猴痘疫情暴發(fā)不到兩個月，全球累計確診病例超3500例，疫情波及到44國，其中多為此前從未發(fā)現(xiàn)過猴痘病例的國家。作為痘病毒家族的屬員，猴痘病毒毒株出現(xiàn)了怎樣的演化，使其能夠跳出非洲大陸，在非傳統(tǒng)流行地如此廣泛蔓延？ 毒株的傳播率為何又會持續(xù)上升？ 6月24日，來自葡萄牙里斯本國家衛(wèi)生研究所的若昂.保羅.戈麥斯（Jo?o Paulo Gomes）博士及其團(tuán)隊在《自然-醫(yī)學(xué)》（nature-medicine）上發(fā)表了相關(guān)論文，研究者通過重建本輪猴痘病毒基因組的序列，揭示了此次猴痘疫情的演化軌跡。 

6月24日凌晨，在接受澎湃新聞(www.6773257.com)記者采訪時，若昂.保羅.戈麥斯博士表示，“我們在研究中發(fā)現(xiàn)，2022年暴發(fā)的猴痘病毒基因組與2018—2019年的近緣病毒基因組相比，相差了約50個單核苷酸變異多樣性位點(diǎn)（SNPs）?；蚪M超出預(yù)期的突變率，顯示出猴痘病毒可能正變得更加適應(yīng)人體?！?/p>

“目前這只是一個假說，”戈麥斯博士說，“但我們觀察發(fā)現(xiàn)，本輪猴痘病毒的很多突變基因，靶向是與免疫系統(tǒng)相互作用的病毒蛋白質(zhì)。這可能是對該假說的印證?！?/p>

猴痘是一種人畜共患的罕見傳染病，其病原體為正痘病毒屬（該屬也包括天花病毒）的猴痘病毒（MPXV）。人類猴痘的潛伏期為5至21天，通常始于發(fā)燒、肌痛、疲勞和頭痛，隨后往往在原發(fā)感染部位出現(xiàn)斑丘疹，可擴(kuò)散到身體的其它部位。盡管猴痘病毒的天然宿主仍然未知，但嚙齒動物和非人類靈長類動物等動物可能攜帶該病毒，導(dǎo)致此前偶爾對人類的溢出事件。

通過對本輪疫情中15份猴痘病毒樣本進(jìn)行基因組測序，并將數(shù)據(jù)與歷史樣本比對，戈麥斯博士及其團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)，2022年5月發(fā)現(xiàn)的猴痘疫情的相關(guān)病毒毒株，是2018-2019年地方性流行國家暴發(fā)的猴痘病毒的一個特征明確的進(jìn)化支； 當(dāng)前傳播的猴痘疫情很可能始于同一起源。研究者認(rèn)為，猴痘病毒基因組的進(jìn)化支或許表示病毒的演化仍在加速進(jìn)行。 

此外，研究者還在此次猴痘疫情的人際傳播中發(fā)現(xiàn)了病毒持續(xù)微進(jìn)化的跡象——在本輪病毒基因組樣本之間，出現(xiàn)了15個單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)（SNPs）、次變異以及基因刪除的情況。 

這些結(jié)果為進(jìn)一步研究猴痘病毒演化的潛在機(jī)制、以及病毒適應(yīng)人體的可能基因靶點(diǎn)提供了相關(guān)數(shù)據(jù)。 

截至6月23日，根據(jù)美國疾病預(yù)防與控制中心的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全球累計確診猴痘病例達(dá)到3504例，44個國家報告了確診病例。世界衛(wèi)生組織和多國衛(wèi)生部門正采取若干措施以遏制疫情擴(kuò)散，包括對猴痘患者的特定密切接觸者（暴露后）和有職業(yè)性猴痘暴露風(fēng)險的群體（暴露前）使用疫苗。

疫情起因——單一源頭的病毒在多個場景中被引入

此前，猴痘多在西非或中非地區(qū)發(fā)生，這些地區(qū)以外的罕見猴痘病例報告都與從這些流行國家的病毒輸出相關(guān)。

猴痘病毒能夠通過密切接觸病變體、體液、呼吸道飛沫和受污染物質(zhì)在人與人之間傳播，但目前的流行病學(xué)對猴痘病毒傳播動態(tài)和暴發(fā)幅度的研究，仍然存在諸多不確定。

此次全球猴痘疫情暴發(fā)后，為了及時獲得有關(guān)2022年暴發(fā)的猴痘病毒基因在病毒進(jìn)化樹上的定位信息，并初步了解病毒進(jìn)化趨勢，戈麥斯博士及其團(tuán)隊重點(diǎn)分析了15份猴痘病毒基因組樣本，其中包括2022年5月20日公開發(fā)布的第一份葡萄牙猴痘病毒基因組樣本，以及2022年5月27日之前發(fā)布的其它病毒樣本基因組序列，15份樣本中大多數(shù)來自葡萄牙病例。

通過將基因組序列快速整合到全球猴痘基因進(jìn)化樹中，研究者證實(shí)了2022年爆發(fā)的猴痘病毒屬于猴痘病毒的第3分支——即此前定義的“西非”分支，在“西非”分支中還包括分支2。第2、3分支的猴痘病毒此前最常見的報告地區(qū)是非洲喀麥隆西部和塞拉利昂，病毒的病死率（CFR）通常小于1%，而第1分支的病毒——此前稱為“中非”或“剛果盆地”分支，病死率（CFR ）通常大于10%。到目前為止，所有測序的猴痘暴發(fā)病毒株都緊密聚集在一起，這表明本輪猴痘暴發(fā)具有單一的起源。

研究發(fā)現(xiàn)，2022年猴痘病毒集群（譜系B.1），形成了2018—2019年從猴痘流行國家（尼日利亞）向英國、以色列和新加坡輸出的猴痘病毒分支（譜系A(chǔ).1）的后代，并與2017-2018年尼日利亞發(fā)生的大規(guī)模猴痘疫情有遺傳聯(lián)系。鑒于這些發(fā)現(xiàn)和猴痘流行病學(xué)歷史分析，研究者認(rèn)為，2022年猴痘疫情的出現(xiàn)很可能源自病毒從猴痘流行國家的輸出，疫情中出現(xiàn)的病毒，極有可能是由2017-2018年尼日利亞疫情中的猴痘病毒的持續(xù)傳播和演變而來。   

而最新發(fā)布的一份2021年的病毒基因組序列（USA_2021_MD，ON676708），來自從尼日利亞到美國旅行的病例，其在基因進(jìn)化樹上的位置處于2018 —2019年和2022年的序列之間，這一定程度也證實(shí)了該假設(shè)的成立。

不過研究者表示，不能排除在猴痘非流行國家，病毒在人類或動物中長期隱性傳播的可能?！袄绮《驹?018-2019年從流行國家輸出之后，便開始了隱匿傳播。”研究者說，“但考慮到猴痘病例個體的已知疾病特征——通常涉及局部或全身性皮膚病變，由于診斷不足等原因?qū)е碌臒o癥狀人際傳播，似乎不太可能發(fā)生。另一種假設(shè)，是病毒在非流行國家的動物宿主中進(jìn)行隱性傳播，然后導(dǎo)致最近的溢出事件，但這種情況竟然從未被報道過，也會讓人驚訝?！?/p>

因此，研究者認(rèn)為，已有猴痘病毒基因組數(shù)據(jù)指向表明，當(dāng)前猴痘疫情暴發(fā)的原因，更有可能是單一源頭的病毒在多個場景中被引入，超級傳播者事件（例如發(fā)生性接觸的桑拿活動）和出國旅行可能引發(fā)了病毒在全球的快速傳播。

但要確定與病毒引入相關(guān)的具體指示性病例可能具有挑戰(zhàn)性，這是因?yàn)楹锒活A(yù)期的潛伏期為5-21天，目前研究取得的基因組樣本有限。此前假設(shè)首例確診病例是猴痘疫情發(fā)生的指標(biāo)（2022年5月3-4日，病例從尼日利亞前往英國），但其后的流行病學(xué)研究顯示，實(shí)際上，葡萄牙和英國的病例最早癥狀發(fā)作的時間出現(xiàn)在4月下旬。

病毒進(jìn)化加速——免疫原性蛋白出現(xiàn)氨基酸變化

研究者稱，2022年的猴痘病毒株基因組中遠(yuǎn)超于研究者預(yù)期的突變率，可能代表著猴痘病毒進(jìn)化的加速。通常而言，正痘病毒基因組中，每年每個核苷酸位點(diǎn)僅會出現(xiàn)1-2次替換。

特別要指出的是，在此次發(fā)生變異的46個單核苷酸多樣性位點(diǎn)（SNPs）（24個非同義突變，18個同義突變，4個基因間核苷酸替代）中，猴痘病毒免疫原性表面糖蛋白B21（與2018年的英國樣本MPXV-UK_P2-182比對）出現(xiàn)了3個氨基酸的變化（D209N，P722S，M1741I）。此前的血清學(xué)研究表明，猴痘病毒B21蛋白可能是一個具有幾種關(guān)鍵免疫優(yōu)勢表位的重要抗體靶點(diǎn)。

與此同時，研究者通過對這 46 個 SNPs的檢查，進(jìn)一步揭示了這些突變具有強(qiáng)烈的偏好性，即出現(xiàn)了26個GA>AA（14個非同義突變，10個同義突變，2個基因間核苷酸替代）和15個（9個非同義突變，16個同義突變）TC>TT（G、A、T、C分別代表脫氧核苷酸中的鳥嘌呤，腺嘌呤，胸腺嘧啶，胞嘧啶）。 這種突變偏好性顯示，突變可能是宿主體內(nèi)的APOBEC3脫氨酶在病毒基因組中編輯造成。

據(jù)戈麥斯博士向澎湃新聞記者介紹，猴痘基因異常突變由人體APOBEC3蛋白酶編輯機(jī)制導(dǎo)致的假說，最早由英國愛丁堡大學(xué)的演化生物學(xué)家安德魯·蘭博特（Andrew Rambaut）提出。APOBEC3蛋白酶在人和一些哺乳動物體內(nèi)存在，能起到防御病毒的作用。其主要的抗病毒機(jī)制是它能夠在病毒單鏈DNA的復(fù)制過程中，使胞嘧啶堿基（C）脫去氨基，變成尿嘧啶堿基（U），當(dāng)另一條鏈合成時，尿嘧啶堿基與腺嘌呤堿基（A）配對，從而產(chǎn)生對病毒致死的G→A高突變現(xiàn)象。

此外，猴痘病毒中A/T核苷酸含量本身就很高，這種偏好性的突變會導(dǎo)致A /T在基因組中的占比更加不成比例，這進(jìn)一步表明，突變極有可能是非隨機(jī)突變因素例如APOBEC3的作用。事實(shí)上，APOBEC3蛋白酶能夠因?yàn)榧?xì)胞受到病毒感染而增加，通過脫氨編輯機(jī)制引入突變來抑制病毒。但在某些情況下，例如較低的脫氨水平，APOBEC3蛋白酶編輯造成的突變可能不會完全破壞病毒，從而增加了病毒產(chǎn)生超級變異的可能性，同時改變其特性。例如研究已發(fā)現(xiàn)，人體APOBEC3蛋白酶會造成艾滋病毒（HIV）產(chǎn)生免疫逃逸變異。

APOBEC3脫氨酶水平取決于宿主物種和組織的不同，不同宿主的APOBEC3蛋白酶對要突變的核苷酸或堿基序列（如二核苷酸或四核苷酸）會表現(xiàn)出不同的偏好。

戈麥斯博士向澎湃新聞記者表示，現(xiàn)在無法斷言，2022年猴痘病毒基因組的變異就是人類宿主、而非動物宿主的APOBEC3蛋白質(zhì)酶編輯的直接后果，但這種可能性很大。因?yàn)?，“?nbsp;2022 年暴發(fā)的猴痘病毒突變中觀察到的 GA>AA 和 TC>TT 這種模式的核苷酸替代，此前被發(fā)現(xiàn)是在對 HPV1a 足底疣和 HPV16 宮頸癌前活檢中檢測到的人乳頭瘤病毒基因（HPV）進(jìn)行編輯時，人類APOBEC3A脫氨酶（在角質(zhì)細(xì)胞和皮膚中表達(dá)）首選的突變模式?！备犒溗共┦空f。

微進(jìn)化跡象——猴痘病毒可能變得更適應(yīng)人際傳播

進(jìn)一步的病毒基因組進(jìn)化分析，也揭示了猴痘病毒在人與人之間傳播過程中已經(jīng)出現(xiàn)了微進(jìn)化的最初跡象。

在分析的15個病毒基因組序列之間，研究者檢測到15個單核苷酸多樣性位點(diǎn)(SNPs)的出現(xiàn)（8個非同義突變，4個同義突變，2個基因間核苷酸替代，1個終止密碼子）。值得注意的是，所有SNPs也遵循相同的偏好性突變規(guī)律，包括8個GA>AA(6個非同義，2個同義)和7個TC>TT(2個非同義，2個同義，1個終止密碼子，2個基因間核苷酸替代)。這進(jìn)一步表明APOBEC3蛋白酶編輯機(jī)制在猴痘病毒演化過程中的連續(xù)作用。

在2022年猴痘暴發(fā)菌株的基因組序列中，研究者還確定了兩個基因組序列——PT0005和PT0008，這兩個序列跟2018年的序列MPXV-UK_P2-010相比較，共享了913bp長度的移碼缺失。盡管對于正痘病毒來說，基因丟失事件并不讓人十分意外，但這些事件此前是在中非地方性猴痘疫情的背景下觀察到的，研究者推測，這種新的情況，也與病毒在人際間的傳播相關(guān)。

此外，數(shù)據(jù)還揭示了有關(guān)正在發(fā)生的病毒進(jìn)化、并不斷適應(yīng)人類的其它線索。來自葡萄牙樣本序列中的大多數(shù)新出現(xiàn)的SNPs, 在病毒中并非100%固定，在單個人體內(nèi)，病毒也存在不同的單堿基突變（SNV），這表明病毒在單個人體內(nèi)也在不斷地進(jìn)化適應(yīng)。

值得注意的是，研究者確定了一些已知與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的病毒編碼蛋白質(zhì)，例如MHC II類抗原呈遞抑制劑，IFN-α/β 受體糖蛋白 29 和 IL-1/TLR 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制劑。而這些病毒靶向蛋白質(zhì)和其它蛋白質(zhì)，可能構(gòu)成未來猴痘病毒蛋白質(zhì)功能研究的優(yōu)先目標(biāo)，研究者希望未來能夠評估它們在人際傳播適應(yīng)中的潛在作用。

“但病毒蛋白質(zhì)功能的研究并非我們的研究領(lǐng)域，在接下來的研究中，我們的團(tuán)隊會專注于使用基因組序列來更好地理解猴痘疫情復(fù)雜的傳播網(wǎng)絡(luò)，以及猴痘病毒在持續(xù)傳播期間的演化趨勢?！案犒溗共┦扛嬖V澎湃新聞記者說。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41591-022-01907-y