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人类、灵长类动物和病原菌:进展中的关系

人类、灵长类动物和病原菌:进展中的关系 

Jean Paul Gonzalez, FrankPrugnolle, EricLeroy

摘要:人类和其他灵长类动物在生物演化史上是相互联系的,具有相同的可在两物种间传播的病原体。本章将会针对三个种群的病原体在跨越灵长类种族屏障时的特殊方式进行深入的讨论。在非洲,蝙蝠可作为埃博拉病毒的贮存宿主,大猩猩和黑猩猩与其接触后,会并发多种动物疫病并可出现死亡。某些人类流行病往往在这些动物疫病发生之后相继暴发。猴免疫缺陷病毒(SIV)及其天然宿主间的共同进化与物种间交换的现象有着久远的发展历程。黑猩猩和大猩猩的SIV在不同时代和地域也都发生过跨越种群屏障传播的情况,最终导致了HIV-1和HIV-2病毒的出现。其他逆转录酶病毒,如猿猴嗜T淋巴细胞病毒(Simian T-Lymphotropic Viruses)和泡沫病毒(Foamiviruses),在跨越种群屏障方面就过去与现在都有着独特的发展历程。寄生于大猩猩的疟原虫在基因鉴定上与恶性疟原虫(P. falciparum)接近,这一发现提示了大猩猩可能是人类致死性恶性疟原虫的源头。因此,非人类疟原虫物种也是一类被低估的风险因素,时刻有着感染人类的可能。 

1引言

脊椎动物中寄生虫的传播可以是种内的,也可以是种间的。种间的传播是在病原体跨越物种屏障时出现的,而且当它们的宿主在分类学上相近或处于同一地域时,传染的概率会相当高。跨物种屏障是一种多因素现象,只有在满足了一定特殊的条件后方可实现,比如一种特定的环境、一个带虫的自然宿主、一个易感宿主或者也可以是满足双方营养偏好的带菌者。

微生物可以在自然或人为的环境中实现跨物种传播。许多具有传染性的疾病,包括大部分虫媒传播的病毒感染、狂犬病、莱姆病、汉坦病毒感染,以及沙粒病毒性出血热等(Wolfe et al.2007),都是病原体跨物种传播(cross-species transmission,CST)造成的结果。病原体跨物种传播引起的人类感染性疾病被定义为人畜共患病,这类病原微生物的自然宿主是非人类脊椎动物。最近的数据显示,73%新出现的人类病原体具有人兽共患性,而且大多数病原体来源于野外环境(Daszak et al. 2000)。跨物种传播可能由于人类接触了可致自身感染的动物源性病原体(通过与受感染动物或其粪便的直接接触,又或者是通过带菌虫媒的间接传播),还可能是因为病原体的自然宿主范围改变,从而使得病原体对人类致病。跨物种传播所致的传染性疾病往往会引发大规模流行(如灵长类—灵长类的跨物种传播:甲型流感病毒、HIV、人偏肺病毒;非灵长类—人类的跨物种传播:SARS、H5N1),可能是因为新宿主体内对新致病原尚未拥有成熟的免疫作用所导致的。然而,大多数新发传染病(EID)最初被认为是为自然宿主的短暂性外溢,而且这些疾病通常会因为无法重复有效的人—人传播途径而终止传播(Riedel 2006; Davies和Pedersen 2008)。

人类和非人类灵长类都属于灵长目(Linnaeus, 1758)。虽然灵长目中分有200多个科,但是人猿型的超家族只有三个:长臂猿科、猩猩科和人科。人科包含了大猩猩、黑猩猩和人三个亚科,它们在基因上仅有不超过2%的差异。此外,人亚科在形态学、生理学和生态学上的特征对传染性疾病的传播也许发挥着直接的作用。

那么,为什么灵长类相互之间可以传播疾病?尽管没有得到官方证实,但大多数人认为是由于非人灵长类和人类在基因鉴定上有着高度的相似性(大约98%),这使得灵长类的病原体可以很容易在两者之间相互转化。世界自然保护协会的多个研究表明,人类和灵长类所携带的微生物大多数是一致的(啮齿类动物和蝙蝠类的相似性排行第二),因而跨物种传播得以常见。此外,对具有亲缘关系的不同蝙蝠物种的研究表明,免疫系统的固有相似性阻碍了易感病毒的交换,也减弱了病毒感染新宿主的能力。这项研究证实了跨物种传播中最重要的条件是物种之间基因的相似度,反之,病毒变异和接触率并没有起到决定性的作用(Wallis和Lee 1999)。在人畜共患病中,非人灵长类传播给人类的疾病是十分常见的,同时由人类传播给非人灵长类的疾病也是如此,尤其是病毒性疾病(表1)。因此,除病原体变异和选择之外,跨物种传播可被认为是帮助病原体或寄生虫传播以及生存(进化)的重要途径。传染性疾病的演变是需要很多步骤实现,而跨物种传播就像一个突发事件导致了疾病的发生,传染病的流行是随着病原体引入新人群并迅速地进行人—人传播,结果,每一次新的突发事件最后都会演变为多种新的人类传染病。病原体是如何跨越物种屏障并得以高效完成传播的?每一种微生物和宿主系统都有着它们各自的方式来保存和传播,在以下的一些例子中将会证实这点。 

2微生物:灵长类动物性疾病传播的“天时地利” 

病原体从灵长类传到人类的传递过程的出现或在线常发生于一个特定的时间和环境,随着时间的推移,这种局部的现象将会发展成为“流行病”。当然,如果最终具备病原体适宜生存的条件(如种群),也可能在一定范围内发展为地方病。

依据生物多样性、宿主基因可塑性和表现型,非人灵长类、人类和微生物构成了一个生物复合体。其中,环境因素(温度、季节、迁移、生态系统的破坏与城市化等)在对病原体的传播中扮演着很重要的角色。因此,有必要应用一种多学科的方法去理解病原体在灵长目内同科或者不同科之间传播的复杂现象。并同时考虑到人类、动物和生态系统的健康(或疾病),这与同一健康的观念很一致。 

2.1从非洲到亚洲的埃博拉病毒 

埃博拉病毒的生物多样性

埃博拉病毒和马尔堡(marburg)病毒是丝状病毒科中仅有的两个成员,并且是众多可传染于人类和类人猿的病原体中最致命的两种。目前已知的五种埃博拉病毒亚型是以不同的地理分布和致死率为特征进行区分的,并显示出的32%~41%的序列差异。第一个分离出来的雷斯顿型埃博拉病毒(Reston ebola virus species, REBOV)源自菲律宾的亚洲猕猴(Jahrling et al. 1990),这种病毒对非人灵长类有致病性,但对人类无明显的致病作用。最近,有人从患有严重呼吸系统疾病的菲律宾家猪体内分离出了REBOV (Barrette et al. 2009)。科特迪瓦型埃博拉病毒(Cote d’Ivoire ebola virus , CIEBOV)于1994年在象牙海岸发现,并导致人类的

表1 可能跨越人类—灵长类动物物种屏障传播的部分病原体

病原体a

灵长类动物宿主

人类感染或威胁b

传染途径c

病毒

 

 

 

腺病毒(adenovirus)

黑猩猩

?

P→H

狒狒呼肠病毒(baboon reovirus)

狒狒(baboon)

?

P→H

狒狒多瘤病毒2型(baboon polyoma type 2)

狒狒(baboon)

?

P→H

狨淋巴滤泡病毒(callitrichid lymphocrypto v.  )

狨(callitrich)

?

P→H

猕猴疱疹病毒1型(cercopithecine herpes 1)

长尾猴属(cercopithecus)

+

P→H:直接接触

埃博拉病毒(ebola)

大猩猩,黑猩猩

+

P→H:体液

脑心肌炎病毒科(encephalomyocarditispicorna)

非人灵长类

+

Env→H&P

猴疱疹病毒(herpesvirus simiae)

食蟹猴(mac. Cynomolgus)和 M. radiate

+

P→H:咬伤、气溶胶

狨猴弹状病毒(marmoset rhabdovirus)

狨猴(marmoset)

?

P→H

流感病毒(influenza)

猴子;非人灵长类

+

H→P→H:直接接触

甲肝病毒(hepatitis A)

黑猩猩,赤猴(patas), 绒毛猴(wolly monkey),大猩猩 ,卷尾猴(cebus),夜猴(aotus),绢毛猴(tamarins)

+

H→P

马尔堡病毒(marburg)

长尾黑颚猴(vervet)

+

P→H

传染性软疣(molluscom contagiosum)

黑猩猩

+

P→H

猴痘(monkeypox)

猕猴属

+

P→H:接触、气溶胶

副粘病毒(paramyxovirus)麻疹(measles)

类人猿,狨猴(marmoset),绢毛猴,猫头鹰

+

H→P

脊髓灰质炎病毒(poliomyelitis)

猴子

+

H→P

狂犬病(rabies)

类人猿(apes)

+

P→H

塔纳痘(tana pox)

良性表皮猴痘

+

P→H:接触、气溶胶

类人猿G型肝炎病毒(simian hepatitis G virus)

实验动物

+

H→P

B型猴疱疹病毒(Simian Herpes B)

恒河猴(macaca rhesus)

+

P→H:咬伤、气溶胶

猴免疫缺陷病毒(Simian Immunodeficiency V.)

猴子;非人灵长类

+

P→H

猴细小病毒(Simian parvovirus)

猕猴(cynomolgus),恒河猴( M. rhesus), 短尾猴(macaques)

?

P→H

猴D型逆转录病毒(Simian Type D retroviruses)

猴子

+

P→H

猴嗜T淋巴细胞病毒(Simian T-lymphotropic virus)

猴子;非人灵长类

?

P→H


续表1

病原体a

灵长类动物宿主

人类感染或威胁b

传染途径c

猴疱疹病毒(Simian rhadinovirus) (~HHV8)

蜘蛛猴(ateles);猴子

?

P→H

猿猴空泡病毒SV40

猴子

?

P→H

雅巴痘病毒(yaba pox)

猕猴;赤猴;狒狒

+

P→H:接触;气溶胶

黄热病毒(yellow fever)

猴子

+

P→H→ P:蚊子

细菌

 

 

 

溶血性链球菌(alpha hemolytic streptococci)

实验室、宠物灵长类(pet primates)

?

 

结肠小袋绦虫(balantidium coli)

实验室、宠物灵长类

?

P→H:唾液

空肠弯曲杆菌(campylobacter jejuni)

实验室、宠物灵长类

+

P→H:粪便、排泄物

大肠弯曲杆菌 (campylobacter coli)

实验室、宠物灵长类

+

H→P→H

微孢子虫(enterocytozoon bieneusi)

实验室、宠物灵长类

?

H→P→H

致病性大肠杆菌(enteropathogenic Escherichia coli,EPEC)

实验室、宠物灵长类

+

 

嗜血杆菌副流感病毒(Haemophilus parainfluenza)

实验室、宠物灵长类

+

P→H→P

禽结核分枝杆菌(Mycobacterium avium)

实验室、宠物灵长类

+

P→H:唾液/伤口

堪萨斯分支杆菌(mycobacterium kansasii)和瘰疠分枝杆菌(m. scrofulaceum)

实验室、宠物灵长类

?

P→H

牛结核分枝杆菌(mycobacterium bovis)

实验室、宠物灵长类

+

P→H

结核分枝杆菌(mycobacterium tuberculosis)

恒河猴

+

H→P

奈瑟菌属(neisseria species)

恒河猴

+

H→P

肺孢子虫/肺囊虫(pneumocystis jiroveci/carinii)

实验室、宠物灵长类

+

P→H:唾液;伤口

鼠伤寒沙门氏菌(salmonella typhimurium)

实验室、宠物灵长类

+

H→P→H

福氏志贺氏菌(shigella flexneri)

实验室、宠物灵长类

+

P→H:粪口途径

宋内志贺菌(shigella sonnei)

实验室、宠物灵长类

+

P→H:排泄物

肺炎链球菌(streptococcus pneumoniae)

实验室、宠物灵长类

+

P→H:排泄物

克雷伯氏菌属(klebsiella)

实验室、宠物灵长类

+

P→H:肺或唾液

假单胞菌(pseudomonas)

实验室、宠物灵长类

+

P→H:粪口途径;水

P→H: 粪口途径

(下接续表)

续表1

病原体a

灵长类动物宿主

人类感染或威胁b

传染途径c

真菌

 

 

 

白色念珠菌(candida albicans)

实验室、宠物灵长类

+

 

刚果嗜皮菌(dermatophilus congolensis,)

夜猴、绒毛猴

?

 

须毛癣(trichophyton mentagrophytes) 

所有灵长类

+

H→P→H

隐孢子虫(cryptosporidium parvum)

实验室、宠物灵长类

+

P→H

微孢子虫 (enterocytozoonbieneusi)

实验室、宠物灵长类

?

P→H

诺卡氏菌属(nocardia)球孢子菌(coccidiomyces)隐球菌属(cryptococcus)

实验室、宠物灵长类

+

P→H:粪口途径

假结核耶尔森菌(Yersinia pseudotuberculosis)

猕猴属

?

P→H

寄生性原虫(protozoan parasites)

 

 

P→H

棘阿米巴属(acanthamoeba sp.)

实验室、宠物灵长类

+免疫抑制

H→P

狒狒巴拉姆希阿米巴(balamuthia mandrillaris)

实验室、宠物灵长类

+免疫抑制

 

结肠小袋纤毛虫(balantidia sp.)

实验室、宠物灵长类

+

 

芽囊原虫属(blastocystis spp.)

实验室、宠物灵长类

+

H→P→H

迈氏唇鞭毛虫(chilomastix mesnili)

实验室、宠物灵长类

+

P→H

隐孢子虫(cryptosporidium parvum)

实验室、宠物灵长类

+

P→H:粪口途径

脆双核阿米巴(dientamoeba fragilis)

实验室、宠物灵长类

+

 

痢疾阿米巴/类痢疾阿米巴(entamoeba histolytica/dispar)

实验室、宠物灵长类

+

P→H

结肠内阿米巴(entamoeba coli)

实验室、宠物灵长类

+

H→P

微小内蜒阿米巴(endolimax nana)

实验室、宠物灵长类

+

H→P→H

哈门氏内阿米巴(entamoeba hartmanni,)

实验室、宠物灵长类

+

H→P→H:排泄物

十二指肠贾第鞭毛虫(giardia duodenalis)

实验室、宠物灵长类

+

H→P→H

贾第鞭毛虫属(giardia sp.)

实验室、宠物灵长类

+

H→P→H

布氏嗜碘阿米巴(iodamoebabuestchlii)

实验室、宠物灵长类

+

H→P→H

等孢子球虫属(isospora sp.)

实验室、宠物灵长类

+

H→P→H

福氏纳格里阿米巴原虫(naegleria fowleri)

实验室、宠物灵长类

+免疫缺陷

P→H:排泄物

疟原虫属(plasmodiumspp.) (~20spp.)

非人灵长类,猴子

+

H→P→H

(下接续表)

续表1

病原体a

灵长类动物宿主

人类感染或威胁b

传染途径c

蠕虫寄生虫(helminth parasites)

 

 

 

司氏伯特绦虫 

 (bertiellastuderi)

实验室、宠物灵长类

+

H→P→H

古巴伯特绦虫(bertiella mucronata)

实验室、宠物灵长类

+

H→P→H:按蚊

膜壳绦虫属(hymenolepsis nana)

实验室、宠物灵长类

+

 

食道口线虫(oesophagostomumspp.)

实验室、宠物灵长类

+

 

曼氏血吸虫(schistosomia mansoni)

狒狒

+

P→H:中间宿主

湄公河血吸虫(schistosomia mekongi)

猴子

+

P→H:中间宿主

牛带绦虫(taenia saginatataiwensis)

猴子

+

H→P→H

迭宫绦虫属

 (spirometraspp.)

猴子

+

NH→H&P:幼虫

福氏类圆线虫 

 (strongyloides fuelleborni)

实验室、宠物灵长类

+

P→H

卷尾猴类圆线虫(strongyloides cebus)

实验室、宠物灵长类

?

P→H

粪类圆线虫(strongyloides stercoralis)

实验室、宠物灵长类

+

未煮熟肉食

刚地弓形虫(toxoplasma gondii)

实验室、宠物灵长类

+

P→H:受感染的剑水蚤

毛首鞭形线虫(trichuris trichiura)

实验室、宠物灵长类

+

H→P→H:传染性幼虫(孑孓)

 

 

 

H→P→H:传染性幼虫(孑孓)

 

 

 

H→P→H:传染性幼虫(孑孓)

 

 

 

H→P:间接传播

 

 

 

H→P:传染性幼虫(孑孓)

a 资料来源于: Bronson et al. (1972), Renquist和Whitney (1987); Wachtman和Keith (2008), Wolfe et al. (1998), Ruch (1959), Brack (1987)

b 已被证实的人类感染(+),对人类有潜在威胁(?)

c P→H,H→P→H分别表示: 从灵长类(Primates)传播到人类(Humans);从人类传播到灵长类再传播到人类

单一非致命性感染,同时在科特迪瓦Taï森林的野生黑猩猩群落中引起疾病暴发(Formenty et al. 1999)。苏丹型埃博拉病毒(Sudan ebola virus , SEBOV)目前已导致4人感染(三名感染者在苏丹,一名在乌干达),而且报告死亡率高达50% (Leroy et al. 2011)。最后发现的病毒亚型是本迪布焦型埃博拉病毒(Bundibugyo ebola virus, BEBOV),该病毒于2007年在乌干达造成大面积人群感染后被分离出来,事故中确证感染的有116例,死亡30人(病死率为26%)(Towner et al. 2008)。报告显示,扎伊尔型埃博拉病毒(Zaire ebola virus , ZEBOV)最终导致的死亡率高达90%,即成为最致命的亚型。迄今为止,ZEBOV已在中非、刚果民主共和国、刚果共和国和加蓬引发了数次暴发(Leroy et al. 2011)。

埃博拉病毒的起源

近期,我们对丝状病毒的生态学研究有了重大的突破。在三种来源于加蓬和刚果共和国的大蝙蝠(锤头果蝠(hypsignathus monstrosus)、饰肩果蝠(epomops franquetti,)、圈果蝠(myonycteris torquata))的肝脏和脾脏中,抗ZEBOV抗体和ZEBOV特异性碱基序列检测结果呈阳性,这意味着这些果蝠是ZEBOV宿主的可能性进一步增加(Leroy et al. 2005)。此外,最近的一项研究表明2007年发生在刚果民主共和国Luebo境内的疾病暴发与果蝠的大规模迁移有关,进一步暗示了很可能是蝙蝠直接导致人类感染的(Leroy et al. 2009)。

埃博拉病毒事件

ZEBOV传播到人群的主要机制至今仍不十分明确,这些机制可能会引起疾病的暴发。然而,部分疫情的暴发很明显地与类人猿尸体的存在或与之接触有关。举例来说,一位瑞士学者在1994年解剖黑猩猩尸体的过程中感染了CIEBOV。随后发现感染黑猩猩的病毒来源与这名学者体内的病原体属同一种毒株。另一项在Taï森林(科特迪瓦)进行的研究发现,1994年11月,一个只有43只黑猩猩的群落里,可能由于CIEBOV的传播夺去了11只(26%)黑猩猩的生命(Formenty et al. 1999)。类似地,1996年在加蓬发生的马依布村(Mayibout)暴发疫情,起因是几个小孩在森林里发现并屠宰了一只黑猩猩的尸体后遭到感染(Georges et al. 1999)。2001年到2003年之间在加蓬和刚果共和国内暴发了埃博拉出血热,均与黑猩猩和大猩猩中大规模的疾病暴发相关。在过去的十年中,这些大规模的疾病暴发造成加蓬和刚果共和国部分地区数以千计的动物死亡,对当地动物数量造成了毁灭性的打击(Walsh et al. 2003; Leroy et al. 2004a; Bermejo et al. 2006)。猎人在森林中处理发现的动物尸体后遭到感染,这是报道的人类感染的主要原因。另一类丝状病毒成员马尔堡病毒有相似的感染来源。经确证,1967年在Marburg和Belgrade的疾病暴发是因人类接触了从乌干达地区进口的长尾黑颚猴的组织器官引起的。

一种复杂流行的模式

自1995年到2003年,加蓬和刚果民主共和国具有时序性和地理特征的暴发流行预示着,埃博拉疫情具有从加蓬东北部地区转移至刚果民主共和国的趋势。这提供了一种可能性,即大猩猩和黑猩猩死于同一种疾病的大爆发,这种历时10年,对动物数量造成毁灭性危害的疾病(Walsh et al. 2005),正形成沿西北—东南轴扩散的流行趋势。然而,对引起2001—2005年加蓬和刚果共和国流行暴发的病毒株进行鉴定,可以从类人猿尸体内分离出不同的病毒序列;近期对两个具有系统性差异的种族谱系进行鉴别,结果显示,伴随着病毒宿主的各种病毒外溢,疾病相对独立地传播到类人猿和人类群体中(Wittmann et al. 2007)。因此,类人猿中疾病的大暴发可能是不同的病毒宿主种群内独立传播回见同时发生所致。根据“多重暴露”假说,埃博拉在类人猿中暴发并不是病毒从已受感染的个体传播到另一个体中,而是由于在特定环境条件下同时发生大量的、由病毒携带者介导的感染所引起的。确实,疫情的暴发时常发生在一年内旱季和雨季的过渡期间。人类的感染通常是继发,而且大多与处理过动物尸体有关。尽管多重暴露假说没有特定的、可供参考的时间刻度,但在血清学多方面的数据支撑下,该理论隐晦地揭示了发生在赤道周围非洲地区的ZEBOV暴发疫情远早于1976年所记载的暴发事件。举例来说,一份在喀麦隆、加蓬和刚果共和国,历时超过15年,从大约20个灵长类物种中收集到的790份样本的血清学调查显示,在这些国家中12.9%的野生大猩猩血清中含有埃博拉病毒特异性的IgG抗体,而且一些阳性样本发现的时间远远先于在这些地区暴发的人类流行病的时间。其结果说明:①这些动物与埃博拉病毒的储存宿主有着日常的接触;②部分动物在感染病毒后依旧可存活:③埃博拉病毒在中非的森林地区存在的时间可能很久远。埃博拉病毒特异性抗体在其他猴类(如狒狒、山魈、长尾猴等)体内也被发现,这说明埃博拉病毒的传播或许是十分复杂的,远比简单地从病毒宿主直接传播到大猩猩和黑猩猩这种方式要复杂得多。 

2.2逆转录病毒与灵长类动物

慢病毒属旧家系的事件(Locatelli和Peeters 2012;Sharp和Hahn 2011)

逆转录病毒家族中的慢病毒可感染很多哺乳动物,包括牛科、马科、猫科、山羊、绵羊和灵长类动物。最主要的慢病毒是外源性的(如水平传播),但它们也可以整合到宿主的基因组(逆转录病毒的主要特征之一)并随种系垂直传播。正如从兔子(RELIK)和狐猴(pSIV)的相关报道中得知,这两个物种的慢病毒属在12年前和4百万年前均属于内源性(Katzourakis et al .2007;Gifford et al.2008;Sharp和Hahn 2011)。就像Sharp、Hahn的阐述(2011)与Guindon和Gascuel猜想的动物系统发育树形图(2003)一样,这样的嵌入式病毒可向众人展示古老的逆转录病毒感染脊柱动物的起源,还提供了证明慢病毒同宿主共同进化的证据,即“病毒化石”。虽然,分子钟的计算的确是基于猿猴免疫缺陷病毒(SIV)的基因序列,且这些基因序列暗示着SIVs的起源仅仅是在几百年之前,但它们进化的时间跨度显然比所显示的数据会更加久远(Holmes 2003)。例如,一份来自近赤道的赤道几内亚比奥科岛上SIV的研究显示,SIV至少有32,000年的历史(Worobey et al.2010)。不但种内传播的发生相当频繁,而且种间传播(如跨越物种屏障)亦同样频繁,且两种SIV的进化类型更为常见:一个是长期的,一个则更多元化的,很可能与不同慢病毒间的基因重组有关(Souquiere et al.2001)。在两种类型的进化中,SIV或许会跨越种族屏障从而在人类和非人类灵长类间传播。

灵长类动物的免疫缺陷病毒传播

总而言之,在非洲,SIV似乎与它们的宿主有着深远的联系。确实,已知73种非洲灵长类物种中超过62%携带着其中一种特定的SIV。除此之外,在非洲灵长类中同域的种类间出现了跨物种传播现象,如SIVagm从非洲绿猴跨物种传播到赤猴(Bibollet-Ruche et al.2004)并伴随共同感染和重组的现象(例如SIVmu2是包括了SIVgsn和SIVmus序列的重组体)。此外,接触到被感染动物的血液或生物制品(通过打猎、屠宰丛林肉以及非灵长类动物对人类造成的咬伤和抓伤)有可能是人类感染SIV、猴T细胞嗜淋巴细胞病毒以及猴泡沫病毒的途径之一。

非洲大猩猩和黑猩猩至少在四种情况下会被跨物种障碍的SIV(分别是SIVcpz和SIVg or)感染,这导致了人类免疫缺陷病毒(HIV-1)演变出了M、N、O和P四种血清型(Gao et al.1999;Plantier et al.2009)。HIV-2的A到H血清型是乌白眉猴被至少八种相互独立的跨物种传播的SIV感染所致(Hirsch et al.1989; Hahn et al.2000; Damond et al.2004)。然而,并不是所有的跨物种传播都会造成这些相同且常见的结果。

这样的跨物种传播所引起的全球大约6千万人的普遍感染,至今只发生过一次(HIV-1血清型M)。HIV-1血清型M的流行说明了一个动物流行病传播能造成惊人的社会影响及严重后果。HIV-1血清型N似乎是来源于西部低地大猩猩的HIV-1血清型P、O以及黑猩猩的SIV(Locatelli和Peeters 2012)。而其他可感染几种非人灵长类物种的逆转录病毒,尤其是STLV和SFV,都与人类息息相关。

猴T细胞嗜淋巴细胞病毒(STLV)和人类T细胞嗜淋巴细胞病毒

STLVs(1~5型)可能是HTLV(1~4型)的前身(Mahieux和Gessain 2011),而且也许已经在多种条件下跨越了物种屏障并造成了世界范围内1000万~2000万的人感染HLTV。然而,只有5%的感染了HTLV的人发展到出现严重的健康问题(Gessain 2011)。类人猿的分型目前仅识别出HTLV-1、HTLV-2和HTLV-3,并没有最近发现的HTLV-4;同时,也并没从猕猴中发现对应亚洲于STLV-5的人类分型。这不同于有特定宿主的SIV,STLV所展现出的系统性发展和地域性集聚,说明了很多跨物种传播不仅发生在非人灵长类与非人灵长类之间,也发生在非人灵长类与人类之间(Locatelli和Peeters 2012)。

猴泡沫病毒(SFV)是普遍存在的,而且在包括新旧大陆的猴类、猿类和原猴亚目的非人灵长类中高度流行。SFV似乎与它的宿主有超过3000万年共同进化的历史(Switzer et al. 2005)。人类感染SFV更多地是被灵长类咬伤所致;但是,感染了病毒的人类并没有任何临床表现(Heneine et al. 2003)。至今还没有发现任何来源于人类的泡沫病毒。

根据对非洲国家的调查发现,人类暴露于猴类逆转录病毒下会有不同的表现(Locatelli和Peeter 2012),这可能是跨物种传播发生在非人灵长类与人之间所造成感染的复杂性而导致的。因为病毒在暴露后(初次接触)必须要被“人化”并且要达到几个条件才可能造成感染,例如病毒与宿主的分子特征和兼容性、宿主对病毒复制的应答力和种间传播宿主的能力。 

2.3疟原虫与灵长类动物 

疟原虫和宿主生物多样性

疟疾是由疟原虫属的寄生性原虫所引起的疾病。目前已知的可感染哺乳动物(超过50个物种)、鸟类或爬行动物的疟原虫超过了200种。灵长类动物是迄今为止哺乳动物中最为常见的中间宿主。

从进化的角度看,灵长类的疟原虫建立了一个并系的分化支(Martinsen et al.2008),可细分为了两个亚属:可感染各种各样来自非洲、亚洲(狭鼻猿)和南美(阔鼻人)灵长类动物的Plasmodium疟原虫亚属,以及仅可自然感染狭鼻类动物(大猩猩、黑猩猩、猕猴和人类)的Laverania疟原虫亚属。在这些品系中,有五种可感染人类,分别是恶性疟原虫、间日疟原虫(P. vivax)、三日疟原虫(P. malariae)、卵形疟原虫(P. ovale)以及新近发现的诺氏疟原虫(P. knowlesi)。正如图1所示,在这五个物种之间联系疏远:四种属于Plasmodium亚属,但是都构成了不同的系统分支;另外一种属于Laverania亚属。这种分布说明疟原性寄生虫在种属发展史上独立地发生了几次适应人类的进化。此外,在观察到人类寄生虫与动物演化史上亲缘关系较为遥远的非人类灵长类动物的紧密关系后可得出结论:这些种属中有些以侧向转移的形式去适应人类,从而让人类成为它们的宿主。这似乎就是致病性最强的恶性疟原虫的演变方式。

图1灵长类动物疟原虫发展史与已知宿主分类示意图。灵长类动物疟原虫分为两个亚属:Laverania亚属和Plasmodium亚属

恶性疟原虫:对其起源的追溯

 恶性疟原虫造成了人类历史上最严重的灾祸之一,大约有5亿人被这种寄生虫感染了。尽管医学水平在不断提高,但每年依然有100万人因此殒命,尤其是在非洲的撒哈拉以南地区。

 在过去的20年中,对于这种疾病的起源存在很多争论。简单来说,最初的假设是恶性疟原虫是鸟类(Waters et al. 1991, 1993)、啮齿类动物的侧向转移,或者是与人类共同进化的产物(Escalante和Ayala 1994)。最近,恶性疟原虫是从黑猩猩(Rich et al. 2009)或倭黑猩猩(bonobo)(Krief et al. 2010) 转移到人类而形成的假设被提出(Prugnolle et al. 2011 b)。另一个假设是恶性疟原虫源于近年黑猩猩群体发生的跨物种传播(Liu et al. 2010),这是基于发现了恶性疟原虫样病原体(P.falciparum-like pathogens)在西部野生大猩猩中自然传播的现象而提出的(Liuet al. 2010;Prugnolle et al. 2010)。

非人灵长类的来源

不同的Laverania属疟原虫感染非洲大猿的事件在20世纪初被首次记述下来(Coatney et al.1971)。在当时,人们认为只有一个恶性疟原虫姐妹谱系:P. reichenowi,一种大猩猩的寄生虫。这个概念一直占主导地位,直到现代非侵袭性方法的研发(Prugnolle et al. 2010),以及可以重新对非洲猿类疟原性寄生虫的种属差异进行完整评估的分子工具的投入使用(Kaiser et al. 2010; Ollomo et al. 2009;Rich et al. 2009;Duval et al. 2010;Liu et al. 2010;Prugnolle et al. 2010)。这让人们发现,在非洲,类人猿是大多数Laverania属疟原虫的宿主,而数量也远比预想的多。特别是这些研究鉴别出了与恶性疟原虫的关系十分紧密并且只会感染野生黑猩猩的寄生虫(Liu et al. 2010; Prugnolle et al. 2010)。其他恶性疟样寄生虫也在被捕获的黑猩猩和倭猩猩中被发现,但这些寄生虫很快被证实是源于人类到灵长类的直接传播。

发现罪魁祸首

 在大猩猩中发现了与恶性疟原虫在基因水平上十分相似的寄生虫,因此提出这样一种假设:大猩猩是引起人类疟疾病的恶性疟原虫的源头(Liu et al. 2010)。大猩猩体内恶性疟原虫样寄生虫与人类恶性疟原虫的隔离种群相比,其线粒体在基因水平上有很大的差异,在大猩猩种群的基因多样性中形成了一个单源性分化支;这项发现预示着恶性疟原虫是借助着发生在大猩猩上的一次简单并且最近产生的跨物种传播而出现的(Liu et al. 2010)。

这难道就是关于恶性疟原虫在人类中起源的定论吗?是的。当然还有其他的设想可以解释人类恶性疟原虫和大猩猩恶性疟原虫基因多样性的原因(例如在种系历史中人类到大猩猩的多次宿主转变)(Prugnolle et al. 2011 b)。此外,近期发现恶性疟原虫样病原体(在中非感染大猩猩)也可以自然感染非洲猴类(Prugnolle et al. 2011 c)。这意味着或许存在着其他栖息于森林的恶性疟原虫样病原体的保虫宿主。同时,它们如西部大猩猩那样,很可能是人类恶性疟原虫的候补来源(Prugnolle et al. 2011 a)。

其他人类疟原虫种属

恶性疟原虫事件并不是独立的,并且人类疟原虫和非人灵长类疟原虫之间存在很多紧密联系。不少从灵长类传播到人类或人类传播到灵长类的案例都被完整地记录下来,其中恶性疟原虫事件被记录得最为清楚。亚洲猕猴寄生虫此前一直被当做是一种不感染人类的寄生虫,直到最近才被证实在亚洲东南部某些地方它是致使约70%的人感染疟疾的原因。现在诺氏疟原虫已被确认为是“第五种人类疟原虫”(White 2008)。至于诺氏疟原虫的感染方式是否只是由灵长类动物跨物种传染至人类,还是可通过人传人仍不清楚;然而自2004年开始,该寄生虫在东南亚不同国家中所致的人感染率有逐年上升的趋势。而间日疟原虫也有着相似的历史,或许更久远些。间日疟原虫属于感染亚洲猴类的疟原虫种(如图1),并且伴随着猕猴的传播危及人类健康(Mu et al. 2005)。一些感染了新大陆猴类的南美Plasmodium亚属与人类疟原虫也有着紧密的关系。例如,吼猴疟原虫(P. simium)与间日疟原虫在基因水平上十分相似,同时三日疟原虫是巴西疟原虫(P. Brasilianum)的近亲(Tazi和Ayala 2010)。如果关于间日疟原虫是起源于亚洲的假说成立的话,吼猴疟原虫和间日疟原虫紧密的系统发育关系可以解读为他们是人类传染病的产物(如从人类到其他动物的宿主变换)。就巴西疟原虫而言,虽然它与三日疟原虫的紧密关系提示着宿主变换的可能性,但感染阔鼻类动物的巴西疟原虫是否缘自人类或是否能传播给人类,答案依旧未知。

新的疟原虫种类出现给人类带来的风险

我们会因灵长类疟原虫属引起新的人畜共患病而感到恐惧吗?答案是肯定的。人口在飞速增加,人类逐渐移居到非人灵长类生活的地区,从而增加新的疟原虫跨物种传播给人类的可能性,正如一些已知的非人灵长类病原体可以感染人类。例如,可以感染亚洲猕猴的食蟹猴疟原虫(P. cynomolgi)和猪尾猴疟原虫(P. inui)这两种疟原虫,在实验性或意外感染之后都能使人类产生疟疾的症状。 

3在变化的世界中,病原菌传播的未来

环境

根据居住地(环境)以及其重叠的部分(不明确),人类、非人灵长类和它们的微生物就如同一个随之变化的病原复合体。任何时间地点,都会有几种病原体在人类和非人灵长类中传播致其感染,从一个物种内溢出并发展其特定的地方传播模式。

跨物种传播的出现在群体水平上是进化的其中一个重要因素。当病原体在新宿主群体中的个体间可互相传播时,才能说是一个成功的跨物种传播。在新的群体当中一种流行病的产生以及持续存在需要有几种人类和非人类的环境因素(如宿主的易感程度、相近程度、群体密度、多次传代和行为等)。

动物传染病的风险

打猎和屠宰“丛林肉”使人类暴露于非人灵长类病原体的机会增加。实际上,猿猴病毒通常无法“成功”地传染给人类,只有少数例外使之引起了新发传染病(EID)。细菌和宿主的生物多样性可能是重大新发传染病和跨物种传播的主要驱动力,通常是通过寄生虫与新宿主最合适的“初遇”形成。病原体的成功传播需要宿主、寄生虫和环境因素三者的参与;了解这三者之间复杂的相互作用将有助于更好地理解传染病的出现,从而更好地实施同一健康策略。

风险分级

考虑到人类和猴类、猿类拥有着共同的寄生虫,了解非人灵长类中传染病的生态学特征是非常重要的。动物患传染病的风险同时也取决于环境变化对促进灵长类动物之间联系的影响,以及是否增加人类和/或非人灵长类共同传染病的发生概率。事实上,244个灵长类物种在基因水平上都有与人类基因组相近的基因组,因此寄生虫可以在这些物种中相互交换。非人灵长类动物、人类和病菌的“初遇”是行为因素和环境因素共同驱动的。非人灵长类—人类传播在驯养环境(宠物、实验动物)和野生环境中(Wolfe et al. 2007)均可发生。自然保护区、生态旅游、外来宠物以及圈养动物的举措可能有利于跨物种传播,促使病原体的出现甚至是未来瘟疫的发生。

文章来源:人民卫生出版社《同一健康与新发传染病》(主译  陆家海  郝元涛)本文经主译同意发布,未经主译允许不得转载!

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