中国婴幼儿轮状病毒腹泻流行特征

Epidemiological Characteristics of Infant Rotavirus Diarrhea in China

摘要: 轮状病毒(rotavirus, RV)感染所导致的腹泻是波及全世界的一种常见疾病，对RV腹泻作深入的流行病学调查是相关疫苗研发的基础。不同地区，不同年份RV流行的特征常发生变化。本文对我国2011年~2022年RV感染导致腹泻的相关研究进行综述，提供流行病学特点等重要信息，介绍RV疫苗在国内外的研制及应用情况，为目前及将来RV疫苗的研制和免疫接种计划提供动态信息。

Abstract: Diarrhea caused by rotavirus infection is a common disease all over the word, in-depth epidemio-logical investigation of RV diarrhea is the basic of vaccine research and development. The charac-teristics of RV popularity in different countries and years often change. In this paper, we review the research progress of China in RV infective diarrhea from 2011 to 2022, provide important infor-mation on the epidemiological characteristics, introduce the development and application of RV vaccine at home and abroad, and provide dynamic information for the current and future RV vac-cine development and immunization schedule.

1. 引言

几个世纪以来，急性腹泻一直是住院和死亡的主要原因之一 [1] 。直到1973年Ruth Bishop和她的团队在非细菌性胃肠炎儿童的十二指肠黏膜上皮细胞中首次发现“轮状病毒(rotavirus, RV)”，很快就被确认为是全世界5岁以下婴幼儿严重急性腹泻的最常见原因。RV感染具有高度传染性，通过粪–口途径传播，在人与人之间和通过污染物传播。潜伏期为1~4天，疾病持续3~9天。常见的临床特征包括发烧、呕吐和可能导致严重脱水的水样腹泻 [2] 。在5岁以下儿童中导致每年超过2.5亿例腹泻，每年导致大约21.5万婴幼儿死亡 [3] ，这表明它在发病率和死亡率上都是一个全球重大的公共卫生负担。但目前针对RV尚无特效治疗药物，发展安全有效的疫苗是预防RV腹泻的最佳措施。2009年世界卫生组织建议将婴儿轮状病毒疫苗Rotarix (比利时葛兰素史克公司)、RotaTeq (默克公司，美国)纳入所有国家免疫规划 [4] 。RV疫苗的引入导致了全球RV感染率和死亡率的降低，在儿童死亡率低、中、高的国家中，5岁以下儿童RV性腹泻住院率的中位数降幅分别为38%、41%、30%和46% [5] 。据估计，疫苗的使用避免了28,000多名5岁以下儿童死亡，而扩大轮状病毒疫苗的使用，特别是在撒哈拉以南非洲，可以防止约20%的5岁以下儿童因腹泻而死亡 [3] 。然而，随着RV循环毒株流行的变化，疫苗的有效性因地区而有很大差异 [6] 。RNA病毒的高突变率和庞大的种群规模使其能够快速探索适应性环境，扩大宿主范围，并适应新的环境。分段的RNA病毒也可能经历“重配”，即病毒在共同感染期间交换整个基因组片段 [7] 。同样，分段dsRNA轮状病毒之间的重配产生了轮状病毒基因多样性，导致不同国家、地区，不同年份RV流行的基因型特征常发生变化。这给疫苗的研究带来一定的挑战。自然条件下种间及型间基因转移现象的发生显示了RV的变异能力及RV流行的多样性、复杂性，这提示下一代轮状病毒疫苗研制工作需要考虑到为预防一些不常见的独特型病毒株提供充分保护。本文将就2011年~2022年我国不同地区，不同年份RV的流行特征以及国内外RV疫苗的研究进展作一综述，并结合我国不同地区流行状况作出相应分析，为RV腹泻的预防和治疗提供参考。

2. 病原学

轮状病毒是一种无包膜病毒颗粒，具有11个双链RNA (double stranded RNA, dsRNA)基因组片段，RNA片段编码6种结构蛋白(VP1, VP2, VP3, VP4, VP6和VP7)和6种非结构蛋白(NSP1, NSP2, NSP3, NSP4, NSP5, NSP6)。非结构蛋白参与基因组复制和先天性免疫反应的拮抗。根据VP6的遗传和抗原性差异，将9种不同的轮状病毒分类(命名为A至J，E目前被排除在外) [8] 。只有A、B和C组能在人类中引起疾病 [9] 。H组轮状病毒可能会传染给人类 [10] [11] 。A族轮状病毒是儿童感染的最常见原因，是本文的重点。根据A族轮状病毒RNA片段9和4 (分别编码VP7和VP4)的序列差异，进一步被划分为不同的基因型，这形成了A种轮状病毒株的双命名系统的基础，因此长期以来，RVA根据两种外衣壳蛋白VP7和VP4被分为G型和P型。目前的研究发现，轮状病毒群、亚群和血清型的抗原性特征由衣壳蛋白所指定 [12] 。因此，病毒外壳上的VP4和VP7是目前可用疫苗的靶向，因为它们独立地产生保护性的新抗体 [13] 。且其RNA片段4和片段9 (编码血清型蛋白VP4和VP7)特别容易重新组合到新的遗传背景中。有研究提示第9段对不同宿主的灵活性最强，而第4段最弱。第4段可能比其他片段更容易重组。轮状病毒通常以“GXP[Y]”株来讨论，然而，片段4和片段9彼此独立进化，并与基因组的其他部分独立进化 [14] 。迄今为止，A组轮状病毒已鉴定出42个G基因型和58个P基因型 [15] ，不同的G型和P型组合已经被证明促进了轮状病毒的抗原性和遗传多样性 [16] ，这可能会对现有疫苗的效果形成挑战 [17] 。但在全球范围内，以6个G型(G1, G2, G3, G4, G9和G12)和3个P型(P[4], P[6]和P[8])为主。6种A族轮状病毒G1P[8]、G2P[4]、G3P[8]、G4P[8]、G9P[8]和G12P[8]株占全球流行A种轮状病毒总数的90% [18] 。此外，第10段编码的NSP4蛋白是一个全长175个氨基酸的跨膜糖蛋白。它是一种多效性蛋白 [19] [20] [21] [22] ，具有肠毒素活性 [23] ，可分为不同的区域，每个区域执行蛋白质的特定功能。NSP4序列变异已识别出15种E基因型(肠毒素) [24] ，其中E1和E2在人群中最常见。轮状病毒分类工作组(RCWG)根据RV的11个基因组片段提出了一个新的分类系统–全基因组分类 [25] 。以克服二元G/P型分类系统只考虑11个轮状病毒基因中的两个(VP7和VP4)的局限性。基因型组合中，VP7、VP4、VP6、VP1、VP2、VP3、NSP1、NSP2、NSP3、NSP4、NSP5基因段各定义11个基因型为Gx-P[x]-Ix-Rx-Cx-Ax-Nx-Tx-Ex-Hx，x代表对应的基因型。全基因组水平的测序确保了对病毒遗传多样性、进化动力学和共循环轮状病毒之间相互作用的充分理解。大多数RV菌株属于两大基因群，Wa样(G1/3-P[8]-I1-R1-C1-M1-A1-N1-T1-E1-H1)菌株和DS-1样(G2-P[4]-I2-R2-C2-M2-A2-N2-T2-E2-H2)菌株。为了评估基因多样性的生物学意义，RCWG进一步建议轮状病毒株现在应按以下顺序命名：轮状病毒组/原种/鉴定国/通用名称/鉴定年份/G-和P-型 [25] [26] 。

3. 国内腹泻患儿RV感染情况

通过对我国各地区2011年~2022年共136,470例腹泻患者进行RV检测，其中90%以上均为5岁以下患儿(表1)。经统计分析，腹泻患儿粪便中的RV阳性检出率为32.0% (95% CI: 28.2%~35.8%)；RV阳性中位检出率为31.1% (7.90%~71.5%)。分析结果显示，北京、上海、南京、浙江等省市地区RV感染阳性率明显低于全国平均水平，其原因可能与当地RV病毒疫苗接种率高有关。Liu等 [27] 对我国1980~2011年的211项研究进行Meta分析的结果显示，轮状病毒相关性腹泻检出率约为36.7%，其中住院患者为42.6% (95% CI: 39.4~45.7)和门诊患者32.5% (95% CI: 28.7%~36.3%)，社区受试者的比例最低为9.3% (95% CI: 7.5%~11.3%)。结合Tate等 [28] 2000~2013年对全世界各个国家和地区5岁以下儿童进行统计发现，RV年检出率从2000年的42.5% (95% CI: 37.4%~47.5%)略微下降到2013年的37.3% (95% CI: 34.2%~40.5%)。随着RV疫苗的引入，全世界RV感染率逐渐显示出下降趋势。由此可见，我国2011~2022年婴幼儿RV检出率符合世界流行趋势。除此之外，我国RV感染性腹泻患者年龄与世界流行趋势保持一致，多发生在5岁以下儿童，6个月以下患儿检出率低，6月~2岁患儿检出率最高，2岁以后逐渐降低。原因可能是母传抗体在其中发挥关键作用。在患儿体内母传抗体随年龄增加而逐渐减少，且免疫系统尚未发育成熟，RV疫苗未及时接种的情况下，RV感染风险会逐渐升高。另外，多项研究表明不同性别腹泻患儿RV检出率差异无统计学意义，RV病毒感染与患儿性别无关。RV腹泻具有明显季节性，秋冬寒冷季节高发，夏季炎热天气检出较少，流行高峰为每年10月~次年2月，各地区由于地域差异流行高峰略有差异。值得注意的是，近年来随着经济发展和疫苗的推广接种，我国南北地区整体RV检出率无明显差异，南方检出率31.5% (95% CI: 26.9%~36.2%)，北方检出率33.0% (95% CI: 25.8%~40.2%)，经过统计分析，我国南北方RV检出率差异无统计学意义(P > 0.05)。流行基因型方面，据Liu等 [27] 统计分析，2000年之前G1为我国主要基因型(57.4%)，G3仅占16.2%；2001~2005年G3逐渐转变成为最常见菌株(49.9%)，G1仅占23.7%；2006年以后，G3株在我国仍处于主导地位，占42.1%，G1株占24.5%。同时，P基因型中，P[8]从1980~2011年在我国一直是优势菌株，发病率约为50%。本研究对2011~2022年我国RV腹泻研究发现，我国大部分地区过去10年RV流行基因型已经由G3型转变为G9型。而P基因型一直以P[8]型为主导地位。目前我国RV流行株主要分为G1P[8]、G2P[4]、G3P[8]和G9P[8] 4种基因型，且整体优势株已转变为G9P[8]。

Table 1. Epidemiological survey of RV diarrhea in China from 2011 to 2022

表1. 2011~2022年中国儿童轮状病毒腹泻流行病学调查

注：表格内研究排列不分先后顺序，90%以上患儿 ≤ 5岁。

4. 全球RV疫苗研制及接种情况

几乎每名5岁以下婴幼儿在2006年RV疫苗上市之前都感染过RV。尽管目前RV疫苗已上市使用，世界范围内总的腹泻相关死亡人数也随之下降，但RV仍持续造成一定数量的相关发病和死亡。目前，在全世界范围内已有6种上市使用的RV疫苗，分别为RotaTeq (默克公司，美国)、Rotarix (葛兰素史克生物制品公司，比利时)、Rotavac (印度巴拉特生物技术国际有限公司)、Rotasil (印度血清研究所)、LLR疫苗(中国兰州生物制品研究所)和Rotavin-M1 (越南Polyvac)。

其中前4种已通过WHO预认证，后2种仅在生产国使用，在国际上并未上市。且均为活的、口服的、减毒的人类和/或动物来源的轮状病毒株，其保护机制主要是在人的肠道内复制以引起相关免疫反应 [29] 。WHO准确提供了通过预认证RV疫苗的质量、安全性和有效性的指南 [30] 。目前，在我国大陆地区上市使用的是2001年在中国获批的LLR疫苗(兰州生物制品研究所有限公司生产)和2018年在中国获批的RotaTea疫苗(美国默沙东公司)，但均属于国家非免疫规划疫苗。

RotaTeq是含5种人和牛轮状病毒重配得到的五价疫苗，2006年于美国批准上市，推荐的免疫程序为6~12周龄期间口服第1剂，第2剂和第3剂均间隔4~10周，32周龄之前完成3剂全程接种。Rotarix是含人G1P[8]基因型病毒株的单价疫苗。推荐的免疫程序为6周龄开始口服第1剂，4周后口服第2剂，24周龄之前完成2剂全程接种。Rotavac是含经1个编码牛轮状病毒VP4 (P[11])的基因和10个人轮状病毒基因重配得到的G9P[11]单价疫苗。推荐的免疫程序为从6周龄开始口服第1剂，第2剂与第3剂分别间隔4周，8月龄之前完成3剂全程接种。Rotasiil是含5种人轮状病毒和牛G6P[5]毒株重配的五价疫苗。推荐的免疫程序为从6周龄开始口服第1剂，第2剂和第3剂都间隔4周，1岁内完成3剂全程接种 [31] 。

RV疫苗的引入导致了全球RV相关腹泻发病率和死亡率的降低，来自全球轮状病毒监测网络 (Global Rotavirus Surveillance Network, GRSN；2008年WHO在全球疫苗和免疫联盟的财政支持下，将现有的区域监测网络汇集起来，建立的轮状病毒标准化全球哨点医院监测网络，包括哨点监测医院和实验室)中69个国家的数据分析显示，急性胃肠炎住院病例中婴幼儿轮状病毒的平均阳性率在疫苗接种前为38%，接种后为23%，下降了40% (95% CI: 25%~44%) [32] [33] 。因此早在2009年WHO就曾建议将轮状病毒疫苗纳入所有国家免疫规划，并将其视为优先事项，特别是在南亚、东南亚和撒哈拉以南的非洲等严重轮状病毒胃肠炎相关死亡率高的地区。引入轮状病毒疫苗接种的同时，各国也需采取措施确保疫苗接种高覆盖率并按推荐的免疫程序全程接种每一剂疫苗。为确保婴幼儿在接触RV之前产生诱导保护，WHO建议各国婴幼儿在6周龄后尽快接种第1剂RV疫苗，每剂之间应保持最少4周的间隔。RotaTeq、Rotavac和Rotasiil应按3剂给药，而Rotarix应按2剂给药。小于2岁的婴幼儿如果因故错过轮状病毒剂次，WHO建议继续为该儿童接种疫苗。由于RV性腹泻的年龄分布，不建议大于2岁的儿童接种RV疫苗 [31] 。

5. 结论与展望

本文对中国2011~2022年的监测数据分析表明，我国腹泻患儿粪便中的RV检出率为32.0% (95% CI: 28.2%~35.8%)，与2011年之前李玉静和杨学磊 [34] 监测数据差异不大，RV仍然是中国婴幼儿腹泻的主要原因。RV腹泻主要还是集中在秋冬季节，从每年10月至次年2月。我国与世界范围内RV流行株相似但存在差异。国内RV流行G基因型主要为G1、G2、G3、和G9，P基因型主要为P[4]和P[8]，主要流行4种基因型分别为G1P[8]、G2P[4]、G3P[8]和G9P[8]，其中最主要流行株为G9P[8]。国外流行基因型主要为G1P[8]、G2P[4]、G3P[8]、G9P[8]、G12P[6]和G12P[8]。

总之，RV是全球引起婴幼儿重症腹泻的主要病原体，每年不同地区都有相关腹泻流行报道。而每次监测的RV主要流行基因型随着年份、地区的不同而动态变化，随着混合感染重配概率的增加而呈现多样性，且会通过基因重组、突变，动物株感染人及人和动物间的基因重配等发生变异，致使RV株基因型多样化，这给各地区RV的监测工作和疫苗研制带来了困难和挑战。目前中国大陆针对RV使用的疫苗是RotaTea疫苗和兰州生物制品研究所研制的LLR疫苗(羊G10P[12]基因型单价疫苗)，可能是由于流行株的基因型不同以及动物毒株的异源性保护的不稳定性，此两种疫苗均属于国家非免疫规划疫苗。这就显得一个地区轮状病毒流行的血清型及基因型的确定在疫苗的评估、监测、研制中尤为重要。因此，仍需要长期监测全国不同地区RV流行情况，且尽可能扩大监测范围，全面了解中国当前流行的基因型并据此分析RV的起源和进化，预测其流行趋势，预防RV腹泻暴发流行，并为研制适合的中国RV疫苗提供可靠依据。

NOTES

^*通讯作者。