沙粒病毒科病毒引起的疾病最早报道于20世纪50年代,2008年出现在玻利维亚以及南非和赞比亚地区的两起沙粒病毒疾病死亡事件使沙粒病毒再次成为流行病学领域关注的热点。近年来,沙粒病毒疫情仍在非洲及南美地区局部流行,2019年初尼日利亚暴发了该国史上最严重的一次拉沙热疫情。由于感染性极高,其中拉沙热病毒(LASV)、鸠宁病毒、马秋波病毒以及瓜纳瑞托病毒被列入A级病原,其生物安全级别被定为四级。我国《人间传染的病原微生物名录》[1]中也将该科中8种病毒的危害程度列为第一类,开展相关的病毒培养、动物感染试验等科研活动均需在生物安全4级(BSL-4)的实验室中进行。随着生物技术的发展和近年来新发和烈性传染病的频繁出现,给世界各国所带来的生物安全问题日益凸显[2,3]。现在全球各国之间的贸易合作日益频繁,并且随着“一带一路”战略的实施,我国与非洲等地区的合作关系日益密切,拉沙热等沙粒病毒科烈性病毒的输入感染风险加大[4,5],有必要对这种目前虽未大规模暴发的高等级危害烈性传染病病毒进行前瞻研究。

学科评价是利用相关学术信息和分析方法从某学科领域发展的阶段、现状、水平、前景和学科结构及其之间的相关度等维度进行评价[6,7],其中文献计量学已成为学科评价和科技情报跟踪监测的一个重要方法[8,9]。本研究针对我国《人间传染的病原微生物名录》中第一类的沙粒病毒科8种病毒,利用文献计量方法从多维度对沙粒病毒科烈性传染病病毒的研究现状和发展态势进行分析,为我国沙粒病毒科烈性传染病的防治和科学研究提供参考。

1、资料与方法

1.1检索方法

以WebofScience文献数据库为检索平台,检索式为TS=(“Flexal”near“virus*”)or(“Guanarito”near“virus*”)or(“Junin”near“virus”)or((“Lassafever”)or(“lassa”near“virus*”))or(“Machupo”near“virus*”)or(“Sabia”near“virus*”)or(“Tacaribe”near“virus*”)or(“Mopeia”near“virus*”),检索时间范围为1900—2019年,检索索引为SCI-EXPANDED,数据检索时间为2020年1月3日。

1.2分析方法

应用汤森路透的ThomsonDataAnalyzer软件进行论文数据清洗和文献计量分析,应用VOSviewer软件对文献信息进行可视化以及主题共词和聚类分析,以更直观地了解该学科领域的当前研究的热点和今后研究趋势等。

2、结果

2.1整体研究态势

共检索到8种沙粒病毒科烈性病毒领域的相关文献1840篇,其中LASV和Mopeia病毒属于旧世界沙粒病毒,鸠宁病毒、Tacaribe病毒、马秋波病毒、瓜纳瑞托病毒、Sabia病毒和Flexal病毒属于新世界沙粒病毒,以LASV的关注和相关研究最多,8种病毒相关论文数量见图1。从论文发表时间分布上看,沙粒病毒科烈性传染病病毒的研究始于20世纪60年代,相关论文数量仍然不多,但近些年总体呈增长趋势。其中LASV的研究起始相对较晚(1970年),但该病毒却是近年来增长最快、关注度最高的沙粒病毒科烈性传染病病毒。其他如鸠宁病毒、Tacaribe病毒、马秋波病毒虽比LASV开始研究早(1961年),但其相关研究论文量增长平缓。瓜纳瑞托病毒、Mopeia病毒、Sabia病毒和Flexal病毒的相关研究则主要始于20世纪90年代后。见图2。

图11961—2019年国际沙粒病毒科8种烈性传染病病毒领域论文量概况

图21961—2019年国际沙粒病毒科8种烈性传染病病毒论文年度分布图

2.2国家分布

沙粒病毒科烈性传染病病毒研究领域的主要国家中,美国发表的文献位居第一,相关论文量遥遥领先,达892篇,占该领域总文献的48.5%。阿根廷、德国分别位居第二、第三位,其他主要的研究国家还有英国、法国、瑞士、加拿大等。我国在该领域的研究论文共33篇,排名第13位。从各国在8种病毒方面发表的文献数量分布来看,各国在某些病毒方面的研究有所偏重。除阿根廷以外,其他国家均最关注LASV,尤其是塞拉利昂、几内亚、尼日利亚等拉沙热暴发的主要西非国家中。因鸠宁病毒的主要肆虐地是阿根廷,因此,阿根廷对鸠宁病毒的研究比其他类型病毒的关注度要高很多。法国除在LASV、鸠宁病毒、Tacaribe病毒方面的研究较多外,在Mopeia病毒、瓜纳瑞托病毒方面的研究也相对较多,比利时在Mopeia病毒方面的研究也有所偏重。见表1。

表1沙粒病毒科烈性传染病病毒研究领域居前15位的国家及论文发表情况(篇)

2.3机构分布

沙粒病毒科烈性传染病病毒研究领域前15位重要机构主要来自美国、阿根廷、德国和英国。美国国立卫生研究院及其下属过敏性疾病与传染病研究所(NIAID)、美国疾病控制与预防中心、美国领先的基础生物和医学研究机构斯克里普斯研究所、美国国防部等美国病毒学领域的领先机构都是该领域的重要创新单元,对该领域的发展具有重要的推动作用。排名第二位的是阿根廷布宜诺斯艾利斯大学,该大学是阿根廷最大的综合类高校。另外,来自阿根廷国家科学技术委员会(CONICET),其莱洛伊尔研究院基金会分子病毒学实验室教授安德里娅·卡玛尼克因控制登革病毒传播获得2016年联合国教科文组织的“世界杰出女科学家成就奖”,这些都显示了阿根廷在沙粒病毒科烈性传染病病毒领域的研究实力。德国的BernhardNocht热带医学研究所和马尔堡菲利普大学分别排名第7和第13位。英国伦敦大学排名第15位。见表2。我国相关领域的研究机构未进入前15位之列,其中,中国科学院在沙粒病毒领域发表相关论文共12篇,位居该研究领域国内研究机构第1位以及论文量世界排名的第79位。

2.4领域研究主题分析

应用VOSviewer软件对沙粒病毒烈性传染病病毒领域研究论文中的关键词进行聚类分析,得到关键词共现知识图谱。通过聚类情况可知,目前沙粒病毒科烈性传染病病毒领域主要研究方向可分为4个方面:(1)病毒的传播、流行病学、监控等研究,以及新发烈性传染病带来的公共安全和生物安全/生物防御问题。主要关键词有outbreak、epidemiology、west-Africa、surveillance、emerginginfectiousdisease、biosafety、biodefense、publichealth等。(2)病毒遗传机制,以及病原病理学和进入细胞机制的研究。主要关键词有geneticstructure、genomics、glycoproteins、immunopathology、host-pathogeninteractions、membranefusion、virusentry等。在近年来新发和烈性传染病不断频发背景下,相关病毒的遗传基础和致病机制研究是追踪病毒来源和预防病毒暴发的有效方法[10]。(3)治疗方法以及药物和疫苗开发。主要关键词有therapy、antiviraldrugs、favipiravir、antiviraltherapy、ribavirin、vaccines、recombinantvaccines、broad-spectruminhibitor等,其中如favipiravir(T-705)、ribavirin抗病毒药物都是较为受人关注的研究热点[11,12]。(4)病毒检测技术和方法。主要关键词有diagnosis、RT-PCR、PCR、real-timeRT-PCR、ELASA等[4,13,14]。见图3。

表2沙粒病毒科烈性传染病病毒领域居前15位的研究机构及论文发表情况

图3沙粒病毒科烈性传染病病毒论文关键词聚类分析下载原图

3、讨论

新形势下国家安全已突破传统领域,拓展至生物安全范畴,美国等西方国家已将生物安全上升到国家战略层面[15,16]。新发和烈性传染病是威胁国家生物安全的重要方面[17]。面对当前日益频繁的国际化往来和近年来频繁暴发的埃博拉病毒病等新发和烈性传染病疫情,我国仍面临着严峻的公共卫生治理形势和挑战。因此,沙粒病毒科烈性病毒的潜在安全风险不能忽视。

沙粒病毒科病毒直径为50～300nm,因在电镜下观察到病毒内部有宿主细胞核糖体成分形成的电子致密颗粒,故取名“沙粒”病毒(拉丁语:Arena)。其基因组由S和L两个片段的单股负链RNA组成,L片段约7.2kb,编码基质蛋白(Z蛋白)和病毒RNA聚合酶(L蛋白);S片段约3.5kb,编码包膜糖蛋白前体(GPC蛋白)和核衣壳蛋白(N蛋白)[4,18,19,20]。按地理位置,沙粒病毒科可分为两大类:新世界沙粒病毒(Newworldarenaviruses),主要分布于美洲,如白水阿罗约病毒、查帕雷病毒、鸠宁病毒、马秋波病毒、瓜纳瑞托病毒、Sabia病毒、Tacaribe病毒和Flexal病毒等;旧世界沙粒病毒(Oldworldarenaviruses),主要分布于非洲、欧洲和亚洲的LASV和卢约病毒,以及在我国流行的淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒和温州病毒等[21]。按宿主动物不同,可分为爬行动物沙粒病毒属(Reptarenavirus,RARV)、哈特曼病毒属(Hartmanivirus,HARV)和哺乳动物沙粒病毒属(Mammarenavirus,MARV)3个属。RARV共有5种,主要感染蛇类,不引起人类疾病;HARV为2017年才划分的病毒属,目前已报道了6种HARV;MARV共有39种,绝大多数以啮齿动物为宿主[22,23,24,25]。

本研究中的8种沙粒科病毒均是我国《人间传染的病原微生物名录》中定义最高危害程度的第一类烈性传染病病毒,均属于MARV中可导致人类出血热的病毒,这些病毒引起的出血热具有发病快、致死率高的特点。本文研究结果表明,LASV的相关研究论文量最多,这是由于LASV是流行程度最广、危害性最大的沙粒病毒科烈性病毒,主要流行于西非,特别是塞拉利昂、几内亚、尼日利亚和利比里亚,每年新发病例达30万～50万人以上,死亡约5000人[20,26],2018年世界卫生组织(WHO)更是将其列为年度优先关注传染病[27]。其次关注较多的是引起阿根廷出血热的鸠宁病毒,该病于19世纪50年代首次被报道,主要肆虐于阿根廷的潘帕斯草原地区,随季节暴发流行,未接种疫苗的情况下,致死率高达15%～30%[28,29]。论文量排名第三的是Tacaribe病毒,其基因组是新世界沙粒病毒的原型[30],是从特立尼达(Trinidad)的蝙蝠体内分离出的一种沙粒病毒,免疫性与鸠宁病毒和马秋波病毒有关。排名第4位的马秋波病毒是玻利维亚出血热的病原体,疫情首次暴发于1959年,致死率在25%左右[21,31]。Mopeia病毒与LASV非常类似,两者基因组序列同源性达75%,且以同一种鼠类为自然宿主。相关研究[32]发现,与高致病性的LASV不同的是,Mopeia病毒对人和灵长动物不致病,在灵长动物中可对LASV感染产生免疫。然后研究较多的是1989年主要在瓜纳里托市引起委内瑞拉出血热暴发流行的瓜纳瑞托病毒[33]以及1990年被发现可引起巴西出血热的Sabia病毒[34]。Flexal病毒的研究最少,该病毒于1977年首次在巴西发现,米鼠(Oryzomysspp)是其自然宿主,迄今有1例人感染的报道[35,36]。

目前沙粒病毒常用的治疗手段主要是在感染早期使用广谱抗病毒药物利巴韦林[4,26],也有研究[37]表明法匹拉韦在抗鸠宁病毒方面有一定效果。此外,Borenstein等[38]试验证明小鼠血清中产生了对LASVGP1的非增殖性免疫反应,表明LASV的GP1是一种免疫诱饵,且鸠宁病毒的GP1可能是未来开发疫苗的组成部分。Zhang等[39]通过对LASV特异性进入型抑制剂ST-161进行构效关系优化,筛选出了LASV进入抑制剂,其中一种化合物还对鸠宁病毒、Sabia病毒、查帕雷病毒的抑制水平达到纳摩尔级,对瓜纳瑞托病毒和马秋波病毒的抑制水平更是达到皮摩尔级,有望成为沙粒病毒科的广谱性抑制剂。除鸠宁病毒减毒活疫苗外,目前尚没有针对其他沙粒科病毒的特效疫苗[40]。另外,由于沙粒病毒科烈性病毒活毒株不易获得,且相关试验需要在BSL-4实验室条件下进行,这些都限制了抗沙粒病毒药物的研发。

另外,通过本文分析可知,美、德、英、法等国际强国在沙粒病毒科烈性病毒领域的研究成果领先其他国家,侧面反映出这些国家意识到这些病毒对国家生物安全和公众卫生的潜在威胁[15,41],与这些国家相比,我国在沙粒病毒科研究领域的关注显然不足。我国相关部门对此应重视和前瞻布局,在公共卫生健康和疾病防控网络的全球视野下统筹规划部署,尤其应注重以下几个方面:(1)加强沙粒病毒科烈性病毒基础研究,相关病毒的致病机制和宿主细胞免疫反应等基础研究是特异性治疗方法、药物、疫苗研发的基础,应加强基础研究科研经费投入,注重人才引进和运用先进研究方法和技术,如DNA重组、基因组技术等。(2)持续开展沙粒病毒科烈性病毒治疗药物和疫苗研发,引导高校、研究所和国内企业开展相关药物和疫苗研发,重点加强创新技术方法的项目支持,加强产学研结合,发展更多自主知识产权的技术,为预防相关疫情暴发做好准备。(3)加强国际合作,促进与国外研究机构在技术方法方面的学习交流,并加强国际新发和烈性病毒疫情防治交流和长期合作,建立并完善疫情监控网络和风险评估体系,制定紧急情况应对方案。(4)加强沙粒病毒科烈性病毒研究的实验室安全和医院环境的生物安全监管工作,为科研人员和卫生工作者提供工作指导,并注重对社会公众的沙粒病毒科烈性病毒病的科普教育和宣传工作。综上所述,本文研究以期为国家安全、公共卫生和社会经济发展保障提供政策支撑和理论依据。

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基金:国家重点研发计划“合成生物学”重点专项(2018YFA0902402);中国科学院“高质量数据池和数据产品服务体系建设”(2019WQZX012).