H7N9禽流感傳播研究

——利用動(dòng)力學(xué)方法靳禎

山西大學(xué)復(fù)雜系統(tǒng)研究所H7N9甲型H7N9流感病毒是一個(gè)亞型甲型流感病毒，通常只在鳥類中傳播，也從未感染過人。然而2013年在中國的流行已造成了人類的感染。此病的傳染源推測(cè)為：攜帶H7N9禽流感病毒的禽類及其分泌物或排泄物。傳播途徑推測(cè)為：經(jīng)呼吸道傳播、密切接觸感染的禽類及其分泌物或排泄物或經(jīng)受病毒污染的水而感染。背景禽流感，全名鳥禽類流行性感冒，是由病毒引起的動(dòng)物傳染病，通常感染鳥類、豬、馬、海鳥、鯨和人類。禽流感病毒，屬于甲型流感病毒，分為高、中、低/非致病性三級(jí)。至今發(fā)現(xiàn)能直接感染人的禽流感病毒亞型有：H5N1、H7N1、H7N2、H7N3、H7N7、H9N2和H7N9亞型。禽流感的最早報(bào)道可追溯到1878年，Perroncito首次報(bào)道了意大利的雞感染禽流感。1955年證實(shí)，引起感染的病原為A型流感病毒。1918-1919西班牙流感，病毒類型為H1N1。1957-1958亞洲流感，病毒類型為H2N2。隨后出現(xiàn)了H5N1、H7N3、H3N2、H7N7、H5N2、H5N8、H5N2、H7N1。一直到2013年，中國出現(xiàn)了H7N9型禽流感。

1.原本為低致病性禽流感病毒株（H5N2、H7N7、H9N2）可經(jīng)

6～9個(gè)月禽間流行的迅速變異而成為高致病性毒株。2.2013年出現(xiàn)的H7N9，也是通過H7N3，H9N2，H7N9病毒重組。3.病毒不斷發(fā)生變異，不斷反復(fù)入侵禽類和人類。病毒病毒神經(jīng)氨酸酶（N1-N11）血凝素（H1-H18）包膜：來源于宿主的細(xì)胞膜基質(zhì)蛋白：外殼骨架RNA核心，基因特征核蛋白抗原特征RNA：含有8個(gè)基因片段（PB1,PB2,PA,HA,NP,NA,M,NS）,決定了外部的血凝素(HA)、神經(jīng)氨酸酶(NA)、基質(zhì)蛋白(M)和核蛋(NP)。病毒入侵宿主細(xì)胞的過程：流感病毒侵染宿主后病毒表面的血凝素，識(shí)別宿主細(xì)胞膜上的血凝素受體，并與之結(jié)合利用宿主細(xì)胞的資源進(jìn)行復(fù)制和表達(dá)，重新組裝成新的流感病毒顆粒。在神經(jīng)氨酸酶的催化水解下，成熟的病毒顆粒最終脫離宿主細(xì)胞，感染新的表皮細(xì)胞?？乖?，是能夠刺激機(jī)體產(chǎn)生（特異性）免疫應(yīng)答，并能與免疫應(yīng)答產(chǎn)物抗體在體內(nèi)外結(jié)合，發(fā)生免疫效應(yīng)（特異性反應(yīng)）物質(zhì)。這一系列過程主要是通過抗原內(nèi)部的抗原決定簇發(fā)生反應(yīng)的。神經(jīng)氨酸酶（N1-N11）血凝素（H1-H18）稱為：抗原決定簇（表位）抗原決定簇：決定抗原性的特殊化學(xué)基因,是免疫應(yīng)答和免疫反應(yīng)具有特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)。不同的抗原性，將會(huì)刺激機(jī)體產(chǎn)生不同的免疫應(yīng)答，將會(huì)產(chǎn)生不同的抗體。病毒：抗原甲型流感病毒是根據(jù)位于血凝素及神經(jīng)氨酸酶的抗原性分為若干亞型，血凝素（H）有18個(gè)亞型；神經(jīng)氨酸酶（N）有11個(gè)亞型?？乖儺悾?.抗原漂移（antigenicdrift）：指由基因組發(fā)生突變導(dǎo)致抗原的小幅度變異（氨基酸序列的改變而改變了血凝素蛋白分子上的抗原位點(diǎn)

）屬于量變，沒有質(zhì)的變化，不產(chǎn)生新的亞型，。2.抗原轉(zhuǎn)變（Antigenicshift）：指編碼抗原的基因組重排引起的變異幅度大時(shí)，產(chǎn)生新的亞型，這種變異為質(zhì)的改變。問題1：如果掌握抗原漂移和轉(zhuǎn)變的規(guī)律，利用往年流感爆發(fā)時(shí)間和亞型，能否預(yù)測(cè)下次流感爆發(fā)的時(shí)間以及將會(huì)出現(xiàn)的亞型。H7N9禽流感病毒的8個(gè)基因片段與浙江鴨群中分離的禽流感病毒相似，浙江鴨群中的病毒往上追溯，與東亞地區(qū)野鳥中分離的禽流感病毒H7N3基因相似；(血凝素片段)東亞地區(qū)野鳥中分離的禽流感病毒H7N9相似。（神經(jīng)氨酸酶片段）中國上海、浙江、江蘇等地的雞群中流感病毒H9N2相似（其它片段）。Kageyamaetal.GeneticanalysisofnovelavianA(H7N9)influenzavirusesisolatedfrompatientsinChina,FebruarytoApril2013.EuroSurveill.2013;18(15):pii=20453Chenetal.等人通過分析基因序列，發(fā)現(xiàn)：從H7N9人間病例隔離出的病毒基因與從活禽交易市場(chǎng)中雞群身上隔離出的病毒基因相似。Chen,Y.etal.HumaninfectionswiththeemergingavianinfluenzaA

H7N9virusfromwetmarketpoultry:clinicalanalysisandcharacterisa-tionofviralgenome.Lancet.381,1916-1925(2013).通過以上的基因片段分析得出：1.活禽交易市場(chǎng)是人間H7N9流感的直接傳染源。2.候鳥、當(dāng)?shù)匾傍B和家禽都參與了H7N9的形成與流行，但是哪個(gè)物種為最原始的傳染源還不清楚。問題2：利用現(xiàn)有的信息和數(shù)據(jù)，能否確定最原始的傳染源。對(duì)于2013年流行的H7N9禽流感病毒,Robert和Juergen指出各領(lǐng)域?qū)＜覒?yīng)該從以下幾個(gè)方面著手研究：1.原始宿主的確定（theoriginalhostspecies）。2.從原始宿主到中間宿主的傳染方式。3.病毒的生態(tài)學(xué)以及在環(huán)境中的生存能力。Kahn,R.E.&Richt,J.A.TheNovelH7N9InfluenzaAVirus:Its

PresentImpactandIndeterminateFuture.Vector-BorneZoonot.13,347-348(2013)中國病例分布2013年上半年出現(xiàn)病例的省份：2013年下半年新增省份：香港、臺(tái)灣為輸入性病例中國病例數(shù)據(jù)以及各地區(qū)分布（截止2014年2月20日）長(zhǎng)三角和廣東地區(qū)采取措施時(shí)間表將長(zhǎng)三角地區(qū)和廣東省的措施以及病例結(jié)合起來，見下圖長(zhǎng)三角報(bào)告病例數(shù)廣東報(bào)告病例數(shù)關(guān)閉交易市場(chǎng)打開交易市場(chǎng)長(zhǎng)三角地區(qū)2013年冬季H7N9再次出現(xiàn)的可能原因：

1.交易市場(chǎng)的重新打開。2.溫度的變化。3.候鳥的南遷。廣東省H7N9出現(xiàn)的可能原因：1.家禽的調(diào)運(yùn)。2.候鳥的南遷。問題3：再次出現(xiàn)的原因，以及擴(kuò)散的主要因素？從而可以提出相應(yīng)的防控措施。模型一：原始傳染源的確定假設(shè)：（1）其它物種不會(huì)傳染原始傳染源（原始宿主）原因：1.物種之間存在物種障礙（hostspeciesbarrie），限制病毒跨越物種去傳染別的物種。2.在種間傳播的初始階段，流感病毒一般從原始宿主傳染中間宿主。3.當(dāng)病毒經(jīng)過變異和種間傳播，更適應(yīng)于新的宿主，很可能不再適應(yīng)在原始宿主體內(nèi)存活。4.原始宿主可能有了一定的抗體。Chen,G.W.&Shih.S.R.Genomicsignaturesofpandemic(H1N1)2009

influenzavirus.Emerg.Infect.Dis.15,1897-1903(2009).Chen,G.W.&Shih.S.R.AvianinfluenzaavirusinfectioninHumans.

BiomedJ.37,1-2(2014).ThijsKuiken,etal.Hostspeciesbarrierstoinfluenzavirusinfections.

Science.312,394-397(2006).Wang,L.&Li,K-S.Distrilbutionandepidemicofbirdinfluenzavirusinitsnaturalhost.J.Med.Postgrad.22,642-646(2009)（2）種間傳播為環(huán)境傳播，不存在直接接觸傳播。原因：候鳥與野鳥、當(dāng)?shù)匾傍B與家禽之間直接接觸的幾率比較小，但是存在一些共存生存環(huán)境，比如：濕地、森林等。（3）候鳥與家禽之間不會(huì)發(fā)生傳染，通過當(dāng)?shù)匾傍B傳播禽流感病毒。（4）只有家禽可以將流感傳給人類。活禽交易市場(chǎng)是人類傳染的直接來源。（5）人與人之間不存在傳染。解決方法：將候鳥、當(dāng)?shù)匾傍B、家禽分別作為原始傳染源，利用長(zhǎng)三角地區(qū)的數(shù)據(jù)得出不同擬合結(jié)果。利用AIC準(zhǔn)則找出最優(yōu)模型和結(jié)果，從而確定哪個(gè)物種為傳染源的可能性最大。當(dāng)候鳥為原始傳染源時(shí)的流程圖：當(dāng)當(dāng)?shù)匾傍B為原始傳染源時(shí)的流程圖：當(dāng)家禽為原始傳染源時(shí)的流程圖：總的詳細(xì)流程圖：參數(shù)估計(jì)1.候鳥遷徙參數(shù)候鳥遷徙路線圖。全球路線中3,4,5路過中國，分別為東線、中線、西線。候鳥遷徙時(shí)間圖長(zhǎng)三角地區(qū)

候鳥遷徙長(zhǎng)三角地區(qū)候鳥數(shù)量模擬12周內(nèi)遷移結(jié)束：每年總的遷移數(shù)概率密度函數(shù)長(zhǎng)三角地區(qū)候鳥遷徙數(shù)與總數(shù)目隨時(shí)間的變化圖2.野鳥出生死亡參數(shù)野鳥出生數(shù)目隨時(shí)間的變化圖環(huán)境中病毒衰減率模擬3.有關(guān)環(huán)境中細(xì)菌死亡率參數(shù)細(xì)菌死亡率隨溫度的變化上海溫度隨時(shí)間的變化細(xì)菌死亡率隨時(shí)間的變化4.其他參數(shù)為減少估計(jì)的參數(shù)，將禽類之間的傳染率統(tǒng)一為beta1,家禽對(duì)人的傳染率為beta2.擬合結(jié)果比較候鳥為傳染源野鳥為傳染源家禽為傳染源采取或得出的參數(shù)值A(chǔ)kaike'sinformationcriterion（模型一3個(gè)擬合結(jié)果比較）Akaike’sinformationcriterion(AIC)providesamethodformeasuringmodelqualityandawayofselectingamodelthathasthebestfittotheactualdatafromasetofmodels.三種情況下的ACI準(zhǔn)則：166.05171.9301207.9001（殘差平方和）（實(shí)際數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)）（估計(jì)參數(shù)個(gè)數(shù)）改進(jìn)的AIC準(zhǔn)則（考慮到小樣本）：