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重症急性呼吸综合征(SARS)传染性强,病死率高,在短短数月内波及到全球28个国家和地区,8000多人感染,病死率高达9.6%,被称为本世纪第一场瘟疫。在医学高度发达的今天,传染病再一次引起人们的极大恐慌。这场灾难不但给人们的心理造成巨大伤害,也减缓了国民经济的发展。而造成这场灾难的元凶就是SARS冠状病毒(SARS-CoV)。
2003年3月,不同的实验室从严重急性呼吸综合征的患者中分离出一种新的冠状病毒(SARS-CoV)。已经证实不同地区的SARS患者中存在SARS-CoV的感染。在SARS患者的呼吸道样本中检测出了SARS-CoV的RNA;同时,SARS患者恢复期的血清中含有SARS-CoV的抗体。一系列的证据表明这一种新的冠状病毒与爆发的SARS存在着病因上的联系。2003年4月12日,加拿大和美国科学家首次公布了SARS病毒(Tor2)的基因组序列。2003年4月16日,WHO正式确认该病毒为SARS的病因并将其命名为SARS相关冠状病毒(SARS-CoV)。
由于SARS冠状病毒是冠状病毒的一个新变种,其病原学特征、致病机制、流行规律与以往的冠状病毒有很大的不同。而SARS冠状病毒全基因组测序的完成,为SARS的诊断、治疗、疫苗、发病机制和其他相关研究提供了非常有用的资料。
为了解不同SARS-CoV分离株的变异水平及分布,从而为研究不同SARS-CoV分离株在临床流行特点上的差异提供遗传学上的基础。对在北京协和医院分离的一株SARS-CoV(PUMC01)进行分离、鉴定、全基因组测序以及序列分析。结果显示该该分离株为,SARS冠状病毒。其基因组序列(GenbankAccessionNo.:AY350750)长度为29,738bp。与Rota等和Marra等获得的SARS-CoV序列具有一致的序列长度和基因组的结构。SARS-CoV有三个编码框架,分别编码主要的两个复制酶基因,结构蛋白与预测的一些非结构性蛋白质(ORF)。
选择Rota等与Marra等获得的SARS-CoV序列为参考序列,与我们得到的病毒株的全基因组序列进行比较,发现了核苷酸的差异以及由此导致的蛋白质或氨基酸的变化。这些变异主要分布在编码复制酶的基因(Replicase1A&1B)及编码结构蛋白的基因上。在一共观察到的10个变异位点中,有7个为非同义突变,其中有5个位点为非保守性的突变。
对17株SARS-CoV的全基因组序列和SARS-CoV-PUMC01分离株的全基因组序列进行系统发育分析,以观察其间的进化关系。发现所构建的无根系统发育树的结构与Ruan等的分析基本一致。通过观察这18株SARS-CoV间的分子关系,将其分为主要的两类,两类间以及同类的不同分离株之间均具有不同的分化时间。协和医院的SARS-CoV-PUMC01分离株与其他的四株北京分离株(BJ01~04)属于不同的类,而与其他地区的SARS-CoV具有更近的进化关系。
恒河猴模型是目前研究SARS疾病最理想的动物模型。但其费用较高。用SARS-CoVPUMC01分离株感染小鼠、大鼠、豚鼠、兔等四个品种、十个品系的动物,其中Lewis大鼠出现了类似人类SARS的主要病理学及免疫学改变。对Lewis大鼠进行较系统的病原体、免疫学及病理学研究,发现感染后的动物可以检测到病毒核酸的复制与外排,并检测到特异性IgG,最高滴度达1∶320。上述结果与SARS病人及恒河猴模型很相似,但总体病理变较SARS病人轻。这可能与临床病例往往发生继发感染,尸检所见到的是混合感染的结果,而动物模型上看到的是单纯病毒感染造成的病理损伤有关。
用SARS-CoV感染接种9只Lewis大鼠,从病毒的复制和外排、病毒诱发的免疫反应及病理学等方面说明模拟了SARS患者的实验室检测指标。感染的Lewis大鼠出现了与SARS患者类似的临床和病理学改变,病毒在动物体内进行了复制与外排,出现了特异的免疫反应。Lewis大鼠遗传背景清楚,价格低体积小易于操作。可做为灵长类SARS动物模型的有益补充用于SARS发病机制、疫苗和药物的研究。