水体中的肠道致病病毒

夏海华，原 韬，于 冲，赵晓宇，李 杰

(1.东北农业大学，哈尔滨150030; 2.哈尔滨工业大学，哈尔滨150001; 3.黑龙江省科学院微生物研究所，哈尔滨150001)

人肠道致病病毒寄生在人体肠道内并进行复制，随着患者的排泄物排出体外，患有病毒性胃肠炎或病毒性肝炎的患者每克粪便中可能含有105～1011个病毒粒子。其中包括腺病毒(adenovirus)、轮状病毒(rotavirus)、诺瓦克氏病毒(norovirus)、星状病毒(astrovirus)、肠病毒(enterovirus)、甲肝病毒(hepatitis A)等。因此，病毒直接排放后原水中病毒浓度往往非常高，尽管这些病毒并不会在水体中复制，但即使存在非常微量的病毒存留，仍然会引起疾病的传播和爆发。

人肠道致病病毒是许多非细菌感染消化道疾病的病因，能引起呼吸道感染、结膜炎、肝炎和其他严重的感染，如脑膜炎、脑炎和瘫痪等。大多数的肠道致病病毒感染源被认为来自废水、污水引起的水体污染。在污水处理工艺中，氧化曝气、活性炭吸附、过滤、絮凝沉淀和氯气消毒后只能消除50%～90%的病毒。未能消除的病毒就会随污水释放到环境水体中，污染环境水域、饮水和食品。

现阶段对水体进行检测主要是通过细菌指标，但病毒与细菌并非直接相关，检测细菌并不能直接获得病毒的存在情况。因此，需要一种能够准确、快速、高效的检测方法对水体病毒进行监测。本文综述了常见的肠道病病毒的致病性、流行病学特点及其在水体中的传播途径。

1 主要人肠道致病病毒的结构特性、致病性和流行病学特性

由于肠道致病病毒的多元化致使产生了一系列的临床表现和流行病学特性。从公共健康的角度来看，其中最重要的是诺瓦克氏病毒、腺病毒、轮状病毒及肠病毒等。

1.1 诺瓦克氏病毒

诺瓦克氏病毒是嵌杯病毒科［1］的成员。诺瓦克氏病毒含有单股正链RNA基因组，分为三个开放阅读框(ORF)约7.7 kb。ORF1基因编码共200 kDa的6个非结构蛋白，ORF2编码一个60 kDa的衣壳蛋白VP1，ORF3编码次要结构蛋白VP2。病毒颗粒的外表面主要蛋白VP1形成的衣壳，并出现表面上呈现二十面体对称形状。

诺瓦克氏病毒是一种急性病毒性胃肠炎的主要病因，影响全球所有年龄结构的人群。诺如病毒肠胃炎的爆发可以是季节性的或偶发性的，多发地点是在家庭、学校、敬老院、医院、饭店等半封闭环境。

1.2 腺病毒

腺病毒是一种无被膜病毒，直径约90 nm，34～48 kb的线性双链DNA病毒。病毒外层包有二十面体衣壳［2］。根据腺病毒的血凝性、DNA序列的同源性、组织嗜性、纤维蛋白的特点和其他生物学特性，人类腺病毒被分为6个种，定义为A至F。6种病毒组成51个血清型，腺病毒衣壳包含至少9种蛋白质，六邻体、五邻体和纤维蛋白构成主要衣壳蛋白［2］。五邻体和细长纤维蛋白在病毒衣壳顶端构成一个复杂结构。

腺病毒对呼吸道或消化道病毒感染可能会引起大范围的病毒传播。这可能会导致多种疾病，如咽炎、结膜炎、肺炎、出血性膀胱炎、肠炎、肝炎或脑炎，这些疾病对于儿童和免疫力低下患者可能是致命的。每年在全球的腺病毒感染爆发的过程中，最常见的呼吸道感染相关的血清型是B亚型(AD3，AD7和AD21)，C种(AD1，AD2，AD5和AD6)和E种(AD4)［3］。

1.3 轮状病毒

轮状病毒是一种无被膜病毒，直径大约70 nm，属于呼肠孤病毒科的二十面体病毒［4］。轮状病毒颗粒由一个三层的蛋白质衣壳包裹，内附11段双链RNA基因［7］。该基因编码病毒蛋白(VP1，VP2，VP3，VP4，VP6和VP7基因)构成病毒衣壳和5个非结构蛋白(NSP1～NSP5)。

轮状病毒感染患者小肠中上部绒毛上皮细胞的成熟肠细胞。在轮状病毒的复制周期，病毒颗粒附着在三个层次的细胞粒子上，随后通过浆膜或体膜进入细胞质渗透。病毒吸附肠黏膜细胞是由蛋白VP4所介导的。病毒的侵染性是由VP4裂解裂解产生的VP8和VP5所产生的。

轮状病毒已被确认为5岁以下儿童严重腹泻的主要原因。在发展中国家，对医院收治患者调查显示，140万例患者和约80万人死亡中，约25%是由于腹泻引起。A组轮状病毒是发达国家和发展中国家的急性肠胃炎的常见致病病毒。目前，还没有可用的轮状病毒感染具体的治疗方法，部分国家已经发放了轮状病毒疫苗的许可证。

1.4 肠病毒

人肠病毒(enteroviruses)是属于细小RNA病毒科的无被膜病毒，包含7.5 kb的单股正链RNA基因，外部包有二十面体衣壳［5］。该基因编码4组结构蛋白，VP1～VP4和7组非结构蛋白，这些蛋白影响病毒的复制和成熟。衣壳蛋白VP1，VP2，和VP3位于衣壳表面，决定抗原表位免疫反应［5］。在进化的基础分析多个基因区域，人肠病毒可分为四个种(人肠病毒A～D)。这些病毒包括31种血清型的埃可病毒，23种血清型的柯萨奇病毒，6种血清型的乙型柯萨奇病毒，3种血清型的脊髓灰质炎病毒和多种血清型的肠病毒［6］。

大多数肠病毒感染在通常情况下无明显症状或只有轻微的疾病，如发热性疾病或轻微的上呼吸道感染。然而，肠病毒也可广泛地引起各种临床疾病，包括急性出血性结膜炎、无菌性脑膜炎、皮疹、急性或弛缓性麻痹、心肌炎和新生儿败血症等疾病。肠病毒是人类病毒性心肌炎的最常见病原，通常与扩张型心肌病(DCM)相关联。每年全球每10万人中就有5～8人患有这种病症。大多数感染肠病毒的细胞病变后会导致特定组织细胞的破坏。同时，一些疾病的表现形式可以是宿主的免疫反应的结果［6］。

脊髓灰质炎病毒是最典型的肠病毒之一。由三种不同血清型的脊髓灰质炎病毒组成。脊髓灰质炎病毒也可能会导致无菌性脑膜炎或非特异性小病。脊髓灰质炎病毒的感染通常途径是通过口中摄入病毒［7］导致肠道系统感染。所有三种血清型脊髓灰质炎病毒的受体为CD155，是免疫球蛋白家族的成员中的一种糖蛋白。作为病毒血症的传播途径，树突状细胞和巨噬细胞的感染可以帮助病毒跨越血脑屏障或沿神经通路感染脑细胞［7］。

2 水体中肠道致病病毒污染

2.1 污水中的病毒

城市污水来源于住宅、商业和工业活动区域，是人类排泄物和生活废水的混合物，其中包含固体悬浮物、杂质及多种化学物质。原污水是一种致病病毒的主要载体，尤其是肠道致病病毒。目前的城市污水处理的条件和工序，目标主要是从水中去除污染物、化学物质和生物物质，以减少对人体的不利影响和可能性对生态系统造成的危害。

传统的城市污水处理系统包括物理化学处理法，如静置沉淀、活性污泥法、过滤池等常规方法。这些物理过程能够除去污水中约90%～99%的病毒。目前对水中生物消毒的方法经常是使用氯气、臭氧与紫外线照射相结合。虽然这些方法能够除去大量的病毒，但消毒效率有所不同，它们还会成为污水排放后的二次污染物。

2.2 污水中的肠道致病病毒对水体的污染

未经充分处理的污水排放后直接影响地表水的质量，以这些水作为的饮用水水源，很可能导致饮用者受到病毒侵染。一项研究表明，22%左右的河水和约6%的处理后水样能够检测出人类腺病毒。在另一项研究中，约29%的河水样品和19%处理后的饮用水水样，能够检测出肠病毒。肠病毒是最有可能污染地下水的病原体，它们体积很小，能通过污水管道裂缝等渠道渗透到土壤中，在地下移动长达67 m的距离，最终达到的含水层。在美国的一项研究中，72%的生活区地下水中人类肠道致病病毒检测呈阳性。

美国环境保护署(EPA)在对每月粪便指标进行检测后，提出公共环境的地下水是易受粪便污染的。地下水已成为一个传染病传播的源头，在美国约80%的水源性疾病疫情归因于饮用受污染的井水。另一个重要的感染途径是通过娱乐场所的水域。人类肠道病毒经常通过处理后的废水排放到沿海水域，这样就增加了在沿海水域中游泳者和潜水员的患病风险。

2.3 污水排放中的肠道致病病毒持续存在的后果

对于污水处理系统来说，如果处理不完善，会对公众健康造成严重影响。利用传统的细胞培养方法测定经过处理的废水中的病毒含量，范围从1.0×10-3～1.0×102L-1。特别是人类肠道致病病毒可以长期稳定地存在于环境中，特别是固体沉积物中。在污水污泥沉淀中能够存在17个月以上。肠道致病病毒的传染性剂非常低，通常为几十数百个病毒颗粒。由于肠道致病病毒在环境水体中的持久性，通过污染食品、饮用水和娱乐场所水域往往会导致疾病爆发。

3 带有肠道致病病毒的污水导致的食品污染风险

食品收获前的污染可能来自于灌溉农产品的废水、污水污泥或粪便肥料。许多研究都将肠道致病病毒所引发的急性胃肠炎和A型肝炎归因于吃的蔬菜或者沙拉等食品。收获后的食品在收集和运输过程中也能够受到多方面的污染，如被污染的收割设备、运输集装箱、污染的容器、清洗和冲洗水或其他运输和储存过程中的交叉污染。卫生设施较差的地方也会发生烹调和加工后的二次肠道致病病毒感染。

由于海洋环境被污染，包括牡蛎、贻贝、蛤、文蛤和甲壳类动物，如螃蟹、虾等水产品被认为是肠道致病病毒感染和传播的途径之一。正链RNA病毒，如诺沃克病毒、甲型肝炎病毒和肠病毒存在于这些水产品的消化系统腺体和鳃中。经常食用生鲜贝类或只经过轻微煮熟的水产品，会大大增加感染肠道致病病毒的几率。研究证明，经常食用处理不彻底或未经处理的污水排放水域出产的水产品的消费者中，出现由诺瓦克氏病毒引发的胃肠炎以及肝炎病例较多。收获地点接近生活污水排放地点的水产品检测显示，致病肠病毒经常呈阳性。

4 肠道致病病毒检测的发展方向

现行的安全标准，利用环境中的常见的细菌作为检验指标。如大肠菌或肠球菌，这些评价标准仅仅是代表病原细菌或原生生物，但这个检验指标并不能直接反映肠道致病病毒含量。目前，对于肠道致病病毒的检测，需要专门的实验室和技术进行组织培养、电子显微镜和免疫检验等作为主要检测手段。在一些国家对于废水排放处理不当和监测不足，经常会造成病毒引起的胃肠炎爆发。

目前，利用分子生物学手段能够更快速、准确、高效地进行肠道致病病毒检测。其中以聚合酶链式反应(PCR)为主的检测方法是相对迅速和便捷的。在传统PCR的基础上，近年来即时定量PCR的出现大大提高了PCR的灵敏性，并能够准确地检测样本的血清型。在消除PCR检测的干扰因素的研究方面，多数研究都集中在包括利用凝胶过滤、免疫学、蛋白等电点聚集等方法，这些方法都是建立在利用牛肉浸提物电荷莫吸附吸附及溶解洗脱方法的基础上。

通过利用即是定量PCR等前沿分子生物学方法开展对肠道致病病毒的研究和检测，能够有效提高水体中病毒检出效率，对提高人类社会健康水平起到关键的作用。

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