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HIV-1亚型分析与研究综述

来源:中国热带医学
摘要:【关键词】AIDS/HIV。基因艾滋病(AIDS)是本世纪对人类社会威胁最大的传染性疾病。引发AIDS的人类免疫缺陷病毒(HumanImmunodeficiencyVirus,HIV)于20世纪80年代中期发现以来,随着分子生物学技术的不断完善,世界各国陆续开展针对其基因结构的分类研究。根据血清学和基因序列的差异,HIV分为HIV-1型和HIV-2型。...

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【关键词】  AIDS/HIV;基因

  艾滋病(AIDS)是本世纪对人类社会威胁最大的传染性疾病。引发AIDS的人类免疫缺陷病毒(Human Immunodeficiency Virus, HIV)于20世纪80年代中期发现以来,随着分子生物学技术的不断完善,世界各国陆续开展针对其基因结构的分类研究。根据血清学和基因序列的差异,HIV分为HIV-1型和HIV-2型。HIV-1广泛分布于世界各地,是造成全世界HIV/AIDS流行的主要原因,HIV-2主要分布于非洲西部。根据免疫印迹(Western blot)结果可以将HIV-1和HIV-2明确区分[1],在确认HIV感染的过程中就能确定感染者携带的HIV型,由于HIV-2毒株流行的局限性,而HIV-1的感染力较强,是当今世界HIV流行的主要病毒株,因此HIV-1亚型是目前的研究重点对象。

  1  HIV基因组高度变异的生物学特性
        
  HIV在病毒分类学上属逆转录病毒科慢病毒属,带有以RNA为模板合成DNA的逆转录酶(Reversetranscriptase,RT)[2]。HIV基因组有2条相同的正链RNA在5′端通过氢键互相连接在一起形成二聚体, HIV的增殖过程为逆转录过程,HIV通过逆转录酶逆转录产生DNA与人体细胞基因组结合实现病毒的复制。由于HIV在复制过程中逆转录酶的忠实性较差,缺乏3′→ 5′外切核酸的校读功能,基因转录在人体免疫或抗HIV药物压力下容易发生差错产生基因突变,从而产生新的病毒基因型;在HIV感染的个体,HIV变异株出现的频率是HIV复制周期的函数。而HIV感染的所有阶段,都有持续高水平的HIV复制(血液循环中HIV毒粒的半衰期仅为6h,因此病毒群体每6h更新一半)[1],同时HIV感染者每天HIV基因的每一个位置都可能引入突变。HIV的快速复制速率加上高突变率使HIV从原发感染时的状态进化为一群遗传差异很大的病毒,结果导致出现高度分化的个体,不同亚型和相同亚型的HIV毒株之间都可发生重组,因此HIV基因组具有高度的变异性,这给艾滋病的诊断、治疗和AIDS疫苗研制推广带来很多难题。

  2 HIV-1基因型分类
         
  分子生物学研究成果显示,HIV-1的基因排列为LTR-gag-pol-vif-vpr-tat-rev-vpu-env-nef-LTR[1],其中vif、vpr、tat、rev、vpu、nef为调节基因。根据基因序列的同源性,国际病毒分类委员会(International Committee on Taxonomy of Viruses,ICTV)将HIV-1分为组(group)、亚型(subtype)、亚亚型(sub-subtype)、流行重组型(circulating recombinant form,CRF)。根据编码包膜蛋白的env基因和编码壳蛋白的gag基因序列,HIV-1分为3个组:M组(main)、O组(outlier)和N组(non-M-non-O),组间基因离散率为30%~50%。其中M组的病毒对人类健康构成的威胁较严重,在全世界范围内广泛流行,而HIV-1的O群、N群和HIV-2型只局限在非洲某些局部地区流行[3]。HIV-1基因型分类主要针对HIV-1M群。
         
  依据env区序列, HIV-1 M组分为A、B、C、D、F、G、H、J、K9个非重组纯亚型。HIV-1M组亚型间的基因离散率为20%~30%,亚型内的基因离散率为7%~20%[3]。某些毒株在分子进化上很接近某个已知亚型,同时进化距离又不足以形成新的亚型被命名为亚亚型,如A亚型包括A1和A2亚亚型,F亚型包括F1和F2亚亚型。已经发生流行传播(至少感染3个或以上流行病学无关联的患者)的重组嵌合病毒株称为流行重组型(CRF),在CRF的同一毒株中有不同亚型的基因结构。同一种CRF具有相同的基因嵌合结构,他们来源于相同的重组毒株,目前HIV-1M组有18种流行重组型(CRF)[4],其中主要重组形式有AE、AG、AB和BC。因为HIV-1有很高的重组频率,检测重组的可能性,特别是在有不同基因型的病毒流行的地区显得尤为重要[5]。

  3 HIV-1亚型的流行分布与进化趋势
         
  HIV-1 M组各基因亚型在全世界流行,呈不均匀分布。全球流行的绝大多数毒株是HIV-1 M组中的A、C亚型毒株,其次是B亚型毒株(泰国B与欧美B的主要差异是V3环的氨基酸序列),然后是A/E和A/G亚型重组毒株[6]。HIV-1基因亚型分布与社会经济、地理环境、人口种族基因组特征、生活习惯的差异和先期基础效应[7]等因素有关。在北美洲、欧洲、澳洲流行的主要是B亚型,主要通过同性性行为和静脉吸毒传播;南美洲流行的主要是B、C、F亚型,主要通过异性性行为传播;非洲流行的主要亚型是C亚型[8],但所有的HIV-1 M组亚型均发现在非洲流行,而且有些亚型只在非洲被发现,主要通过异性性行为传播(超过80%)及输血和母婴传播(约各占10%);在亚洲流行的包括A、B、C、D、E和F亚型,主要在静脉吸毒者以及通过异性性行为传播[9]。
          
  自从1985年发现第一例HIV感染者以来,HIV-1在我国的流行形势日趋严峻, 1996~1999年全国首次HIV分子流行病学调查在30个省市、自治区共发现A、B(欧美B)、B′(泰国B)、C、D、E和F等7种类型的HIV-1流行,其中三个主要亚型B′(占47.5%)、C(占34.3%)和E亚型(占9.6%)中以HIV-1 B′亚型流行区域最广,几乎见于所有调查地区;HIV-1 C亚型主要分布于吸毒人群较多的云南、四川、新疆和西北地区;HIV-1 E亚型主要见于性传播较多的西南边境和东南沿海地区;A、D、F亚型则散发于有劳工输出的不同省份[10]。2001年第2次全国HIV流行病学调查结果表明我国流行的HIV-1亚型毒株为:A亚型1.47%;B亚型2.55%;B′亚型29.11%;C亚型1.03%;CRF-BC 50.20%;CRF01-AE15.54%;CRF02-AG0.1%。B′亚型还是分布最广泛的HIV-1亚型;CRF-BC(CRF07-BC和CRF08-BC)是我国HIV-1重组的主要模式,流行于全国大部分地区;CRF01-AE正从南部及沿海城市(福建、广东、广西、云南等)向周围扩散。在人群分布上,献血者中主要为B′亚型,吸毒人群中主要为CRF-BC型和CRF01-AE型,性传播人群可见全部7种亚型[1,11~16]。
         
  不同人群中流行的HIV-1主要亚型不同,不仅与不同亚型病毒的生物学特性有关,也可能与不同亚型的病毒分别被传入的人群有关[17]。随着时间的推移,我国的HIV-1亚型分布出现了新的特征,HIV-1在我国的主要流行毒株由重组型代替单一亚型是流行毒株的可能进化趋势。HIV-1感染中各亚型所占的比例改变,提示了HIV-1各亚型的传播能力可能不同[17]。由于HIV基因组具有高度变异的特征,随着全国范围内高发病期的到来,HIV感染人数急剧增加,HIV流行出现了众多型别,各省流行的HIV正由单一亚型向众多亚型和由个别地区向全国各地区传播。加强地区性的HIV-1流行毒株的基因亚型检测对于预测当地病毒株的进化趋势、采取针对性干预手段是重要的HIV防控研究工作。

  4 HIV-1基因亚型分析技术
   
  目前HIV-1基因亚型的分析技术主要有DNA序列测定法(GSA)、多肽免疫酶法(PEIA)和异源双链泳动分析法(HMA)。GSA法通过测定病毒基因的全长序列或某一段具有识别意义的序列来分型,是确定HIV-1基因亚型最直接、最准确的方法[18];PEIA法是通过检测机体产生的针对病毒env区蛋白gp120的V3环肽的抗体来确定病毒分型,但只能鉴别有限几种亚型,虽然操作比较简单,但特异性和敏感性欠佳[19];HMA法是根据不同样品的单链DNA形成的异源双链二聚体在PAGE中泳动率的快慢来确定病毒亚型的鉴别诊断试验,适合开展大规模的HIV-1亚型分型研究工作[20]。但在HIV-1基因亚型较多的地区,使用HMA和血清学方法进行检测时可靠性不高,容易出现中间型,或者出现错误的结果的比率比较大,可以采用HMA法初筛,对于不能明确分型的样品,再选择GSA法进行确证分析。

  5 HIV-1基因亚型研究意义
         
  基因突变和基因重组是HIV-1基因亚型产生的生物学基础,因此在HIV新感染的个体体内的病毒相对同质性较高,而在HIV反复感染的个体内可同时感染多个亚型的HIV-1毒株[1]。不同亚型或不同型毒株间HIVRNA片段重组都将导致HIV基因高度变异,且随时间的延长和变异程度不断增大而产生新的型或亚型。由于HIV亚型之间容易发生基因重组使HIV病毒具备高度变异的生物学特性,HIV流行毒株的高度变异给HIV诊断和疫苗生产研究带来了很多困难;HIV-1不同基因亚型具有不同的感染力、毒力、对细胞的嗜性、不同途径的传播效率及在不同地区的流行时间。不同亚型毒株的生物学特征与传播途径在不同人群中的传播效率均有差异,并有一定的地区分布特点。因此,对HIV-1进行基因亚型、亚亚型、流行重组型分析对我国的HIV疫情预防控制和AIDS的临床诊断和治疗更具有实际研究价值和重要意义。

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作者单位:柳州市疾病预防控制中心,广西 柳州 545001.

作者: 韦启后 2010-1-13
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