轮状病毒(Rotavirus,轮状病毒(RV))为呼肠病毒科的成员之一,根据病毒表面蛋白VP6抗原性不同,轮状病毒(RV)分为A~G组和A~C组。轮状病毒(RV)能引起人和动物腹泻,并以A组最常见,是婴幼儿腹泻的重要病原。轮状病毒(RV)有“民主病毒”之称,几乎所有5岁以下儿童都发生过轮状病毒(RV)感染。全世界患腹泻病住院的5岁以下儿童中,20%~70%为轮状病毒腹泻。发展中国家和发达国家的轮状病毒腹泻的发病率相似,但发展中国家的病死率高,主要系脱水所致。虽然推广口服补液盐来治疗脱水,但在具体使用中有很多地方存在问题,并不足以降低腹泻的病死率,因此发展轮状病毒疫苗十分必要。经过十几年的研制,RRV-TV疫苗于1998年8月31日经FDA批准在美国上市使用,欧洲发达国家正在申请引进疫苗,WHO将推荐在轮状病毒腹泻更为严重的发展中国家使用此疫苗。本文重点介绍轮状病毒腹泻的预防与控制。
1. 轮状病毒感染的流行病学
轮状病毒(RV)感染小肠绒毛的上皮细胞后进行大量复制,在感染儿童的粪便中含量很高。原发性感染的儿童可无症状,但大部分表现急性腹泻,伴发热和/或呕吐,病情严重者伴随脱水、酸中毒、电解质紊乱甚至神经系统症状,疾病的潜伏期为1~4天。免疫功能正常的儿童从症状出现前2天到症状出现后10天排毒,最近Richardson等又发现患重型轮状病毒腹泻儿童的排毒时间可长达腹泻后57天。轮状病毒(RV)持续排泄对病毒的传播很重要。轮状病毒(RV)通过粪-口途径在人与人之间传播,有学者推测轮状病毒(RV)通过呼吸道传播,但至今仍没有明确的证据。轮状病毒(RV)可感染很多动物,目前动物和人之间的传播尚未被证实。
儿童可经历数次轮状病毒(RV)感染,在4岁以前至少有过一次自然感染。初次感染后,38%的儿童免于再感染,77%免患腹泻,87%免患重型腹泻。尽管25%的重型腹泻发生在2岁以上儿童,但腹泻在3月龄至2岁的婴幼儿人群中最严重。3月龄以下的婴儿由于母乳喂养及母体抗体的保护,发病率低,且病情轻。新生儿轮状病毒(RV)感染通常无症状,早产儿易感。
轮状病毒(RV)感染在大部分国家全年发生,在全球范围,以寒冷季节为流行季节。轮状病毒(RV)感染高峰季节在不同地区差异较大,往往发生在秋季到春季这段时期。在温带地区,冬季为流行季节;在热带地区,旱季为流行季节。轮状病毒(RV)感染的季节性在美国、欧洲遵循地区顺序。美国流行高峰于11月份从西南地区开始,于4、5月份在东北、北部地区结束;欧洲的资料显示,每年流行高峰于12月份出现在西班牙,2月份在法国,2~3月份在北欧和英国,整个流行趋势也是从欧洲西南移向北部。这一流行模式可能与低气温、相对低湿度、流行株的迁移及变异有关。
轮状病毒腹泻在发展中国家和发达国家都是一个重要的健康问题。全世界每年5岁以下儿童中有12500万名儿童患轮状病毒腹泻,1800万名患儿病情较为严重。发展中国家每年约有60~87万名患儿死于重型轮状病毒腹泻,占腹泻病死亡总数的20%~25%。在发达国家,轮状病毒(RV)病情较轻,全美每年仅20~40名儿童死于轮状病毒腹泻,但患病人数高达350万。在欧美国家住院的腹泻病患儿中,30%~50%为轮状病毒腹泻。美国每年有1/77的学龄前儿童因患轮状病毒腹泻而住院,总计约5.5万名儿童;欧洲有1/4的同龄儿童因此病住院。美国为轮状病毒腹泻承担的直接医疗费用每年高达56400万美元。此外,轮状病毒(RV)也是医院内感染性腹泻的常见病原。
2. 轮状病毒(RV)流行株的多样性
轮状病毒(RV)的多种血清型可感染人类,感染后产生的自然保护作用与血清中的中和抗体有关,也与血清和粪便中特异的IgA有关。轮状病毒(RV)的外壳结构蛋白VP4、VP7具有中和抗原活性,刺激机体产生中和抗体。VP7为糖蛋白、含量丰富,系主要抗原,依其抗原性不同区分的血清型称之为G型;VP4为蛋白酶敏感蛋白(Protease-sensitive protein),含量少,系次要抗原,但具重要致病性,按其抗原性区分的血清型称之为P型。
病毒分型采用PCR和免疫扩散法。近年来很多研究采用PCR法,其可以常规鉴定P基因型,并能对ELISA法不能分型的G血清型作进一步分型,使人们对轮状病毒(RV)的特征认识得更加充分。
VP7的基因分型与血清分型相关性好,至今已发现14种血清型,其中G1-4,5,6,8-10,12在人类中存在。多项研究证实,G1-4血清型在人群中最流行,占71%~97%。P型分型较复杂,VP4的基因分型与血清分型相关性差,因而P型有时有2个标识,如PIA[8](方括号内为基因型,在血清型之后)。目前已有20种P基因型或血清型被描述,在人类只有8种,以P[4]、P[8]占大多数,且和G1-4血清型组合机率最高。1996年,Gentsch等对全球2700份轮状病毒(RV)株的分型结果作了总结,显示P[8]G1占53%,P[8]G3占5.4%、P[8]G4占14.3%、P[4]G2占10.7%,共计83.4%[14]。来自印度、巴西的研究资料有所不同:在印度,P[6]G9 轮状病毒(RV)株较常见,占第二位;在巴西,P[8]G5 轮状病毒(RV)株较常见,占第三位。最近在孟加拉国,P[6]G9 轮状病毒(RV)株流行。美国1998年的公布资料也提示,P[6]G9 轮状病毒(RV)株为第四位流行株,占5.5%,次于P[8]G1(66.4%)、P[4]G2(8.3%)、P[8]G3(6.9%)轮状病毒(RV)株。这些轮状病毒(RV)株检出率的升高,说明以往诊断不全面,或者近年人群中出现新的轮状病毒(RV)流行株。
3. 轮状病毒腹泻的预防与控制
轮状病毒腹泻是全世界所面临的问题,尤其在发展中国家,该疾病直接关系到儿童的生存。早在1985年,WHO就提出要发展安全有效的轮状病毒(RV)疫苗用以控制腹泻病。
疫苗的研制始于80年代初,早期的疫苗为动物源性疫苗。由于人与牛或猴等动物的轮状病毒(RV)拥有相同的组抗原,且异源性保护在动物模型被证实,因此疫苗研制者试图通过减毒的病毒免疫预防人类轮状病毒(RV)感染。牛RIT4237、恒河猴MMUI8006、牛WC3等常作为候选毒株制成疫苗,在发达国家现场实验,效果令人满意;而在发展中国家包括冈比亚、卢旺达、秘鲁、中非等地则效果不佳,并且这种异源性疫苗对受试者缺乏持续的保护作用。人类轮状病毒(RV)也曾用于疫苗研制,但其经细胞培养后仍具有一定的致病性,进一步在低温下传代减毒后免疫原性很差,故人类轮状病毒(RV)疫苗的研制很快被中断。
根据病毒型特异性免疫(如同源性免疫)比异源性免疫更具保护效果,80年代末、90年代初以后应用基因重组技术,人工合成新的轮状病毒(RV)毒株,对疫苗的发展起到极大的推动作用。单价牛-人、恒河猴-人轮状病毒(RV)重组疫苗经历了较长的发展史,它们在不同的试验场地保护效果差异很大,原因在于不同地区流行的轮状病毒(RV)血清型有所不同。为了扩大疫苗的抗原特异性,对多种轮状病毒(RV)血清型产生良好的保护效果,有学者发展了多价重组疫苗。他们研制的四价牛WC3 轮状病毒(RV)重组疫苗(WC-QV)包含G1-3。P[8]血清型抗原,在美国多中心实验中,保护轮状病毒腹泻的效果达67%,但接种疫苗的儿童组轻型腹泻的发生率较安慰剂组高7.9%,目前未获批准使用。Wyeth研制的四价RRV-TV疫苗,在美国、芬兰、委内瑞拉的临床实验中显示很好的免疫原性,对轮状病毒腹泻的保护效果为48%~68%,对重型轮状病毒腹泻的保护效果为75%~100%,效果可持续2年,副反应轻,约1/3的婴儿在口服第一剂疫苗3~4天后出现短暂的自限性发热。RRV-TV商品名是“RotaShield”,为液体制剂,每剂市场价38美元,分3剂在婴儿2、4、6月龄时口服,可以和DPT、Hib、OPT、HBV疫苗同时接种。1998年12月美国儿科学会推荐常规使用该疫苗,现实目标是预防重型轮状病毒腹泻。
轮状病毒(RV)预防接种计划可为社会带来较大的经济效益,据统计,全美儿童如按时接种轮状病毒(RV)疫苗,在5岁以下儿童中,将有108万名儿童免患腹泻,13名儿童免于死亡;若按疫苗单剂批发价20美元计算,疫苗将为社会节约2.96亿美元,如芬兰96%儿童接种该疫苗,将为其社会节约110万美元。疫苗更大的好处是防止发展中国家儿童死于腹泻病。如果疫苗在非洲合理使用,每年将挽救17~21万名儿童的生命。
4.问题与展望
虽然RRV-TV疫苗已获得使用,疫苗的研制仍在继续,发展新一代更高效、更廉价、肠道外接种的疫苗是将来的方向。至今,轮状病毒(RV)的免疫保护机制尚未被彻底阐明,仍缺乏可靠的血清学免疫指标预测疫苗的保护力。动物实验发现,轮状病毒(RV)结构蛋白VP6和非结构蛋白NSP4可能诱导免疫保护反应,这些问题的阐明将为人们研制更好的疫苗提供科学依据。目前正在研制的新一代疫苗包括病毒样颗粒(VLPs)亚单位疫苗、DNA疫苗可望用于人类。前者由牛RF株VP2、猴SA11株VP4、VP6、VP7结构蛋白基因在杆状病毒系统重组后表达,形成G1VP2/4/6/7或2/6/7VLPs,经肌肉注射接种;后者含有鼠轮状病毒(RV)结构蛋白VP4、VP6或VP7,经皮下注射接种,两种疫苗在动物实验中均显示有效。
轮状病毒(RV)疫苗的推广应用使预防并控制全世界儿童轮状病毒腹泻的目标跨出了重要一步,从长远来看,疫苗将主要在发展中国家使用。疫苗的最终目标是列入WHO扩大免疫规划中去。
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