环境污水中人类胃肠炎病毒的型别多样性、遗传进化规律及其与人群疾病发生的关系

Viral gastroenteritis (VGE) is a major cause of morbidity and mortality worldwide, and maintains an important public health problem. Rotavirus, human calicivirus, human astrovirus, and enteric adenovirus have been demonstrated to be the causative agents of VGE. Since the gastroenteritis viruses from infected individuals can be shed into the sewage, monitoring the virus in the sewage, analyzing the genetic characterization, and investigating their relationship with VGE occurrence in human population will be of great value for the prevention and control of VGE, in the context of limited case-based surveillance. Here, based on the results of our previous study, we will optimize the method for detecting gastroenteritis viruses from sewage and conduct the environmental surveillance on gastroenteritis viruses in 3 cities of Shandong Province from 2009 to 2018. Then, we will describe the genotype diversity and dynamic fluctuation, and explore the evolution and genetic characterization of these viruses in different regions. Furthermore, specimens from clinical gastroenteritis patients in sentinel hospitals in the 3 cities were collected from 2014 to 2018, and the viral sequences will be PCR amplified and determined. Hence, the relationship between gastroenteritis viruses in sewage and epidemics in the population will be analyzed. The results of this study will not only improve the surveillance on VGE, but also lay foundation for the research on regional evolution mechanism of gastroenteritis viruses and risk evaluation and early warning of VGE outbreaks.

病毒性胃肠炎（VGE）危害严重，已证实的病原有轮状病毒、人类杯状病毒、人类星状病毒和肠道腺病毒。鉴于VGE病例监测系统的局限性且环境污水中病毒源自人群感染者，监测环境污水中的人类胃肠炎病毒，分析其遗传进化规律，探索其与人群发病的关系，对于VGE的防控具有重要的意义。本项目拟在前期研究基础上，改进污水中人类胃肠炎病毒的检测方法，对2009–2018年山东省3个城市的污水定期开展上述4种病毒的监测，描述其基因型多样性和动态变化，探索不同区域、不同型别人类胃肠炎病毒的遗传进化变异规律；同时于2014–2018年在3个城市哨点医院采集急性胃肠炎病例标本，对这4种病毒基因进行扩增和序列分析，从时空流行病学角度分析环境污水中人类胃肠炎病毒与人群VGE发病的关联及其流行强度与趋势。本项目将弥补目前我国相关病例监测系统的不足，为人类胃肠炎病毒区域性流行进化机制的研究以及暴发疫情风险评估和预测预警奠定基础。

轮状病毒A组（RVA）、诺如病毒（NoV）、札如病毒（SaV）、人星状病毒（HAstV）和肠道腺病毒（AdV）是病毒性胃肠炎重要病原，开展人类胃肠炎病毒的环境污水监测研究对于疾病防控具有重要的科学价值。本研究建立优化了人类胃肠炎病毒的环境污水检测方法，描述了2009~2018年山东省3个市环境污水中人类胃肠炎病毒的基因型分布、时间变化和遗传特征，并于2014~2018年开展了胃肠炎病例监测，探索了污水监测结果与人群疾病发生的关联。本研究的主要发现有：一、环境污水中RVA、NoV、HAstV、SaV、AdV检出率高（90%左右），共发现8个NoV I群、14个NoV II群、8个RVA G型和8个P型、6个SaV、6个经典HAstV、7个新型HAstV、7个腺病毒基因型；若干基因型是国内首次发现；7种新型HAstV基因型包括MLB1、MLB2、VA1、VA2、VA3、VA5以及本研究发现的新的亚型VA6。二、污水中各基因型的流行强度不同。RVA G9、P[8]、GI.2、GII.17、HAstV-1、HAstV-5、GI.2、AdV41分别是各病毒的主要基因型，在监测地区存在多个传播链共循环现象。三、环境污水中NoV GI和HAstV的优势基因型均出现型别转换现象，系统发生学分析显示当地并未出现新的变异株，提示人群免疫水平变化等因素可能是导致这一现象发生的主要原因。四、NoV GII基因群和RVA是临床病例中病毒性胃肠炎的主要病原，占标本总数的73.0%。五、环境污水监测具有很高的敏感性，通过环境监测发现的病毒基因型要明显多于临床病例监测中检测到的基因型。六、病例监测和环境监测的结果具有相关性，体现在年度主要基因型的一致，主要流行基因型随时间的变迁同步，以及污水来源和病例来源的序列的高度同源性。七、通过对新发的诺如病毒GII.17 Kawasaki分离株的分析，发现了环境污水监测在新发人类病毒性胃肠炎暴发流行的预警预测作用。在人群中出现疾病暴发流行之前，在污水中已经可以检测到病原。本项目研究成果，从理论和实践上极大地丰富了“One Health”的理念，为今后传染病监测及其预测预警技术的发展提供了新的方法。