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危害肠道健康的两大敌人:诺如病毒和轮状病毒

谷禾健康

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近日,多地发生诺如病毒感染事件,诺如病毒引起的急性感染性腹泻进入发病高峰期。那么什么是诺如病毒?我们又该如何预防

诺如病毒轮状病毒都是传染性很强的肠道病毒,是导致急性胃肠炎的最重要原因之一。会引起腹泻脱水呕吐等症状,在最严重的情况下甚至会导致患者死亡

根据世界卫生组织的报告,腹泻疾病在全球死亡原因中占相当一部分,它们是一个重要的健康问题,关注肠道健康非常重要。

在本文中,谷禾介绍了目前对诺如病毒轮状病毒的一些了解,包括它们的基本信息,致病性、易感人群以及对身体的危害。

组织血型抗原在诺如病毒和轮状病毒感染中起重要作用,同时近年来的研究发现宿主的肠道微生物群会影响诺如病毒等肠道的病毒感染。这些相互作用可能改进针对这些病毒的预防策略

在成都妇女儿童医院谢晓丽主任课题组(谷禾开放基金)研究项目中针对诺如病毒感染婴幼儿肠道菌群进行的检测分析,发现诺如病毒感染会极大的改变肠道菌群构成,破坏正常肠道菌群导致肠道炎症。诺如病毒感染的同时有超过一半的患者存在肠道细菌感染

在最后,谷禾针对现有的技术和医疗条件,给出了一些对于诺如病毒和轮状病毒的预防及治疗措施,希望能有效地防治这些肠道病毒,在今后的生活中拥有更健康的肠道

本文主要内容

●诺如病毒的介绍

●轮状病毒的介绍

●诺如病毒与肠道相关疾病

●轮状病毒与肠道感染

●肠道微生物在病毒感染中的作用

●诺如病毒、轮状病毒的预防及治疗

01
诺如病毒

诺如病毒(Norovirus),又称诺瓦克病毒,是人类杯状病毒科中诺如病毒属的一种病毒。

人类诺如病毒是世界范围内非细菌性胃肠炎的主要原因,具有高发病率死亡率。据估计,在全球范围内,人类诺如病毒每年导致6.99亿人患病和21.9万人死亡。

结构

诺如病毒为无包膜单股正链RNA病毒,病毒粒子直径约27-40nm

电子显微镜下的诺如病毒

Lucero Y,et al.Viruses.2021

A.在急性胃肠炎患者的粪便样本中通过免疫电子显微镜观察到的小圆结构病毒的原始图像;B.高分辨率冷冻电子显微镜下的GII.4诺如病毒颗粒

详细结构

基因组全长约7.5-7.7kb,分为三个开放阅读框(ORFs),两端是5’和3’非翻译区,3’末端有多聚腺苷酸尾。ORF1编码一个聚蛋白,翻译后被裂解为与复制相关的7个非结构蛋白,其中包括RNA依赖的RNA聚合酶。

ORF2和ORF3分别编码主要结构蛋白(VP1)和次要结构蛋白(VP2)。病毒衣壳由180个VP1和几个VP2分子构成,180个衣壳蛋白首先构成90个二聚体,然后形成二十面体对称的病毒粒子。

根据蛋白在衣壳中的位置,每个衣壳蛋白可分为两个主要区域,分别为壳区(S区)和突出区(P区),二者之间是由8个氨基酸组成的铰链区(Hinge)连接。S区由衣壳蛋白的前225个氨基酸组成,形成病毒内壳,围绕病毒RNA。P区由剩余的氨基酸组成,进一步分为两个亚区P1区和P2区。P区通过二聚体相互作用增加衣壳稳定性并形成电镜下可见的病毒粒子突出端。P2区高度变异,包含潜在的抗原中和位点和受体组织血型抗原(HBGAs)识别位点。VP2位于病毒粒子内部,被认为参与衣壳聚集。

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易感性与易感人群

人类诺如病毒对组织血型抗原(HBGAs)的识别和结合被描述为病毒颗粒进入细胞之前的原始步骤。

HBGAs是红细胞、呼吸道、消化道和泌尿生殖道粘膜上皮细胞表面的一类复杂糖类,可结合糖蛋白及糖脂类物质,同时以游离寡糖的形式存在于唾液、乳汁和血液等体液中。HBGAs 的FUT2基因分泌状态影响人的易感性

在人类诺如病毒中,组织血型抗原结合点位于VP1的P结构域的P2亚结构域,这是高度可变的。在不同的诺如病毒基因组中发现了该结合位点的可变性。这是由于每个诺如病毒基因组/基因型可以结合不同的组织血型抗原。

✦组织血型抗原影响对诺如病毒抵抗力

一项研究表明,人类诺如病毒与组织血型抗原的相互作用是低亲和力的,并且不诱导VP1中显著的结构重排。

有易感性研究表明一些个体对人类诺如病毒感染有抗性组织血型抗原的产生是由岩藻糖基转移酶2介导的。呈现这种功能基因的个体被称为分泌者,易受人类诺如病毒感染

岩藻糖基转移酶2(FUT2),该基因是编码半乳糖苷2-L-岩藻糖基转移酶的两个基因之一。编码的蛋白质对于可溶性ABO血型抗原合成途径的最后一步很重要。它还参与细胞间相互作用、细胞表面表达和细胞增殖。

FUT2作为岩藻糖基转移酶的一种,分布在口腔黏膜上皮,呼吸道上皮,泌尿生殖道细胞以及体液中。岩藻糖基转移酶2与ABO血型、原发性硬化性胆管炎、溃疡性结肠炎、克罗恩病、急性胃肠炎等相关。

相比之下,没有这种功能基因的人被称为非分泌者,对人类诺如病毒感染有抵抗力。组织血型抗原作为个体对病毒感染易感性的关键因素,事实上,已经表明分泌者阳性个体感染轮状病毒的可能性是非分泌者个体的26.6倍

★ 易感人群

虽然人类诺如病毒可以感染所有年龄段的人,但是高危人群主要是是5岁以下的儿童老年人以及免疫力低下的人群,其中老年人是死亡率最高的。

•婴幼儿

婴幼儿身体的各项器官发育的不是特别完善,断奶后失去了母乳提供的抗体。所以在这种情况下身体是比较虚弱的,会非常容易受到轮状病毒的感染。

•免疫力低下的人

诺如病毒具有较强的传染性,传播途径也比较广泛,如果患者平时没有保持良好的生活习惯,不注意锻炼身体,身体免疫力可能会比较低下,诺如病毒更容易侵入这类人群的体内,感染几率会增加。

•有基础疾病的人

如果患者本身患有慢性消化系统疾病、心脑血管疾病等基础疾病,也会增加诺如病毒感染的风险。

•没有做好防护的人

如果患者经常外出,在外出时没有做好防护工作,诺如病毒可能会通过气溶胶传播,这类人群也容易感染。

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临床表现

✦发病时间

潜伏期24-48小时,一般不超过96小时。

✦症状

与其他病毒性胃肠炎相似,起病突然,主要症状为发热恶心呕吐、痉挛性腹痛及腹泻。可单有呕吐或腹泻,亦可先吐后泻,也称为诺如病毒感染性腹泻

成人腹泻较突出,儿童呕吐较多。粪便呈黄色稀水便,每日数次至十数次不等,无脓血与黏液。可伴有低热、咽痛、流涕、咳嗽、头痛、肌痛、乏力及食欲减退

病程长及病情较重者排毒时间也较长,传染性可持续到症状消失后两日。本病免疫期短暂,可反复感染

提醒:以呕吐、腹痛、腹泻为主要症状的胃肠道疾病,在不同季节发作的特点各有不同

夏季由于气温高,食物容易变质滋生细菌,所以夏季胃肠道疾病多因大肠杆菌等细菌感染所致,症状严重的话,除了腹泻特别厉害,还会出现脓血便的特点。

而秋季在婴幼儿中出现较多的腹泻主要是秋季轮状病毒感染,症状严重者一天多次呕吐(5、6次及以上),同时会拉蛋花样大便。患儿一般先呕吐、后腹泻,病程稍长,一般为7天。

而冬季诺如病毒所致的胃肠道疾病,儿童一般以腹痛、呕吐多见,腹泻较为少见,病程一般1至3天。容易因群体传染而致病。

诺如病毒的免疫反应

一项志愿者人体试验研究表明,诺如病毒的免疫保护力一般可持续6-24个月,即使先前感染过诺如病毒,同一个体仍可重复感染同一毒株或不同毒株的诺如病毒。

部分人群即使暴露于大剂量诺如病毒仍不会感染,这可能与先天宿主因素和后天获得性免疫有关。组织血型抗原(HBGAs)包括H型、ABO血型和Lewis抗原被认为是诺如病毒的可能受体。1,2-岩藻糖转移酶基因突变导致组织血型抗原缺乏表达者(非分泌型),可能不容易感染诺如病毒。

先天免疫

先天免疫系统针对RNA病毒如人类诺如病毒的主要细胞途径,是控制病毒复制的I型和III型干扰素(IFN)系统。

RNA病毒主要通过模式识别受体(PRRs)检测,其包括TLR和RIG-I样受体(RLR)家族成员。

TLR3位于巨噬细胞、B淋巴细胞和cDCs的细胞内区室中,并且它被表征为RNA病毒。属于RLR家族的RIG-1和MDA5同样是检测细胞内RNA病毒的细胞质传感器。

TLR3识别内体区室中的任何dsRNA,而MDA5识别长dsRNA,RIG-1感知细胞质中含有dsRNA的三磷酸。

✦干扰素限制诺如病毒复制

少数报道表明干扰素途径的效应物限制了人类诺如病毒复制。据报道,人α干扰素(IFN-α)在控制Huh-7细胞和BHK21细胞中的人类诺如病毒复制中发挥作用,这表明干扰素的产生可能是控制诺如病毒感染的宿主抗病毒机制之一。

此外,以下证据表明,I型III型干扰素系统可以在控制人类诺如病毒感染中发挥重要作用:

1.在接种GII.4菌株的猪的肠道内容物和血清中检测到高IFN-α细胞因子产生;

2.MNV-1的复制在体内和体外对I型III型干扰素系统敏感;

3.用基因组诺如病毒RNA转染Huh-7细胞后,当细胞用来自已用干扰素诱导剂、聚肌苷酸/聚胞嘧啶酸(poly I:c)转染的细胞的上清液预处理以诱导IFNα/β产生时,抑制了细胞中的诺如病毒复制

4.胆汁酸允许GI.1、GII.3和GII.17 人类诺如病毒菌株的复制,并在人类肠道肠道中的GII.4变体中增强。

在最近的研究中使用诺如病毒复制子系统,有可能评估不同类型干扰素的抗病毒活性。具体来说,这些研究表明,三种类型的干扰素对人类诺如病毒复制有限制作用:I型干扰素 (IFNα)、II型干扰素 (IFNγ)和III型干扰素(IFNλ1和3)。

不过还需要进一步的研究来了解诺如病毒与宿主相互作用,以便设计针对这些病毒的适当抗病毒疗法

适应性免疫

针对人类诺如病毒的适应性免疫反应几乎不为人所知。然而,一些研究提供了关于人类如何对这些病毒产生体液细胞免疫反应的见解。

✦抗体对诺如病毒感染起到一定防护

文献中的几项研究表明,成人中针对诺如病毒的高水平血清抗体与针对这种病毒的未来感染的保护相关。

同样,在成年志愿者中进行的其他研究结果表明,与先前抗体滴度较低的志愿者相比,感染前存在高血清或粪便滴度的特异性抗体降低了感染该病毒的概率。此外,在儿童中,高血清抗体水平似乎与保护有关,可能是由于短期免疫和最近接触这些病毒。

•多次暴露于诺如病毒下可能产生抗体

这些证据表明,频繁暴露于诺如病毒可以刺激对诺如病毒诱导的疾病的抗性。这些观察结果背后的一个可能机制是多次暴露于人类诺如病毒诱导抗体产生,已知IgA抗体在针对病毒的短期免疫保护中起作用。

粘膜IgA在诺如病毒感染志愿者的小肠组织中产生。为了支持这一观点,需要进一步的研究来充分阐明对人类诺如病毒的短期免疫背后的机制。

✦诺如病毒在几年后可能会再次感染

另一方面,没有证据证明对这些病毒具有长期保护性免疫力。事实上,一些在诺如病毒攻击后发病的志愿者在6-14周后再次暴露于病毒后,表现出对该疾病的部分免疫力

然而,这种部分免疫保护在2-3年后完全丧失。尽管如此,来自世界不同地区的大量流行病学报告证明了长期的保护性免疫反应,这些报告显示了“诺如病毒高活性”时期,这与新的GII.4毒株的出现相关。

在这一现象之后的几年里,人类诺如病毒爆发的数量有所减少,这表明人群中产生了群体免疫,从而防止GII.4诺如病毒感染。然而,重要的是要记住,如果出现新的毒株,个体可能再次变得易感

总之,人类诺如病毒感染后的体液保护具有非常复杂的异型免疫应答模式。迄今为止,没有任何研究表明,人类诺如病毒感染者血清中存在高交叉反应性和交叉阻断活性,这可能是由于人类诺如病毒衣壳基因的快速分子进化,保证了对这些病毒未来感染的长期保护。

✦诺如病毒感染后细胞免疫也增强

还研究了人类诺如病毒的细胞免疫反应。具体而言,来自10名受诺如病毒(GI.1-1968株)感染的志愿者中的6名外周血单个核细胞(PBMC),在体外用不同同源或异源GI株进行刺激后,IFN-γ分泌显著增加

有趣的是,发现细胞免疫反应优先靶向替代的胃肠道VLP,而不是感染菌株。这些数据表明Th1反应是针对同源和异源人类诺如病毒菌株的。

此外,患有人类诺如病毒胃肠炎的旅行者的粪便样品中,IFN-γ (Th1细胞因子)也显著增加。对于白细胞介素2 (白细胞介素细胞因子)和IL-5 (Th2细胞因子),也检测到了比攻击前滴度更小但显著的增加

总之,由快速进化的RNA病毒引起的免疫反应很难实现。事实上,随着时间的推移,这些病毒在免疫显性表位的关键残基中突变的能力表明了病毒衣壳的进化,这使得病毒不仅能够逃避宿主适应性免疫反应,而且还能够适应它们与任何组织血型抗原的结合。

对诺如病毒的体液细胞免疫反应的完全理解还需要更多的研究发现。

02
轮状病毒

轮状病毒(Rotavirus,简称RV)是一种双链核糖核酸病毒,属于呼肠孤病毒科。它是婴儿与幼儿腹泻的主因。

几乎世界上每个大约五岁的小孩都曾感染过轮状病毒至少一次。然而,每一次感染后人体免疫力会逐渐增强,后续感染的影响就会减轻,因而成人就很少受到其影响。

轮状病毒总共有七种,以英文字母编号为A、B、C、D、E、F与G。其中,A种是最为常见的一种,而人类轮状病毒感染超过90%的案例也都是该种造成的。

结 构

病毒颗粒大约直径76.5 nm,并且并没有病毒包膜

轮状病毒的基因组包括了11条独特的核糖核酸双螺旋分子,这11条中总共有18555个核苷碱基对。每一条螺旋或是分段即是一个基因,并且依照分子尺寸由大到小依次编号为1到11。

每一个基因都可以编码成一种蛋白质,而其中第9基因第11基因比较特别,它们都可以编码成两种蛋白质。核糖核酸外围则是包围了三层二十面体的蛋白质壳体

人轮状病毒直立和反向刺突蛋白构象

Jenni S,et al.J Virol.2022

易感性与易感人群

一些观察性研究调查了不同组织血型抗原基因型与体内轮状病毒感染易感性之间的关联。

✦组织血型抗原也影响轮状病毒感染率

组织抗原缺乏者——非分泌型,可能不容易感染轮状病毒。

来自几个国家和大洲的几项后续研究报道阳性分泌状态与P8和P4基因型的轮状病毒易感性密切相关。随后的研究也证实了P6基因型的轮状病毒易感性和Lewis缺乏表型之间的强关联性

尽管关于P4基因型的研究较少,但类似的差异已有报道,一些研究表明分泌者和Lewis阳性(Lewis b表型)是易感性的标志,而不仅仅是分泌者阳性。一项研究,报道在非分泌者中没有P4感染,但是Lewis阳性非分泌者易受P8轮状病毒感染

总之,观察性研究提供了强有力的证据,证明分泌抗原Lewis抗原在P基因型依赖的轮状病毒易感性中起重要作用

一些研究也将ABO血型易感性联系起来,但还需要更多的研究。

★ 易感人群

•6~24个月的婴儿

由于婴儿免疫机制还没有发育完整,免疫力低下,尤其早产儿,发生感染以及严重脱水胃肠道并发症的风险较高。

•免疫抑制患者

免疫抑制的患者由于体内免疫系统异常,尤其是原发性免疫缺陷和造血干细胞移植患儿,发生并发症风险高

与患者密切接触的人群

由于该病毒也可在接触感染者的生活用品后感染疾病,所以如果未感染的人群与患者的体液和排泄物的密切接触,很容易被病毒感染。

不注意个人卫生的群体

该疾病的传播途径和是粪-口传播,不注意饭前便后洗手的人群易感染该类细菌病毒。

感染症状

轮状病毒肠胃炎是一种从温和到严重的疾病,有一些表征像是呕吐水状腹泻,以及低程度的发热。当儿童受到这类病毒感染时,在症状发生前大约会有两天的潜伏期

症状通常是从呕吐开始,接着是四到八天的大量腹泻。轮状病毒感染造成的腹泻常引起脱水的现象。

注意:脱水是轮状病毒感染的最常见的死因。

轮状病毒的免疫反应

已知病毒感染可激活宿主抗病毒先天免疫反应,这依赖于宿主模式识别受体(PRRs)对病毒的识别,如TLRs、RIG1样受体和黑色素瘤分化相关基因-5。

另一方面,病毒依赖宿主细胞生存;因此,它们进化出各种机制来逃避或削弱宿主免疫力,从而操纵宿主细胞蛋白质成功复制和传播

✦干扰素也能限制轮状病毒感染

轮状病毒感染在肠粘膜中迅速引发先天免疫反应,在此期间产生I型和III型干扰素和其他细胞因子,限制病毒复制干扰素是控制轮状病毒感染和调节抗病毒免疫反应的核心。

病毒感染的和未感染的肠上皮细胞与肠造血细胞一起产生I型和III型干扰素。这些I型和III型干扰素是宿主抗病毒防御机制的主要部分,因此缺乏它们的受体会增加对病毒感染的易感性。

大多数细胞可以感知和应答I型干扰素,而上皮细胞只应答III型干扰素。虽然很少有关于能够分泌IFN-λ的特定细胞的公开数据,但是有研究证明一些细胞可以产生IFN-λ和I型IFN。

人群中IFN-λ及其受体的存在支持了它们在轮状病毒感染中起保护作用的假设。对III型IFN在病毒感染抗病毒免疫中的作用的综述中得出结论,IFN-λs在病毒感染的初始阶段在上皮表面提供抗病毒保护。

此外,这些细胞因子使Th1和Th2细胞平衡向Th1表型转移。因此,IFN-λ作为先天免疫的一个组成部分,可能参与了适应性免疫反应的调节。

•干扰素还能防治病毒在肠道外复制

此外,这两种干扰素一起防止轮状病毒在肠道外复制。与其他几种病毒感染类似,轮状病毒宿主范围的限制是由同源和异源轮状病毒干扰宿主IFN反应的不同效率决定的。

✦其他宿主蛋白抑制轮状病毒感染

有许多关于轮状病毒和其他宿主蛋白之间相互作用的研究,结果显示一些宿主蛋白对轮状病毒具有抵抗作用

STAG2缺失增加抗病毒性

STAG2(粘附蛋白复合物的一部分)的缺失赋予了对细胞培养物和人肠道中轮状病毒复制的抗性。缺乏STAG2导致gDNA损伤和强烈的干扰素表达,导致JAK-STAT活化和ISG表达,从而保护免受轮状病毒感染

鞭毛蛋白诱导NOD样受体C4分泌白细胞介素

NOD样受体C4 (NLRC4)和TLR5在抗轮状病毒宿主免疫应答中起重要作用。鞭毛蛋白诱导的树突状细胞TLR5激活刺激了白细胞介素22的产生,导致肠上皮细胞中保护性基因表达系统的产生。

鞭毛蛋白还通过诱导NOD样受体C4 (NLRC4)刺激白细胞介素18的产生,从而导致立即清除轮状病毒感染的细胞。

NOD样受体P9b限制轮状病毒感染

最近还证明了NOD样受体P9b (Nlrp9b)在抗轮状病毒宿主免疫反应中的作用,Nlrp9b限制了肠上皮细胞中轮状病毒的感染。他们显示肠内NLRP9b的减少在活生物体内导致小鼠对轮状病毒复制的易感性增强

诺如病毒和轮状病毒有什么区别?

轮状病毒诺如病毒都是引起感染性腹泻的肠道病毒,均可导致呕吐、腹泻等不适症状,但二者属于两种不同的病毒,有各自的感染特点。两者的主要区别主要包括流行时间、感染对象、传播途径,病程持续时间等。

1.流行时间:轮状病毒一般在秋季流行,而诺如病毒则全年都可流行,主要在寒冷季节高发;

2.感染对象:轮状病毒感染对象以婴幼儿更为多见,而诺如病毒在学龄儿童和成人中也均可感染;

3.传播途径:轮状病毒主要经粪-口传播,而诺如病毒可经由食用被污染的食物或水源而传染;

4.病程时间:在病程方面,轮状病毒的病程大概持续在3~8天左右;而诺如病毒大概在3~5天左右,严重的患者可能会持续一个星期。

03
诺如病毒与肠道相关疾病

腹泻病是低收入国家5岁以下儿童死亡的重要原因,也是中高收入国家医疗资源利用的重要原因。儿童腹泻的主要原因是病毒(70-90%)。

历史上,轮状病毒是儿童病毒性腹泻的主要原因,然而,随着轮状病毒疫苗的引入,诺如病毒已成为中度-重度腹泻的主要原因。

病毒通过几种机制产生腹泻,包括上皮细胞的损伤或死亡、上皮吸收的改变、通过对肠神经系统,以及由病毒因子介导的分泌。

感染上皮细胞和免疫细胞

最近的体外和体内研究发现,免疫细胞和肠上皮细胞受到诺如病毒的感染。小鼠诺如病毒有效感染免疫细胞,包括培养的巨噬细胞、树突状细胞和B细胞。

一些证据证实了诺如病毒对体内免疫细胞的感染性。在从人类诺如病毒感染的志愿者获得的肠道活检的单核固有层细胞中检测到病毒抗原。

同样,病毒感染的黑猩猩在十二指肠中显示出病毒阳性树突状细胞B细胞,人类诺若病毒感染的共生小牛在肠道固有层中含有类似巨噬细胞的抗原阳性细胞,人类诺如病毒感染的免疫低下小鼠在脾脏和肝脏中含有抗原阳性细胞,其形态与巨噬细胞相似。

诺如病毒感染细胞的一些证据

Karst SM,et al.J Med Virol.2016

诺如病毒急性感染

诺如病毒感染大多是急性的,在12-48小时的潜伏期后出现症状。典型症状包括呕吐、腹部绞痛、发烧、大便中出现粘液、水样腹泻、头痛、发冷和肌痛。

✦免疫功能弱的群体症状持续时间长

在健康成人中,肠胃炎是自限性的,临床症状往往持续2-3天。然而,在其他更易受感染的人群中,如老年人和幼儿或免疫功能受损的人,临床症状可能更严重,持续时间更长

需要注意的是,诺如病毒感染在儿童早期可能是无症状的,可能是由于母乳喂养和转移的母体抗体。

诺如病毒持续性感染

✦症状消失后体内可能还存在病毒

尽管人类诺如病毒感染引起的症状会迅速消失,但人们仍会较长时间在粪便中排出病毒。事实上,无症状感染的人可以摆脱病毒长达60天,这相当于表现出典型症状的人的时间,而免疫功能受损的患者可在数月甚至数年内慢性释放病毒

这些数据表明宿主内存在延长的诺如病毒复制,其发生与有症状的感染无关,并且可能是人类群体中病毒维持的主要促成因素。

与人类体内诺如病毒脱落时间延长一致,感染人类诺如病毒的黑猩猩粪便脱落时间延长,并且感染鼠诺如病毒的小鼠表现出与结肠持续感染相关的慢性粪便脱落。

诺如病毒对肠道疾病的影响

除了诺如病毒感染的急性症状表现外,还有一些证据表明诺如病毒感染与后遗症有关,包括感染后肠易激综合征(IBS)和炎症性肠病(IBD)。

✦感染过诺如病毒容易出现肠易激综合征

在一项为期两年的前瞻性队列研究中,分析了一起由食源性诺如病毒,经历过急性胃肠炎的受试者的肠易激综合征患病率显著高于对照组受试者。

另一项对病毒性胃肠炎大规模爆发的个体进行的研究也表明,病毒性胃肠炎可导致相当比例的患者出现感染后肠易激综合征

✦诺如病毒影响炎症性肠病的严重性

诺如病毒炎症性肠病之间的一个有趣的联系也被发现。在右旋糖酐硫酸钠治疗的背景下,发现人炎症性肠病易感基因Atg16L1突变的小鼠中持续的诺如病毒感染会导致肠道病理学增强

★ Atg16L1基因异常使致死率和发病率增加

在突变ATG16L1等位基因纯合子的人炎症性肠病患者中观察到潘氏细胞细胞的组织学变化。Atg16L1表达亚型的小鼠在潘氏细胞细胞的形态和转录谱方面显示出显著变化,促炎细胞因子和脂质代谢基因的表达增加

潘氏细胞回肠隐窝底部的上皮细胞,是专门分泌多种抗微生物化合物和蛋白质的分泌细胞,如α-防御素和TNF-α,它们共同充当宿主-微生物相互作用的关键介质。

在一项相关研究中,肠上皮细胞中特异性Atg16L1的缺失导致诺如病毒感染和治疗小鼠时致死率临床疾病的增加。

有趣的是,使用抗肿瘤坏死因子α(TNFα)或γ干扰素的阻断抗体,或使用广谱抗生素治疗,可以减少感染小鼠中观察到的肠道病理学增强。

注意:该模型的抗生素反应性作为一个早期迹象,表明微生物群可能在肠内诺如病毒感染的影响中起重要作用。

总之,这些研究表明,在一些环境和遗传背景下,诺如病毒可能是肠易激综合征炎症性肠病病毒触发因素,也表明肠道微生物群可能对诺如病毒的发病机制很重要。

谷禾会在后面的章节具体讲述肠道内病毒肠道细菌之间许多有趣的相互作用

04
轮状病毒与肠道感染

病毒进入体内后,会感染粘膜上皮细胞,并在细胞胞质溶胶中复制。病毒细胞进入有两种途径,包括直接进入上皮质膜,或通过上皮细胞内吞作用。

因此,病毒和靶细胞受体之间的分子相互作用响病毒的进入途径。

轮状病毒细胞进入过程包括蛋白水解引发、细胞附着、外壳的消化和轮状病毒双层颗粒(DLPs)内化进入细胞质。

▸ 轮状病毒入侵的具体过程

轮状病毒细胞进入过程

Amimo JO,et al.Front Immunol.2021

轮状病毒需要VP7和切割的VP4之间的相互作用来启动细胞进入过程。VP4蛋白被切割成VP8*和VP5*结构域,每个结构域在细胞进入过程中发挥不同的作用

胰蛋白酶化的轮状病毒诱导Cr的快速释放由VP5*切割产物促进的细胞,该切割产物使脂质小泡通透在试管内。因此,VP5*是参与轮状细胞细胞进入的特异性透膜衣壳蛋白

另一方面,受体介导的胞吞作用依赖于内体的酸化,导致部分脱壳或进入细胞;然而,通过直接穿透进入轮状细胞不受溶体营养剂或内吞抑制剂的抑制。不考虑进入途径,已报道轮状病毒进入机制涉及膜透化外壳层的脱壳

轮状病毒与肠上皮细胞

✦肠上皮细胞对轮状病毒有一定的抵抗作用

轮状病毒主要靶向末端分化的肠上皮细胞,主要是回肠和空肠,因此肠上皮细胞充当第一道物理屏障。除了物理屏障外,肠上皮细胞还利用几种先天免疫机制来抑制肠道病原体的感染。

上皮细胞用来抵抗轮状病毒感染的机制包括粘液产生细胞因子/趋化因子的分泌以及TLR表达和信号传导。轮状病毒感染的第一步是使用细胞表面分子如组织血型抗原和整联蛋白作为受体或共受体。

✦特定聚糖影响轮状病毒的附着

轮状病毒对肠细胞的附着发生在特定的聚糖(包括粘蛋白聚糖细胞表面聚糖)存在的情况下。虽然宿主聚糖特异性是调节轮状病毒传染性的关键因素之一,但其他因素也被认为影响不同人群中不同轮状病毒基因型的相对流行和出现。

这些因素可包括但不限于不同基因型轮状病毒的可变聚糖识别结合亲和力、额外辅受体/辅因子的存在或缺乏、免疫反应的差异以及其他未定义的宿主因素。

注:先前的工作表明,多聚糖识别机制的变化与轮状病毒物种嗜性、人畜共患病潜力、适应性和流行病学流行率的差异相一致。

轮状病毒与粘蛋白

粘蛋白是高分子量上皮细胞的高分子量产物。这些高度糖基化的蛋白质是粘液的关键成分。粘蛋白作为天然免疫系统的一部分,具有化学屏障和结合病原体的功能。

✦粘蛋白对轮状病毒具有抑制作用

通过补充鼠肠粘蛋白抑制了轮状病毒与细胞的结合,这表明粘蛋白的分子模拟允许它们干扰病毒-细胞附着

然而,他们表明神经氨酸酶处理去除鼠血清唾液酸(SA)抑制粘蛋白阻止轮状病毒附着于宿主细胞的能力,表明粘蛋白聚合结构血清唾液酸含量在其诱导作用中的功能意义。

在回肠中,响应轮状病毒感染而产生的聚糖的可用性有利于大量的聚糖降解细菌,这导致粘蛋白对轮状病毒感染的保护作用进一步降低。

例如,粘蛋白降解细菌具有比非粘蛋白降解细菌更接近宿主上皮的能力,从而间接促进轮状病毒与上皮的附着。

总之,粘蛋白结构似乎是轮状病毒的一个重要的宿主屏障。因此,深入了解轮状病毒粘蛋白多糖的相互作用可以为轮状病毒适应、传播和宿主限制提供更多的见解,这可能有助于开发针对轮状病毒感染的靶向治疗

05
肠道微生物在病毒感染中的作用

细菌、真菌等组成的大量不同的共生微生物群栖息在胃肠道中。共生微生物群和它们的宿主的共同进化导致了互利的条件,其中宿主可以受益于微生物群提供的生理、代谢和免疫调节,而共生微生物群绝对依赖于宿主获得营养和繁殖场所。

作为肠道病原体,诺如病毒和轮状病毒与它们相互作用。在病毒感染的调节中,肠道微生物群可以通过不同的机制促进或抑制病毒传染性。

抗病毒感染的细菌

几项研究证明了益生菌对肠道病毒感染和许多其他疾病的有益作用。益生菌通过调节肠道微生物群组成、增强肠道屏障功能促进粘膜免疫来保护宿主免受病毒感染。

✦益生菌可以抑制诺如病毒

此外,它们通过竞争性排斥来干扰病毒与其靶细胞的结合,通过阻断病毒受体和结合表面的病毒来促进它们在粪便中的消除。

一些益生菌抑制诺如病毒的证据:

Bifidobacterium adolescentis的存在抑制了体外人诺如病毒与上皮细胞的粘附。

类似地,干酪乳酪杆菌(Lacticaseibacillus casei)和Escherichia coliNissle 1917损害了GI.1P颗粒对HT-29细胞的附着。

在另一项研究中,用Lacticaseibacillus rhamnosus GG和Escherichia coli Nissle 1917定植的新生猪感染了GII.3和GII.4基因型的人类诺如病毒,观察到病毒粪便脱落低于检测极限,表明这种细菌的定植对诺如病毒感染有显著抑制

✦部分细菌对轮状病毒也有抗性作用

至于轮状病毒,Escherichia coli Nissle 1917 似乎通过调节免疫反应减少了无菌猪的腹泻。

细菌鞭毛蛋白对轮状病毒感染有效,因为它诱导产生白细胞介素22和白细胞介素18。

Ruminococcus gauvreauii,一种从人胆汁中分离的细菌,因此可能存在于轮状病毒感染部位(小肠),可以结合轮状病毒。这种结合可能是由细菌表面存在的组织血型抗原介导的。

进一步实验证明Ruminococcus gauvreauii在体外干扰轮状病毒感染,因为在它的存在下发现病毒感染性降低了三分之二,证明了这种细菌的抗轮状病毒作用

促进病毒感染的细菌

尽管有关于肠源性细菌在抑制病毒感染中的作用的重要证据,但一些研究认为微生物群在促进病毒感染中的作用。

当使用脊髓灰质炎病毒、呼肠孤病毒和小鼠乳腺肿瘤病毒感染无菌或抗生素治疗的小鼠时。观察到与微生物定居的小鼠的感染相比,感染发生了实质性的减弱。将肠道微生物重建到抗生素治疗的小鼠中足以恢复脊髓灰质炎病毒的致病性

✦部分肠道菌群会增强病毒致病性

与对照组小鼠相比,抗生素治疗组的肠道呼肠孤病毒滴度显著降低。当使用抗生素治疗或无菌小鼠时,轮状病毒和诺如病毒也报告了类似的发现,表明一部分微生物群增强了多个肠道病毒家族的致病性

肠道微生物群可以通过几种机制直接促进肠道病毒复制,包括稳定病毒颗粒促进病毒附着于宿主细胞。

✦细菌影响抗病毒免疫反应,导致病毒传染性和致病性增强

通过改变抗病毒免疫反应,间接增强肠道病毒的感染。受益于微生物群的几种肠道病毒结合细菌表面多糖,导致病毒传染性致病性增强。当脊髓灰质炎病毒和其他微小核醣核酸病毒科成员与脂多糖结合,可以观察到在高温和稀释的氯漂白剂存在下热稳定性抗失活性的增加。

诺如病毒与肠道微生物群成员的相互作用已经得到证实,包括:

阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae);

大肠杆菌(Escherichia coli);

幽门螺杆菌(Helicobacter pylori

•组织血型抗原介导菌群与病毒的作用

这些相互作用是通过这些细菌表面表达的组织血型抗原介导的,尽管已有报道称诺如病毒可结合微生物群中广泛表达的其他碳水化合物残基。在体外,人诺如病毒能够在组织血型抗原包被的细菌存在下感染B细胞,并且如果细菌不存在,在该模型中观察到病毒复制的减少

如果细胞与阴沟肠杆菌一起孵育,B细胞的感染会恢复,这表明病毒颗粒与组织血型抗原包被细菌的结合能够将病毒摄入宿主细胞

还观察到,表达组织血型抗原的细菌,如一些大肠杆菌菌株,在热处理过程中保护诺如病毒,如食品加工过程中完成的一种,促进其传播

在具有移植的人类肠道微生物群的共生猪中进行的实验表明,人类诺如病毒GII.4/2006b菌株的复制受到微生物群的刺激,这增加了脱落滴度和持续时间;在抗生素治疗的小鼠中的实验表明,消除微生物群可防止小鼠诺如病毒CR6菌株的持续感染。

有人认为,肠道微生物群限制了依赖干扰素λ的先天免疫,从而允许诺如病毒持续存在。

肠道微生物群影响病毒的其他方式

以婴儿为供体的粪便材料移植在模型中没有限制传染性,这表明供体的微生物群不能控制该模型中的轮状病毒感染,并且该过程需要小鼠自身细菌。

尽管不能排除取决于宿主和病毒株的差异,但所有这些数据都表明微生物群限制轮状病毒复制的主要因素。

✦维生素A通过影响乳酸杆菌丰度加强抗诺如病毒的作用

关于微生物群对诺如病毒传染性的数据较少。流行病学研究表明,补充维生素A抗诺如病毒的作用

对小鼠诺如病毒的研究表明,补充维生素A后,小鼠肠道乳酸杆菌数量增加,并且假设这些细菌的抗病毒作用(在体外对RAW264.7细胞进行了证明)可以减少诺如病毒感染

✦胆汁酸丰度影响病毒的感染

如上一节所述,其他动物模型和诺如病毒的使用表明微生物群在该病毒群的复制中具有积极作用

然而,需要注意的是,对抗生素治疗小鼠进行的最新和详细分析表明,尽管微生物群增强了肠道远端区域的小鼠诺如病毒株MNV-1感染,但它限制了近端小肠的感染性。

这种效应的区域化是由取决于肠道位置的胆汁酸受体的明显丰度介导的,胆汁酸受体参与触发近端肠道细菌增强的抗诺如病毒IFNλ反应。因此,小肠中胆汁酸的微生物修饰对不同肠道位置的小鼠诺如病毒感染有影响。

梭状芽胞杆菌Clostridium scindens,一种已知能将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸的细菌,在抗生素治疗的动物中被降低)接种抗生素治疗动物,恢复了近端小肠中的病毒抑制作用,尽管它不会增强远端肠道的感染。

免疫调节正在成为这一现象的基础机制,并扩展到不针对肠道的病毒。特定的细菌类群也被描述用于预防病毒性疾病,如小鼠脑心肌炎病毒全身感染,其中抗生素治疗也加剧了感染

✦经黏液真杆菌可以限制病毒复制

与其他测试的肠道细菌相反,在肠道微生物群成员中,发现了经黏液真杆菌属(Blautia coccoides)是一种能够限制单克隆小鼠全身脑心肌炎病毒复制的细菌。在携带经黏液真杆菌属的动物中,巨噬细胞诱导IFNβ的能力得以恢复,IFNβ可抵抗脑心肌炎病毒

注意:I型干扰素(IFNβ)在对抗病毒病原体的反应中起着关键作用。缺乏细菌会导致较弱的先天免疫反应,其特征是IFNβ的低表达,这阻碍了有效的巨噬细胞抗病毒反应。

一些细菌成分或衍生代谢物通过产生IFNβ参与引发宿主对呼吸道病毒的先天免疫,例如来自拟杆菌在流感感染中或乙酸盐(以及丙酸盐或丁酸盐),其本身能够在小鼠的肺中诱导IFNβ反应,并在补充到饮用水中时保护它们免受呼吸道合胞病毒的感染。

✦白细胞介素在对抗轮状病毒中起重要作用

上述研究证实了微生物群肠道病毒感染以及其他非肠道病毒的影响。然而,对于轮状病毒和诺如病毒来说,其发生的机制还不清楚,需要新的研究来获得关于它们的知识。

识别细菌鞭毛蛋白的TLR4和炎症体的NLR-C4成分对于白细胞介素22和白细胞介素18的产生是至关重要的,白细胞介素22和白细胞介素18在对抗轮状病毒中是重要的

研究表明,微生物群的减少导致白细胞介素22的产生减少,并且通过施用白细胞介素22可以实现针对轮状病毒的保护

在这种情况下,白细胞介素22介导的保护不涉及干扰素,因为在缺乏转录因子STAT1的小鼠中也发现了干扰素,STAT1增加了干扰素刺激基因的表达。

✦微生物通过免疫球蛋白限制感染

微生物群可以用来限制感染的另一个可能的机制是分泌型免疫球蛋白A (sIgA)。免疫球蛋白A分子被分泌到肠腔中,在那里它们附着抗原并作为粘膜防御的第一道屏障。

肠道微生物群已被证明能够调节免疫球蛋白的产生,并且肠道中的IgA水平在无菌小鼠中显著降低

06
诺如病毒、轮状病毒的预防及治疗

认识了危害我们肠道健康的诺如病毒和轮状病毒后,重点在于如何防治它们。

谷禾在这里整理了一些预防诺如病轮状病毒的方法,以及在出现症状之后能做的一些措施

诺如病毒的预防方法

✦保持手部卫生

保持良好的手部卫生是预防诺如病毒感染和控制诺如病毒传播最重要和最有效的措施。

上完厕所或换完尿布后;在吃或处理食物之前;在给自己或别人吃药之前,用肥皂和水彻底洗手

注:诺如病毒可以在你的呕吐物或粪便中发现,甚至在你开始感到恶心之前。在你感觉好些后,这种病毒还会在你的粪便中停留两周或更长时间。在这段时间里,继续经常洗手是很重要的。

注意食物卫生

在准备和食用食物之前,仔细清洗水果和蔬菜。将食物彻底煮熟,避免生食。可能被诺如病毒污染的食物应该扔掉。

注:诺如病毒相对耐热,它们可以在高达145华氏度的温度下存活。

✦与病患及时隔离

患者应根据病情居家或入院隔离至症状完全消失后3天;检测呈诺如病毒阳性但无感染性腹泻症状的隐性感染者,也须居家隔离3天。

尽量不要和其他健康的家人近距离接触,尤其不要做饭或照顾老人和幼儿。

做好消毒工作

保持室内空气流通,每日开窗通风不少于2次,每次不少于30分钟。无人的空间可定期用紫外线对空气消毒,每次不少于30分钟

有人呕吐或腹泻后,应立即彻底清洁和消毒整个区域:对患者呕吐物或粪便污染的环境和物品须使用含氯制剂进行消毒。在清理受到呕吐物污染的物品时,应戴塑胶手套和口罩,避免直接接触污染物。

消毒过程:戴上橡胶或一次性手套,用纸巾擦拭整个区域,然后按照产品标签上的说明,使用以漂白剂为基础的家用清洁剂消毒该区域。

将漂白消毒剂留在受影响的区域至少五分钟,然后用肥皂和热水再次清洁整个区域。最后,清洗脏衣服,倒垃圾,洗手。

诺如病毒的治疗措施

对于诺如病毒,目前尚无特效的抗病毒药物,也没有可用于预防的疫苗,出现呕吐、腹泻主要是靠对症治疗支持疗法

日常护理

应注意患者的饮食卫生,少吃生食,少吃冷食,同时注意患儿的保暖,并少去人群过于集中的公共场所。

预防脱水

虽然此病大部分可以自行恢复,但医生提醒,脱水是诺如病毒感染性腹泻的主要死因,对严重病例尤其是幼儿及体弱者应及时输液口服补液,以纠正脱水、酸中毒及电解质紊乱。

✦营养治疗

腹泻营养治疗原则是饮食上进行调整,停止进食高脂肪和难以消化的食物,以减轻胃肠负担,逐渐恢复消化功能,切忌滥用抗生素。积极采取饮食治疗对恢复体力非常重要。

✦止泻治疗

诺如病毒容易引起肠道感染,患者出现反复腹泻或腹泻比较严重时,可在专业医生指导下给予止泻药物进行治疗,如蒙脱石散等。

蒙脱石散对肠道内的细菌以及病毒,具有较好的抑制作用,对于改善腹泻有较好的效果,此外,蒙脱石散还具有保护肠道黏膜的作用。不过过量服用蒙脱石散可能会造成便秘

轮状病毒的预防方法

轮状病毒的预防大部分与诺如病毒类似,主要还是从环境方面注意。

✦远离传染源

轮状病毒的发病一般与接触传染源有关,因此必须要主动隔离传染源,对密切接触者和患者进行严密观察和隔离,防止水源和食物被污染,而患者粪便要做好消毒工作,儿童玩具和餐具也要及时清洁消毒

✦切断传播途径

轮状病毒可通过粪便或口腔接触传播。因此,排便后要用消毒洗手液或肥皂洗手,同时要避免接触任何受污染的物体,在疾病高发期,必须保持环境卫生和个人卫生,以此来切断病毒传播途径

✦接种疫苗

轮状病毒感染患病率比较高,传染性强,目前最为有效的预防方法之一就是接种疫苗,能够降低发病率,轮状病毒疫苗有两种,一种是适合6个月以内的宝宝,一种是适合6个月以上的,要根据孩子的情况正确选用

两种对抗轮状病毒A种感染的疫苗已经证明对儿童是安全而且有效的:分别是由葛兰素史克制造的“罗特律”(Rotarix®)与由默克大药厂制造的“轮达停”(RotaTeq®)。

轮状病毒的治疗措施

当自己有腹泻、恶心、呕吐、发热等症状时,大家要引起注意,及时去医院做检查,并积极地进行治疗。

✦补充电解质

轮状病毒主要造成腹泻,腹泻最主要的危害是容易出现脱水酸碱平衡紊乱电解质紊乱,所以预防腹泻引起的症状很重要,监测患儿有无脱水表现。

如果有轻度脱水可给予口服补液盐预防脱水,严重可通过输液纠正脱水、酸碱平衡紊乱和电解质紊乱。

✦调理肠道

尽量食用一些柔软温和的食物,部分患儿腹泻时间较长还可给予补锌治疗,因为锌是修复肠道上皮细胞很重要的微量元素,补锌能够促进肠道上皮修复

注意:小肠绒毛要一周才能修复,再此之前患儿若喝奶粉牛奶蔗糖类食物,还可能延长拉肚子的时间。

✦益生菌疗法

体外试验和动物模型研究发现部分益生菌菌株,可用于治疗轮状病毒感染

对轮状病毒相关腹泻患者的益生菌治疗产生了更短的腹泻持续时间更少的轮状病毒脱落、更快的粪便稠度改善和更少的排便次数。

益生菌在临床试验中治疗轮状病毒的作用

Peña-Gil N,et al.Int J Mol Sci.2021

✦干扰素

近年来,干扰素(IFN)也被用来治疗轮状病毒感染、这种药可以抑制病毒在人体内的繁殖,从而减轻症状缩短病程

07
结语

诺如病毒以及轮状病毒等肠道病毒严重影响着人们的健康。这些病毒不仅影响着肠道,还有可能对全身免疫产生影响。

同时越来越多的证据表明,细菌、真菌、古细菌等肠道微生物在维持肠道内环境稳定中的重要性。许多肠道病毒,如诺如病毒和轮状病毒,与肠道微生物群具有密不可分的联系。

对宿主、肠道微生物群肠道病毒之间建立的复杂关系深入研究,将为新的抗诺如病毒抗轮状病毒疗法开辟新途径。

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