《Biochemistry and Biophysics Reports》：Global distribution and evolution of nine major non-polio enteroviruses revealed by genomic data mining
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本研究针对九种主要非脊髓灰质炎肠道病毒（CVA2、CVA4、CVA6、CVA10、CVA16、CVB3、CVB5、EV-A71和EV-D68）全球流行趋势不清的问题，通过挖掘超4万条基因组数据，系统分析了其时空分布与进化特征。研究发现病毒存在周期性流行规律，首次提出VP1蛋白"60%超越"突变现象，揭示了关键抗原位点正选择压力，为疫苗研发和疫情预警提供了重要科学依据。
在病毒的世界里，肠道病毒家族可谓是一支不容小觑的"游击部队"。这些属于小RNA病毒科(Picornaviridae)的微小病原体，虽然基因组只有约7.5kb的长度，却能引发从手足口病到病毒性心肌炎，再到呼吸道感染和神经系统疾病等多种人类疾病。特别是在儿童群体中，肠道病毒感染时常引发公共卫生关注。
近年来，随着全球化和气候变化等因素的影响，肠道病毒的传播模式呈现出新的特点。不同血清型病毒在各地此起彼伏，如同"接力赛"般交替主导疫情。EV-A71和CVA16曾在亚太地区引发大规模手足口病疫情，而EV-D68则在美洲和欧洲周期性暴发呼吸道感染。更令人担忧的是，这些病毒通过不断的突变和重组，可能产生具有更强传播力或致病性的新变种。面对这一不断演变的威胁，传统的监测手段已难以满足精准防控的需求。
在这一背景下，江西中医药大学肿瘤研究中心的科研团队开展了一项大规模基因组数据挖掘研究。该研究近期发表在《Biochemistry and Biophysics Reports》上，通过对九种主要非脊髓灰质炎肠道病毒血清型的基因组分析，揭示了它们的全球流行规律和进化特征，为理解这些病毒的传播动力学提供了新的视角。
研究团队采用了多学科交叉的研究策略，主要包括以下几个关键技术方法：从NCBI病毒数据库下载超过4万条基因组序列并进行质量控制；使用时间序列分解分析病毒的流行趋势和季节性特征；基于BEAST软件进行贝叶斯进化分析，估算进化速率和种群动态；通过AlphaFold预测VP1蛋白结构并分析氨基酸变异性；采用HyPhy软件的MEME模型评估选择压力。这些方法的综合运用，使研究能够从多个维度揭示肠道病毒的进化规律。
全球病毒提交 patterns 显示重要流行病学特征
通过分析GenBank中九种血清型的毒株提交数据，研究人员发现大多数提交来自亚洲和欧洲，其中中国的贡献超过70%。EV-D68在2014年于美洲和欧洲暴发疫情后，呈现出明显的两年流行周期。手足口病相关毒株主要在第一、三季度被采集，而EV-D68则集中在第三、四季度，这与各自的疾病季节性特征相符。CVA6的采集模式在2014年后从第二、三季度转变为第三、四季度，反映了其流行病学特征的演变。
全球病原谱波动揭示区域特异性流行模式
研究发现，不同世界卫生组织(WHO)区域呈现出独特的病原谱特征。2000年以来，EV-A71和CVA16在西太平洋和东南亚地区占主导地位，而欧洲则是CVB5和EV-A71共同流行。2005-2010年间，EV-D68在北美、新西兰以及部分欧洲、非洲和亚洲国家的比例显著增加。CVA6的提交量在2011-2015年达到高峰，成为多个地区的主要病原体。值得注意的是，2020-2023年期间病原谱变化较小，可能反映了COVID-19大流行对监测工作的影响。
季节性和流行趋势呈现明显规律
EV-A71和CVA16在2012年前呈现高发病率，之后总体下降，但仍保持相似的流行季节性。CVA6自2012年起提交量急剧增加，在2016年前保持高变异度，之后稳步下降至2020年，随后出现反弹。EV-D68表现出独特的流行模式，在2014、2016、2018和2022年出现暴发波，但2020年的两年高峰期因COVID-19防控措施而消失，这表明非药物干预措施对呼吸道病毒传播产生了显著影响。
基于VP1的BEAST分析揭示病毒进化历史
研究人员利用完整的VP1序列构建最大进化可信度(MCC)树，估计VP1基因的核苷酸替代速率在2.76×10-3到4.29×10-3替代/位点/年之间。大多数病毒的最近共同祖先(tMRCA)估计在1950年代左右，但CVB5的tMRCA可追溯至1859年，这可能与其A和B基因型之间的较大遗传差异有关。贝叶斯天际线图分析显示，不同病毒的相对遗传多样性(RGD)呈现不同趋势：EV-A71、CVA16和CVA6的RGD持续上升，而EV-D68在2020年急剧下降后出现V型恢复，表明全球抗COVID-19措施对呼吸道病毒传播产生了暂时性抑制。
VP1核苷酸和氨基酸突变特征揭示重要进化现象
研究发现了一个有趣的"60%超越"现象：当VP1核苷酸突变累积达到约60%时，非 synonymous氨基酸替代(NSAS)开始超越核苷酸突变率。在三个优势血清型(EV-A71、CVA16、CVA6)中，这一现象在2010年左右出现，表明高流行度驱动了NSAS的增加。VP1蛋白的N端和C端区域比其他区域更具变异性，而五个已知的衣壳环(BC、DE、EF、GH、HI)中，EF和GH环在九种血清型间具有最高的氨基酸同一性。选择压力分析发现VP1多个氨基酸位点存在 episodic正选择，包括这些环区域，表明中和表位持续受到选择压力。
这项研究的意义不仅在于揭示了九种重要肠道病毒的全球分布和进化规律，更重要的是提出了"60%超越"这一可能作为监测VP1蛋白抗原进化的重要指标。研究发现NSAS主要集中在衣壳环区域，可能反映了这些中和表位受到的选择压力，高NSAS率可能促进免疫逃逸。此外，研究还证实全球防控措施对肠道病毒传播产生了显著影响，这为制定针对性的公共卫生干预策略提供了科学依据。
尽管该研究存在数据提交偏差、测序资源不均等局限性，但其建立的综合分析框架为未来肠道病毒的实时监测和预警提供了重要参考。研究人员建议加强分子监测，特别是在VP1核苷酸突变接近60%阈值时密切关注氨基酸变异情况。同时，建立类似NextStrain和GISAID的实时数据共享网络，结合临床样本、环境样本和废水监测等多源数据，将有助于更全面地掌握肠道病毒的进化动态，为疫苗研发和疾病防控提供支持。
随着全球旅游、城市化和气候变化的持续推进，肠道病毒的传播和进化可能呈现新的特点。这项研究为理解这一重要病原体家族的演变规律提供了宝贵的数据支持和理论框架，对未来应对新发突发传染病威胁具有重要的参考价值。持续开展基因组流行病学研究，不仅有助于掌握病毒变异规律，还能为开发多价疫苗、制定精准防控策略提供科学依据，最终减轻肠道病毒相关疾病对全球公共卫生的负担。
