中国人兽共患病学报 2012,28(5) Chinese Journa1 of Zoonoses 413 文章编号:1002—2694(2012)05—0413—05 两株不同毒力EV7 1全基因组序列测定及分析* 李 鹏 ,宋楠楠 ,岳盈盈 ,李志会 ,张摘颖 ,盖中涛 ,孟 红 要:目的 了解济南市2008年EV71的流行和变异情况,寻求潜在的EV71毒力决定位点。方法 采用分段扩增的 RT-PCR方法对Ev71 JN200803和JN200804株的基因组金长进行扩增、测序。对两株EV71的全基因组核苷酸、氨基酸序 列进行比较,对非编码区进行RNA二级结构的预测和分析,并对VP1区和全基因组进行遗传进化分析。结果 EV71 JN200803和JN2OO8O4株的基因组全长分别为7 405 nt和7 404 nt,编码区没有核苷酸的插入和缺失,全基因组序列的组成和 结构均符合肠道病毒71型的特征。JN200803和JN200804全基因组有106个核苷酸突变,编码区98个,非编码区8个,编码 区多数属于同义突变,仅造成16个氨基酸突变。遗传进化分析显示,EV71 JN2OO8O3和JN2OO8O4株与2008年国内其他流 行株同属C4亚型的C4a进化分支,与Fuyang/17.08/1株进化关系最近。结论2008年济南市流行的EV71属于C4a亚型, 济南分离株的毒力决定位点不但具有非单一性,而且具有较为独特的济南区域特点。 关键词:EV71;毒力;全基因组;序列分析 中图分类号:R373.2文献标识码:A Complete genome sequence analysis of two enterovirus 7 1 strains with diffe rent leveel of virulence LI Peng ,SONG Nan~nan ,YUE Ying—ying ,LI Zhi—hui ,ZHANG Ying。,GAI Zhong—tao。,MENG Hong (1.Institute of Basic Medicine,Shandong Academy of Medical Sciences,Key Laboratory of Rare and Uncommon Diseases,Jinan 250062,China; 2.Jinan Infectious Diseases Hospital,Jinan 250021,China) ABSTRACT:In ordor to understand the prevalence and variation of Enterovirus 7 1(EV7 1)in Jinan in 2008,and to seek the potential virulence gene site of EV71,The complete genome of JN2OO8O3 and JN200804 strains was amplified,sequenced and analyzed.The results showed that the full length of the EV71 JN20O8O3 and JN2OO8O4 genome were 7 405 and 7 404 nt re— spectively,and no insertion or deletion was detected in the coding region.The complete genome sequences of JN200803 and JN200804 were compared.There were 106 nucleotide variations were founded,induding 98 nucleotide variations in the coding region,8 nucleotide variations in the noncoding regions.The nucleotide variations happened in the coding region were synony— mous mutations except 1 6 amino acid mutations.The phylogenetic analysis based on VPl region and complete genome indicated that JN200803 and JN200804 had the closesst genetic relationship with Fuyang/17.08/1,and belonged to the same subgeno— type C4a.The virulence gene site of EV7 1 strains isolated from Jinan possesses not only non-singularity but also the special dis— trict characteristics of Jinan. KEY WORDS:Enterovirus 71;virulence;complete genome;sequence analysis 肠道病毒71型(Enterovirus 71,EV71)是引起 婴幼儿手足口病(Hand Foot and Mouth Disease, 质炎样瘫痪等神经系统并发症,死亡率较高 ]。我 国2008年安徽阜阳出现EV71手足口病暴发,近几 HFMD)的主要病原之一,其感染可导致部分患者 无菌性脑膜炎、脑干脑炎、神经源性肺水肿、脊髓灰 *国家自然科学基金资助项目(No.81000720)和山东省自然科学基 金资助项目(ZR2011HQo3o)联合资助 通讯作者:孟红,Email:menghlc@163.COIFs 作者单位:1.山东省医学科学院基础医学研究所,山东省罕少见病 重点实验室,济南250062; 年各地的手足口病疫情不断加剧[2]。目前重症 EV71手足口病的嗜神经性致病机制仍不明确, EV71毒力决定因子也未确定,给EV71的防治带 来很大困难。为探讨序列变异对EV71流行和毒力 变化的影响及目前济南流行株的遗传学背景,本研 究对济南市两株分别源自轻症和重症手足口病人的 EV71分离株进行全基因组序列的测定和比较分 2.济南市传染病医院,济南 250021 414 中国人兽共患病学报 1.2 试剂 RNA提取采用德国QIAGEN公司病 析,为EV71致病机制和嗜神经性毒力位点的研究 提供参考。 1材料与方法 毒RNA提取试剂盒(QIAamp Viral RNA Mini Kit),cDNA第一链合成试剂盒(QuantScript RT Kit)、高保真DNA聚合酶(Pfu DNA Polymerase) 及凝胶DNA回收试剂盒(TIANgel Midi Purifica— tion Kit)均购白天根生化科技(JL京)有限公司。 1.3引物根据EV71安徽阜阳株(EU703812)并 1.1 毒株EV71 JN2OO8O3株,分离自2008年济 南市传染病医院仅患有皮疹的手足口病患者粪便标 本,接种1日龄BALB/c小鼠无明显临床症状; EV71 JN200804株,分离自2008年济南市传染病 医院患有无菌性脑膜炎手足口病患者的粪便标本, 接种1日龄BALB/c小鼠可导致后肢麻痹,死亡。 参考BrCr株全基因组序列,利用Primer5.0设计扩 增EVT1全基因组核苷酸序列引物,9对引物首尾 相互重叠、覆盖全基因组,见表1。 表1 PCR扩增用引物序列 Tab.1 Primers used in PCR amplification 1.4 病毒总RNA的提取 把EV71 JN200803、 JN200804株经MA104细胞扩增得到的细胞培养 物反复冻融3次,12 000 g离心5 rain,取上清液 上的差异。 1.7非编码区的二级结构分析采用RNAstruc— ture5.3对EV71 JN200803和JN200804株5 UTR 140“L按RNA提取试剂盒的说明书进行操作。 1.5 RT—PCR采用cDNA第一链合成试剂盒,将 病毒总RNA逆转录成cDNA,取逆转录反应产物 和3 UTR的二级结构进行预测,并对其差异进行 分析。 1.8 遗传进化分析 采用MEGA5.05软件对 于25肚L反应体系中进行PCR反应。PCR反应条 件:94℃3 rain;94℃30 S,N 30 S,72℃1 rain,40 Cycles(N为退火温度,各引物不同);72℃10 rain。 Ev71 JN2OO8O3和JN2OO8O4株进行遗传进化分 析,将其与国内外各型EV71毒株的发育关系进行 研究。 PCR扩增的特异性片段经1 琼脂糖凝胶电泳分 离,回收后送公司测序、拼接。 1.6 全基因组序列的比对采用clustalx1.83对 EV71 JN200803和JN200804的核苷酸和氨基酸序 列进行比对,找出两株病毒在核苷酸和氨基酸序列 2 结 果 2.1 全基因组序列测定分析 不包含多聚腺苷酸 尾EV71 JN2008O3株全基因组长度为7 405nt, EV71 JN2OO8O4株全基因组长度为7 404nt。 5期 李 鹏等:两株不同毒力EV71全基因组序列测定及分析415 JN200803株5 端非编码区(5 UTR)为742nt, 酸的改变;16个突变氨基酸的分布为,VP3 3个, JN2O0804株为741nt;两毒株基因组编码区均为 VPI 1个,2A 1个,2B 3个,2C 4个,3C 2个,3D 2 6582nt,编码2193个氨基酸的多聚蛋白(Polypro— 个,而VP4、VP2、3A和3B氨基酸没有发生突变, tein);3 端非编码区(3 UTR)均为81nt。JN200803 表3。 和JN20O8O4株病毒基因组的组成和结构均符合 表2两株EV71非编码区序列比较结果 EV71的特征。测定的全基因组序列已上传至 Tab.2 Comparision of noncoding regions in JN200803 GENEBANK,EV71 JN200803和JN200804株的序 and JN200804 列登记号分别为:JF913464和HQ825317。 Functional Nucleotide Mutations of nucleotide 2.2 两株EV71核苷酸和氨基酸序列差异分析 Position region difference(JN200803-,,-JN200804) EV71 JN200803和JN200804株非编码区核苷酸序 列比较发现,5 UTR共有7个核苷酸的差异,除99 位JN2OO8O4株缺失1个胞嘧啶核苷酸(c)外,其余 6个均为核苷酸的转换;3 UTR只有7347位1个核 苷酸的发生转换,见表2。EV71 JN2OO8O3和 JN200804株编码区核苷酸及氨基酸序列比较发现, 二者在编码区没有核苷酸的缺失和插入,共有98个 核苷酸的差异,且突变类型全都属于转换,但大部分 核苷酸的突变属于同义突变,仅有16个造成了氨基 表3两株EV71编码区序列比较结果 Tab.3 Comparision of the coding regions in JN200803 and JN200804 2.3 两株EV71非编码区二级结构差异分析 (internal ribosome entry site,IRES)第Ⅵ结构域相 EV71 5 UTR第453~561位碱基(BrCr株碱基位 对应,该区被认为同脊髓灰质炎病毒(poliovirus)的 置)区与脊髓灰质炎病毒的内部核糖体进入位点 毒力密切相关 。然而Ev71 JN2OO8O3和JN200804 416 中国人兽共患病学报 株在此区核苷酸序列完全相同,表明造成二者毒力 差别的毒力决定位点可能并不在5 UTR。采用 RNAStructure5.3对3 UTR进行了RNA二级结 构预测。从图1可以看到EV71 JN200803和 JN200804株二级结构仅3 UTR第23位(基因组 7347位)与第52位(基因组7376位)碱基配对有差 异,JN2OO8O3的G—T不能形成稳定的配对,而 JN200804的A—T的配对很稳定。JN200804株形 成二级结构所需自由能低于JN2OO8O3株,毒力较 强的JN200804株的二级结构更稳定。 J№DD jH * 图1 JN200803和JN200804株3 UTR二级结构预测 Fig.1 Computer-predicted secondary structures of EV71 3 UTR of JN200803 and JN200804 Note:△G of JN200803 and JN200804 were一25.4 kcal/mol and.25.8kcal/mol,respectively 2.4两株EV71的遗传进化分析 采用MEGA5. 05软件,通过邻接法(Neighbor—joining),以柯萨奇 病毒A16型(coxsackievirus A16,cVA16)为外群, 对EV71 JN200803、JN200804及GenBank中各亚 卜p卜卜p 卜卜卜 型EV71的VP1及全基因组核苷酸序列进行遗传 进化分析(图2,图3)。可见JN200803和JN200804 株与Fuyang/17.08/1株进化关系最近,同属于C4 基因亚型的C4a进化分支。2008年国内主要的 EV71流行株进化关系非常密切,与国外EV71毒 株进化关系较远。 3讨 论 EV71进化过程中的基因突变是造成毒力改变 的主要因素之一。McMinn等 发现EV71澳大利 亚流行株中只表现HFMD与具有神经毒性分离株 的主要区别在于VP1第170氨基酸从丙氨酸(Ala) 突变为缬氨酸(Va1)。Fujimoto等 发现日本 Hyogo地区表现为脑干脑炎EV 7,1毒株的VP4基 因序列均一致,与表现为手足口病EV71毒株有较 大差异。Shih等_6 比较了致死和非致死病例感染 图2 EV71 VP1区的遗传进化分析 Fig.2 Phylogenetic tree of VPI regions in EV71 图3 EV71全基因组核苷酸序列的遗传进化分析 Fig.3 Phylogenetic tree of complete genomic nucleotide se。 quences in EV71 的EV71的基因组全序列,发现非结构蛋白3C区域 的核苷酸序列存在较大差异。Chang等l_7 对中国6 株不同毒力EV71分离株全基因组序列分析发现,3 株临床轻症分离株与3株临床重症分离株唯一相同 的差别是第1994位氨基酸(3D区)由缬氨酸(Va1) 突变为异亮氨酸(1ie)。Wang等[8 将实验鼠感染不 致病EV71毒株4643与具有神经嗜性突变毒株 MP4进行全基因组序列分析,结果MP4 5 UTR区 有4个核苷酸突变。 本文两株不同毒力EV71的全基因组序列比较 发现,编码区有16个氨基酸发生了突变,其中VP3 3个,VP1 1个,2A 1个,2B 3个,2C 4个,3C 2个, 3D 2个,而VP4、VP2、3A和3B氨基酸未发生突 变。其中3D区的突变与中国其他省EV71轻重株 (重株:安徽1株、河南2株,轻株:重庆3株)氨基酸 5期 李 鹏等:两株不同毒力EV71全基因组序列测定及分析417 突变不同[7],JN2OO8O3和JN200804株第1994位氨 基酸均为异亮氨酸(Ile),与重庆的3株轻株相同。 VP3、2A、2B和2C区虽然在已有报道中不是常见 的毒力决定区域,但也可能存在对病毒毒力有影响 的位点,Whitton等 发现脊髓灰质炎病毒VP3第 91位氨基酸对病毒致病性具有重要意义。因而 Ev71毒力决定位点不但具有非单一性,而且具有 明显的区域独特性,与当地的流行特点密切相关。 小RNA病毒科(picornaviridae)病毒的5 UTR有一个与翻译密切相关的IRES,EV71与脊 髓灰质炎病毒的IRES为同一类型,结构与功能极 为相似 ]。脊髓灰质炎病毒IRES的第Ⅵ结构域被 认为与其毒力密切相关,而JN200803和JN200804 株在此区域核苷酸序列完全相同,可见EV71济南 分离株的毒力决定位点可能不在5 UTR。EV71 3 UTR被认为与病毒负链合成相关,对病毒基因 组的转录和复制有重要的作用,而EV71 JN200803和JN200804株3 UTR只有一个核苷酸 的不同,分析发现JN200804株的二级结构更稳定, 对病毒基因组的转录和复制更为有利。 通常认为VP1区全长核苷酸序列分析可作为 肠道病毒属血清型分类的依据_1 。本文将EVT1 济南分离株与2008年国内主要流行株及其他亚型 EV71进行了VP1和全基因组遗传进化分析,发现 两株EV71济南分离株同属C4亚型的C4a进化分 支,与Fuyang/17.08/1株进化关系最近,应具有共 同的起源。另外,中国1998年以来的EV71毒 株均为C4亚型,2008年的分离株均为C4亚型的 C4a进化分支;与国外病毒株相比,中国EV71 分离株与中国分离株的亲缘关系更近。总之, 对相同疫源中不同毒力EV71分离株(EV71 JN200803和JN200804株)的全基因组序列进行比 较,发现潜在的毒力决定位点,分析EV71的变异情 况和流行特点,对EV71手足口病的防治具有重要 意义。 参考文献: [1]Schuffenecker I,Mirand A,Antona D,et a1.Epidemiology of human enterovirus 71 infections in France,2000—2009[J].J Clin Virol,2011,50(1):50-56. 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