角度來看，譜系1 和2 是目前最重要的流行譜系，已在北美洲和歐洲引起流行病，在非洲也可能存在流行（報道不足）。

2 傳播機制

2.1 蚊子在WNV 傳播中的作用

研究表明，WNV 在蚊子和脊椎動物宿主（主要是鳥類）之間維持著地方性循環。MNV 主要通過蚊子接觸病毒傳播，而蚊子通過吸食含高濃度病毒的鳥類血液而感染。1943 年，在一項實驗室研究中發現了第一個通過受感染蚊子（白紋伊蚊）叮咬而傳播WNV 的證據。除了WNV 其他傳播途徑，例如直接接觸受感染的血液、組織、氣溶膠、糞便、母乳以及經胎盤傳輸等，蚊子感染是完成WNV 傳播周期所必須的，由其將病毒傳播給人類及脊椎動物宿主。

已經確定，鳥類被叮咬將WNV 傳染給成年蚊子（伊蚊、伊蚊和庫蚊）的最低病毒血癥滴度為101.5PFU/mL[9]。有些蚊子一生都會受到感染[10]。蚊子的外源性潛伏期隨著環境溫度的升高而縮短[11]，蚊子在吸食受感染的血液后，在26～30 ℃下的外源性周期可持續3～5 d，在14 ℃下可持續36 d。雀形目、隼形目、鸻形目、鴕鳥目、鸮形目、雁型目、鴷形目、鴿形目、鸚形目、雞形目和鴕鳥目等禽目動物在感染WNV 后12 h，其體內血液中的病毒含量可以達到感染蚊子的最低病毒血癥滴度（101.5PFU/mL），鶴形目在感染后36 h，其血液中的病毒含量可以達到感染蚊子的最低病毒滴度。在鴷形目和鴿形目體內保持這種感染蚊子的最低病毒滴度可以維持4 d，在雀形目和鸻形目可維持7 d以上，上述其余禽目動物可維持5～7 d[12]。

在不同哺乳動物和鱷魚身上進行的感染試驗表明，101.5PFU/mL 的病毒血癥水平足以感染蚊子[13]。然而，大多數受感染哺乳動物的病毒血癥持續時間較短，且很少能達到感染蚊子的病毒滴度。人類感染WNV 后，其血液中的病毒含量可以達到感染蚊子的水平（最低病毒血癥滴度為101.5PFU/mL），但仍被認為是WNV 傳播周期中的終端宿主[14]。

WNV 持續存在的主要原因是WNV 可以經蚊子卵或受感染的蚊子度過整個冬天[15]。在肯尼亞研究者發現，庫蚊以及路易斯安那州的鹽水庫蚊和東部樹洞蚊子在野外條件下可以垂直傳播WNV[16]。在埃及，研究人員在實驗室條件下用WNV 感染伊蚊、白紋伊蚊、尖音家蚊等，發現這些蚊子也可以垂直傳播WNV[17]。

在不涉及脊椎動物宿主的情況下，蚊子作為WNV 的主要載體，要維持垂直傳播病毒意味著受感染蚊子（伊蚊屬）的休眠卵是耐旱的。在漫長的動物間流行期內，庫蚊身上不可能存在這種機制，因為其卵子不耐干燥，但在伊蚊身上很可能發生，因為其卵子具有抗旱性[18]。20 世紀80 年代末（1986年和1988 年）以及2012 年和2013 年，在馬達加斯加部分地區分離的WNV 毒株在基因上密切相關，而這些毒株卻不同于1978 年在馬達加斯加發現的第一個分離毒株，也不同于來自非洲（西部、東部、中部和南部地區）和北極地區（歐洲）的毒株[19]。這些結果表明，當地流行的WNV 不是從其他國家新引入的。因此，考慮到埃及伊蚊和白頭伊蚊的豐度以及當地WNV 流行情況，在馬達加斯加有可能通過蚊子的垂直傳播維持著WNV 的傳播循環。

據報道[20]，在溫帶的野外條件下，WNV 可以在成年蚊子中度過冬天。在歐洲，2017 年首次在越冬蚊子中檢測到了WNV[21]。這一發現支持了歐洲冬季WNV 在蚊子體內持續存在的推測。因此，可以認為歐洲的WNV 譜系2 流行是由于其在蚊子體內長期存在，并垂直傳播和維持蚊子-鳥類的傳播周期，而不是引入新病毒。然而，還需要進一步對越冬蚊種、留鳥和馬種群以及人類進行WNV 監測，深入分析中歐地區WNV 循環、越冬和垂直傳播的方式。

此外，Fontenille 等[22]在馬達加斯加研究發現存在兩個不同的森林循環，涉及西部地區的干燥森林和中部地區的潮濕森林。事實上，在1982—1988 年從庫蚊科分離的55 個WNV 毒株中，有40個是從蚊子身上分離出來的，這些蚊子是在西部干旱森林中采集的，涉及白頭伊蚊、埃及伊蚊、環鼻伊蚊、馬達加斯加伊蚊和三帶喙伊蚊。在中央高地的一個村莊環境中，從致倦庫蚊和單紋家蚊中分離出3 株WNV 毒株，它們靠近退化的潮濕森林；已知單紋家蚊參與了該地區的WNV 傳播，并可能作為森林環境和附近村莊家畜宿主之間的傳播橋梁。

2.2 鳥類在WNV 傳播中的作用

鳥類遷徙是WNV 傳播的主要機制。當受感染的蚊子以非免疫性鳥類為食時，WNV 地方性流行周期就開始了。初步研究[23]表明，一些鳥類會出現WNV 高滴度病毒血癥，而家畜不會產生足夠的病毒血癥來感染蚊子，而這是WNV 在某一地區廣泛感染并流行的必要條件。這使人們推測野生鳥類是WNV 的宿主。1953 年從尼羅河三角洲中北部地區一只鴿子的大腦、脾臟和血液中分離出WNV就證明了這一推測[24]。后來的研究[24]也證明了部分野生鳥類是WNV 流行地區的儲存宿主，受感染的鳥類會出現短暫的高滴度病毒血癥，從而將WNV 傳播給蚊子。

1955 年在埃及的生態學研究表明，一些地區WNV 血清陽性的人類與血清陽性的烏鴉存在密切相關性。20 世紀50 年代中期，在埃及進行的一項最早的鳥類WNV 血清調查[24]在流行地區檢測的所有常見鳥類中都發現了WNV 中和抗體，其中帶帽烏鴉的中和抗體陽性率最高，尤其是在WNV 流行地區，實驗感染烏鴉的死亡率高達100%，因而推測自然感染烏鴉的死亡率也會很高。然而，正如高抗體陽性率所表明的那樣，許多人在自然感染中幸存下來。該研究還發現，戴帽的烏鴉和麻雀有足夠的病毒血癥來完成鳥-蚊-鳥的循環傳播。另一項涉及南非野生鳥類的研究[25]發現，來自5 個科的13 種鳥類均可以達到能夠感染蚊子的WNV 病毒血癥，且感染性病毒血癥期可以維持4 d。

有人提出，鳥類是包括WNV 在內不同蟲媒病毒的主要脊椎動物宿主，至少部分原因是它們的病毒血癥期相對較長。因此，研究者推測在撒哈拉以南越冬地與歐亞或北極繁殖區之間，候鳥物種可以在相對較短的時間內長距離引入病毒。此外，鑒于庫蚊屬被認為是導致WNV 傳播的主要蚊子宿主，并且該屬在很大程度上與水生地區相關，因此可以認為一系列不同鳥類目和科的不同種類的水鳥可能是WMV 傳播中最重要的遷移傳播者[26]。

在歐洲和美洲，受感染的候鳥是引入或再次引入并傳播WNV 的重要宿主。在南非，Jupp[27]報道稱，WNV 在溫帶內陸高原地區的野生鳥類和嗜鳥型蚊子之間保持著地方性傳播，該研究報道大約有30 種鳥類參與了這一傳播，而沒有因感染WNV 導致的死亡病例，表明它們才是該地區WNV 的真正宿主。

在美洲，WNV 在引入后的4 年內傳播到美國大部分地區，同時向北進入加拿大，向南進入墨西哥等中美洲和南美洲國家。2000—2012 年，公共衛生部門檢測到的WNV 分離株系統發育分析證實，引入的病毒能夠在北美地區迅速傳播，幾乎沒有空間傳播障礙，這也許與鳥類遷徙有關[28]。自2002 年以來，美國每年報告662～9 438 例人類WNV 感染病例。病毒基因組數據研究表明，一些局部傳播鏈（即系統發育樹上的分支）至少持續了10 年，這可能是由于易感蚊子媒介和鳥類宿主的不斷繁殖。數據表明，WNV 每年都會對美國公共健康構成威脅，至今沒有緩解跡象。此外，現在有大量證據表明，幼鳥的分散在傳播中起著關鍵作用[29]，分散的幼鳥和候鳥都可能是WNV 最初在美國傳播的原因。

2.3 蚊子-鳥模式在WNV 傳播中的作用

1999 年WNV 在紐約首次被發現后，迅速傳播到整個美國大陸地區，導致人類感染流行和大規模鳥類死亡。目前，WNF 已成為美國的地方病，自1999 年出現以來，已導致48 000 多個病例，其中包括 24 000 個神經侵入病例和2 300 多個病例死亡，整個美國大陸還約有700 萬人被感染但無癥狀。美國對WNV 基因組學的研究[30]揭示了蚊子-鳥模式在病毒傳播到一個新的地區并維持地方性流行方面發揮了核心作用。親鳥蚊子媒介在吸食受WNV 感染的鳥類血液過程中獲得感染，在短時間內病毒得到復制，受感染的蚊子通過叮咬宿主或擴增宿主（候鳥或本土鳥類）以及馬或人類來傳播WNV。一旦足夠比例的蚊子和擴增脊椎動物宿主被感染，以哺乳動物和其他非脊椎動物為食的“橋接”蚊子物種就會被感染。在許多鳥類、爬行動物和哺乳動物中都發現了自然獲得性的WNV 感染[31]。然而，鳥類被認為是唯一一個實質上參與地方性循環的物種。人類和馬常會出現有癥狀的感染，但這兩個物種都不被認為對病毒擴增傳播有顯著貢獻，因為其病毒血癥期短且滴度低。因此，研究者認為受感染的鳥類或蚊子的流動性是將WNV從中東引入美國的更合理傳播機制，而不是受感染的人類。

WNV 首次在紐約引發疫情后，對蚊子和鳥類監測[32]顯示，WNV 沿東海岸傳播，2001 年到達佛羅里達，2002 年向西傳播到落基山脈和太平洋西北部（華盛頓州），2003 年在南加州被檢測到，標志著它在美國大陸被成功定殖并穩定流行。病毒基因組數據顯示，WNV 在美國的傳播速度甚至比監測數據顯示的還要快。眾多國家和地區的系統發育研究表明，WNV 在引入后遇到了一個非常有利的環境，其傳播幾乎沒有障礙，部分原因可能是可傳播WNV 鳥類宿主和蚊子載體的多樣性[33]。在這些地區中存在數量非常豐富的雀形目鳥類（如畫眉和麻雀）和庫蚊（如眼鏡猴和淡色庫蚊），這些都是維持WNV 傳播的最重要因素。因此，美洲存在的大量易感宿主和病媒很可能幫助了WNV 迅速擴散至整個美洲大陸。實驗室[34]、野外[35]和系統發育研究[36]表明，感染WNV 的候鳥遷徙促進了非本地病毒的引入。事實上，WNV 沿東海岸的早期傳播與主要的鳥類遷徙路線一致，雖然路線主要向北和向南，但雀形目的橢圓形遷徙模式可能是WNV 向東向西擴張的原因[37]。

在歐洲，WNV 在動物宿主中持續存在的機制尚不清楚，但正如在美國進行的研究[33]所示，它們可能導致某些個體出現持續的慢性感染。事實上，WNV 一旦在新地方定殖，就會在少數最有能力的蚊子物種及其首選的覓食宿主（主要是鳥類）中，以地方性循環的方式傳播[38]。在溢出事件發生之前，WNV 可能在歐洲會持續傳播數月甚至數年[39]。一種或多種鳥類可能參與擴增傳播鏈，其中一些在維持森林傳播中很重要，而另一些可能參與城市周邊和城市內部的傳播。

綜上所述，鳥-蚊-鳥傳播模式一方面是維持WNV 地方性持續傳播的主要方式，同時也是跨地區傳播的主要途徑。被蚊子感染的候鳥將WNV引入到新的國家或地區后，如果有適宜的環境及足夠豐度的鳥類和蚊子就可以建立新的鳥-蚊-鳥傳播循環，在這個過程中還可以發生鳥-蚊-哺乳動物（包括人類）的病毒外溢情況，從而導致馬或人類感染疫情的發生。因而，在有候鳥遷徙的地區，尤其是有來源于WNV 高發地區鳥類的停留和生活的地方進行鳥和蚊子WNV 監測是對該病最有效的早期預警方式。

2.4 其他動物在WNV 傳播中的作用

之前研究發現，其他動物接觸WNV 后很少出現可以繼續傳播的高病毒血癥或明顯的臨床癥狀。對綿羊的感染試驗研究[40]表明，被感染WNV 蚊子叮咬的綿羊沒有成為病毒傳播者，僅少數綿羊產生了中和抗體，這表明綿羊僅是無癥狀感染者。對豬的試驗研究表明，它們對WNV 不易感；對小牛的感染試驗表明，它們未能產生病毒血癥[40]。在南非Highveld 地區，對狗進行感染試驗發現，在狗中可檢測到WNV 病毒血癥，但病毒滴度很低[27]。其他家畜可以在自然環境中產生WNV 抗體。在南非，3 匹實驗性感染2 系毒株的馬沒有出現臨床癥狀；對賽馬的血清調查顯示，11%的1 歲幼馬在第1 年WNV 血清就轉為陰性，而75%的母馬WNV 抗體陽性[41]。一項為期8 年的監測研究[42]表明，南非每年有2%～13%的馬神經系統病例是由WNV 譜系2 引起的，死亡率為30%。在這項研究中，在1 頭當地飼養的艾爾郡奶牛和1 只波爾山羊身上也檢測到了WNV，其神經系統癥狀表明當地飼養的牲畜也可能受到影響。

以上的研究表明除了蚊子和鳥類，其他動物在WNV 的傳播中作用微乎其微，雖然很多動物呈WNV 血清陽性，但是它們僅出現很低滴度的病毒血癥或無臨床癥狀。

2.5 其他途徑的傳播

幾乎所有人類WNV 感染都是由受感染蚊子叮咬引起的，然而已發現了人類的其他傳播模式。2002 年首次發現與輸血相關的WNV 傳播，當時美國有23人在接受16名病毒血癥獻血者的血小板、紅細胞或血漿后感染。2003 年，美國開始對獻血進行常規篩查，從血液供應中發現了3 000 多種受WNV 感染的血液制品[43]。然而，由于獻血的病毒水平低于檢測限，與輸血相關的罕見傳播病例仍在繼續發生[44]。同樣在2002 年，在4 名普通捐贈器官接受者中發現WNV 感染，這是首次記錄到通過捐贈器官傳播WNV 的病例[45]。第2 次傳播發生在2005 年，其中4 個器官接受者中有3 個感染了WNV，這些器官均來自同一個感染WNV 的普通捐贈者。該供體對WNV IgM 抗體呈血清陽性，但WNV 核酸呈陰性，表明在沒有可檢測到的血清病毒血癥情況下也可能存在病毒傳播。自那時以來，美國和歐洲還報告了其他幾例通過實體器官移植獲得WNV 感染的病例或集群[46]。

3 結語

從1937 年WNF 暴發以來，WNV 已迅速傳遍了南極洲以外的全球其他大洲，并成為歐洲和美洲主要的公共衛生威脅。在過去的20 年間，美國以及歐洲和非洲等國家對WNF 流行病學進行了非常深入和廣泛的研究，包括宿主-病原體-媒介-環境相互作用，病原體適應宿主和媒介的潛力，病毒基因組進化及變異，氣候、土地利用和宿主免疫對傳播生態學的影響，以及宿主-病毒-載體相互作用的每個成分在WNV 傳播的空間和時間變化中的相對作用等。

據報道[47]，我國在新疆等地的野鳥、馬、雞和綿羊等動物中檢出了WNV 抗體陽性，并在新疆的蚊蟲標本中分離到5 株WNV，這些都表明我國已經存在WNV。但是我國目前對WNF 流行病學的研究還停留在簡單的樣品檢測方面，缺乏對高風險地區蚊子、鳥類等攜帶和傳播WNV 模式的研究。基于國外對WNF 流行病學的研究概況，我國急需持續開展對候鳥棲息地鳥類和蚊蟲的WNV 監測，深入開展WNV 媒介、氣候和環境等多種因素影響的流行病學機制研究；有關權威部門應匯總并建立WNV 監測數據庫，分析WNV 病毒基因變異情況及傳播范圍，在一些地區開展WNV 傳播風險分析研究，為我國WNF 的流行和暴發建立早期預警機制。同時積極開展宣傳培訓工作，做好相關實驗室監測和檢測的技術儲備，提高防控水平。