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第三章 丙型肝炎病毒准种与基因型
第一节 丙型肝炎病毒基因异质性
HCV在患者体内具有较高的复制水平,患者体内每天产生新的HCV病毒粒子可达10 12个。由于HCV是RNA病毒,且经过了反转录过程,HCV在复制过程会产生高频率的突变,这导致了HCV的母代与子代序列之间会产生较多的变异。在病毒复制中必需的由HCV编码的RNA依赖的RNA聚合酶(RdRp)缺乏5′-3′外切酶活性,在进行3′端延伸时有可能加入错误配对的碱基从而造成序列突变;结构生物学以及生物化学研究的研究显示,HCV的RdRp也不具有3′-5′的核酸外切酶活性,缺乏校对修复功能。因此,HCV编码的RdRp的这种特征是HCV产生高突变率的子代基因组RNA的主要原因,HCV基因组RNA平均每年每个核苷酸的替代频率在1/1.4~1.9×10 3之间。其中有一些病毒株在复制周期中积累下来的序列突变是同义的,即对病毒蛋白的氨基酸序列不会产生影响。而非同义的突变则会导致病毒蛋白氨基酸序列的改变,并可能会导致一种新型毒株的出现。
HCV基因组编码不同的蛋白或者在同一蛋白的不同区域的序列突变程度是不同的(图3-1)。对于在病毒复制、翻译和组装过程中具有关键功能的蛋白质或RNA的序列,例如HCV的5′和3′UTR区以及核心区域序列,是不能允许出现很多改变的,否则HCV可能因此失去复制或感染能力,因此这些区域的系列通常都是非常保守的。目前研究显示,编码病毒包膜蛋白的序列是HCV基因组中变异程度最高的序列,尤其是拥有两个高变区(HVR 1和2)的E2蛋白。在HCV复制过程中,负链基因组RNA是很重要的复制中间体,负链RNA如果发生突变将能够迅速产生大量突变的子代正链基因组RNA,能够更为迅速地造成影响。非致死型的突变在病毒的复制过程中得到积累并传递给子代病毒,但带有这种突变特征的子代病毒能否合适生存,还需要接受外围环境如宿主细胞环境、免疫状态等的筛选,只有具有较好适应能力的突变特征会在连续复制过程中被保留。
在HCV基因组RNA复制过程中,除了常见的序列突变,目前较少观察到HCV存在基因重组的现象。基因重组现象在其他多种RNA病毒中较普遍存在,如人类免疫缺陷病毒(HIV)、流感病毒等,该现象与病毒的进化有重要的关系。在这些病毒中,基因重组现象一般发生在不同基因型或基因亚型毒株同时感染或发生二次感染时。目前,只有一些极少量的关于HCV基因重组的报道,有报道显示,从来自欧洲的一例静脉吸毒者(IDU)体内分离到一株自然产生的HCV 2/1b基因型的同源重组体;另一篇文献报道了从越南献血者体内发现的一株HCV 2/6基因型的重组体。通过全基因组测序方法发现,存在来自同一HCV基因型的不同基因亚型毒株之间重组产生的嵌合毒株(chimeric virus)。但目前对于HCV毒株的基因组重组现象的发生频率尚缺乏清晰的认识。
根据HCV基因组RNA的核苷酸序列的差异程度,可将HCV分为基因型(30%~35%差异)、基因亚型(20%~25%差异)、分离株(5%~9%差异)和准种(1%~5%差异)。准种(quasispecies)是指由遗传学上高度相关,个体基因组之间又存在微小差别的一类病原体组成的种群(swarm),群体的构成处于不断变化之中。无论病原微生物的核酸成分是RNA还是DNA,在自身复制过程中由于RNA聚合酶或逆转录酶缺乏严密的自我校读功能,同时病原体在宿主免疫压力或抗微生物药物的作用下,其核酸成分在少数位点上发生突变是一种十分常见的现象,子代基因组与父本基因组之间以及子代与子代基因组之间由于无校正功能复制产生的差异造就了准种群的产生。
图3-1 HCV基因组不同区段的变异性分析
在2004年第11届国际丙型肝炎及相关病毒会议上对1994年制定的HCV基因分型命名法进行了修改,统一了HCV的系统命名标准,建立了国际标准化的基因型检测方法和可提供开放检索的序列数据库。新命名法则将HCV分为6个主要的基因型,或称为进化枝(clade),它是一种基于对病毒基因组中至少2个相对保守区域的序列同源性分析,并通过系统进化分析获得的分类系统,是临床上应用最广泛的分型系统。
本章节将分述HCV准种和基因型的临床意义。