Emerg Infect Dis 2024.10 | 宏基因组技术发现新的人类致病圆环病毒

学术   2024-10-30 09:02   陕西  

我们对圆环病毒及其庞大的CRESS DNA病毒家族的认识还相当有限。这些真核病毒在自然界中广泛存在,虽然目前已知它们引起的疾病大多是慢性或潜伏性的,但它们对宿主造成的影响却是长期和广泛的。也许,这些不显眼却广泛共存与多样的病毒,才是真正的病毒王者。


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中文题目新型人类圆环病毒(HCirV-1)导致免疫功能低下患者肝炎

期刊及年份:Emerging Infectious Diseases,2024年10月

通讯作者:Kirsten Mertz(克里斯滕·梅茨),瑞士巴塞尔大学教授,巴塞尔州医院分子病理学和细胞病理学服务部主任。她是一名临床科学家,重点关注感染病理学、免疫病理学和分子肿瘤学。

摘要:圆环病毒是一类新兴的DNA病毒,其在人类中的致病性大多未知。研究最多的圆环病毒是猪圆环病毒2型,它可引起猪的肝炎等疾病。最近,新型人类圆环病毒1(HCirV-1)被认为与免疫抑制患者的慢性感染和肝损伤有关。

主要内容

一名66岁的女性于2022年7月在瑞士的一家地区医院寻求治疗,她的肝转氨酶突然升高。到2022年9月,转氨酶达到峰值,但在血清学检测中自身抗体没有同时升高(图1)。甲型、乙型、丙型和戊型肝炎病毒的血清学检测结果均为阴性。当诊断为细胞溶解性肝炎时,患者已经患有类风湿性关节炎20年,曾接受每日剂量的泼尼松(5毫克)、静脉注射利妥昔单抗(每6个月1000毫克)和间歇性甲氨蝶呤的治疗。最近的利妥昔单抗是在2022年6月给予的,甲氨蝶呤已经暂停使用。肝炎发作前8个月,患者因SARS-CoV-2相关的急性呼吸窘迫综合征(2021年11月至12月)住院2个月。在那次住院期间,她因小肠憩室穿孔需要手术,并因巨幼细胞性贫血接受了输血。在整个住院期间,她接受了额外的皮质类固醇治疗。患者独自生活在瑞士农村,没有直接接触动物。在过去8年中,她没有离开过瑞士旅行。她的饮食习惯除了偶尔食用生小牛肝(她最后一次在2018年之前食用)外,没有什么特别的。她吃腌制的猪肉和牛肉产品,并从超市购买牛奶。由于肝酶的不明原因升高,治疗医生在2022年10月进行了肝活检(图1)。

Figure 1. Clinical course of patient with hepatitis of unknown origin, Switzerland, November 2021–April 2024. Top of timeline shows results of enzyme level testing, expressed as units per liter; bottom of timeline shows clinical course. ALP, alkaline phosphatase; ALT, alanine aminotransferase; ARDS, acute respiratory distress syndrome; AST, aspartate aminotransferase; GGT, gammaglutamyl transferase; HCirV-1, human circovirus; mNGS, metagenomic next-generation sequencing; MRCP, magnetic resonance cholangiopancreatography; PCV3, porcine circovirus 3.

组织学分析显示急性和亚急性肝炎,周围门脉混合炎性浸润由淋巴细胞、组织细胞、浆细胞和中性粒细胞及嗜酸性和嗜碱性粒细胞组成。报告了与脂肪滴、纤维蛋白或两者相关的坏死性炎症灶。病理学家将这些变化归类为最可能的传染性肝炎。组织学鉴别诊断包括药物性肝炎和自身免疫性肝炎,这两种情况都似乎非常不可能(即没有药物变化,血清学检测中没有自身抗体)。治疗医生通过实验室检测排除了包括库克斯氏菌、巨细胞病毒、Epstein-Barr病毒和利什曼原虫在内的几种病原体。转氨酶水平逐渐降低,并在2023年7月最终恢复正常。为了澄清肝炎的起源,我们使用宏基因组下一代测序工作流程分析了肝活检,以识别病原体。我们发现了一些最初被归类为猪圆环病毒3型(PCV3)的reads。在HCirV-1基因组(HCirV-1-FR)发布后,我们将HCirV-1基因组序列纳入我们的分类分析索引,重新分析了我们的测序数据,并发现与HCirV-1的序列同一性高于PCV3或任何其他圆环病毒。我们使用Microseek分析了测序数据,以帮助识别更远的序列。我们将瑞士HCirV-1株(HCirV-1-CH)的全长基因组序列存入GenBank(登录号OR905605)。HCirV-1-FR和HCirV-1-CH在全基因组水平上的核苷酸同一性为83.6%,聚合酶基因更高(91.2%核苷酸同一性,95.6%氨基酸同一性),而衣壳基因较低(69.4%核苷酸同一性;64.1%氨基酸同一性)。基于衣壳蛋白的系统发育分析将HCirV-1-FR和HCirV1-CH聚集在一起,并表明我们的患者有一种新的HCirV-1株。HCirV-1-FR和HCirV-1CH与最近在中国吸毒者中描述的圆环病毒序列紧密聚集。HCirV1-FR、HCirV-1-CH和来自中国的毒株形成了一个新的系统发育类群,与其它动物圆环病毒不同(图2)。

Figure 2. Phylogenetic analysis of the circovirus isolate from a patient with hepatitis of unknown origin, Switzerland (HCirV-1-CH). Capsid protein sequences representative of human and animal circovirus strains are shown. We aligned sequences by using MAFFT (https://mafft.cbrc.jp/alignment/software) under the L-INS-I parameter and performed maximum-likelihood phylogenetic reconstruction through the IQ-Tree portal (http://www.iqtree.org). Red indicates HCirV-1-FR, HCirV-1-CH, and HuCV2 sequences. Tree scale indicates the number of amino acid substitutions per site. Display range for bootstraps is 0.5–1.0. GenBank accession numbers are provided. HCirV-1-CH, human circovirus 1 from patient in Switzerland; HCirV-1-FR, published human circovirus 1 genome from France; HuCV2, human circovirus sequence detected in injection drug users in China (10); PCV, porcine circovirus.

我们使用HCirV-1特异性PCR确认了肝活检中HCirV-1的存在。我们使用了HCirV-1-FR特异性引物和第二对引物,适应于靶向包括来自中国的毒株在内的人类圆环病毒的扩展类群,但不包括任何动物毒株(图3)(5,11)。

Figure 3. Nonhuman metagenomic next-generation sequencing reads from liver biopsy of hepatitis patient in Switzerland mapped against the human circovirus genome (Appendix Tables 1, 2). Positions of the putative sequences for polymerase and capsid proteins and the 2 primer pairs (HCirV-1-FR, Pan-HCirV-1) used for the PCRs are indicated. HCirV-1-FR, published human circovirus 1 genome from France (GenBank accession no. ON677309.1); Pan-HCirV-1, primers adapted to target the broadening clade of human circoviruses.

尽管两组引物都成功地扩增了HCirV-1-CH株,尽管HCirV-1-FR引物和HCirV-1-CH之间存在几个不匹配,第二对引物导致了更有效的扩增,因此我们用于随后的定量。我们发现肝活检中的HCirV-1病毒载量很高(3.39×10^9基因组拷贝/g或3.63×10^9基因组拷贝/mL)(图4)。患者有存档的甲醛固定石蜡包埋组织,包括在诊断圆环病毒性肝炎之前从消化道取的活检。我们用HCirV-1特异性PCR测试了所有这些组织样本,结果为阴性(即我们没有在肝炎之前或肝外检测到HCirV-1)。我们回顾性地分析了患者患有肝炎期间的存档血液样本(2022年12月),使用HCirV-1特异性PCR;结果为阳性,表明病毒血症(图4)。在最近的血液、粪便和尿液样本中(2023年12月至2024年4月[即,肝炎诊断后17-21个月]),我们仍然在血液中检测到HCirV-1;病毒载量保持高位。我们在尿液和粪便中检测到HCirV-1,尽管病毒载量较低(图4)。我们还在唾液样本中检测到HCirV-1(2024年4月),尽管病毒载量很低。这些数据证实了HCirV-1在这位患者中持续存在超过21个月,并且患者不断释放病毒。我们在最近收集的血液中重新测序了HCirV-1-CH,没有检测到基因组的显著变化,这意味着病毒随时间没有变异,这与免疫系统受抑制的低选择压力一致。由于患者曾接受过红细胞浓缩物输血(2021年12月),我们使用HCirV-1特异性PCR分析了供者的血清,结果为阴性,表明病毒不是在输血期间获得的。为了表征HCirV-1-CH的嗜性,我们使用原位杂交在患者的肝组织中定位了HCirV-1-CH核酸。针对HCirV-1-CH的探针染色了约40%的肝细胞,而正常肝组织(n=3)或感染乙型或丙型肝炎病毒的肝组织(n=4)没有染色。最强的阳性区域与核共定位,这与圆环病毒的核复制一致,因此支持病毒的复制活动假设,即使RNA不能定量。这位患者有中度严重的抗体缺陷和缺失的B细胞,这与多年的免疫抑制治疗一致。她还通过甘露糖结合凝集素途径在补体系统的激活中存在功能障碍。B细胞数量少和免疫球蛋白可能有助于HCirV-1-CH在这位患者中的持续存在。

Figure 4. Human circovirus 1 viral loads in recently collected and archival samples (2023 and 2024) compared with viral load in initial liver biopsy (2022) from a hepatitis patient, Switzerland. Virus copies and log virus copies were also tabulated (Appendix Table 3).

结论:我们报告了一例HCirV-1相关肝炎,这加强了圆环病毒是新兴人类病原体的假设,特别是在免疫功能低下的患者中。我们的研究为理解HCirV-1的病理生物学和传播提供了线索。我们排除了通过输血进行人与人之间的传播。我们表明,病毒可以在人类中长期持续存在,并在体液中释放,因此在人类群体中水平传播构成风险。值得注意的是,可以与猪圆环病毒进行比较,它们也有在体液中释放的非凡能力,使它们能够在首次出现后迅速在全球猪群中传播。与测试更多的供体血浆池一起,废水测试HCirV-1可以阐明HCirV-1感染的区域分布和流行情况

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