微孢子虫基因组学及分子流行病学研究进展

王琪琪，罗 潇，张 莉,2，李海龙,2*

(1.大理大学基础医学院寄生虫学教研室，云南大理 671000；2.云南省自然疫源性疾病防控技术重点实验室，云南大理 671000)

微孢子虫(Microsporidia)是一类专性细胞内寄生性真核生物。在1857年微孢子虫首次被鉴定为引起家蚕微粒子病的病原，给当时欧洲的养蚕业造成重大损失，1959第一例人类微孢子虫病发现于一个脑炎患儿，1985年报道比氏肠微孢子虫(Enterocytozoonbieneusi)感染艾滋病患者[1]。比氏肠微孢子虫导致多数患者的临床症状为慢性腹泻，同时也感染多种野生动物和家畜[2]。除了比氏肠微孢子虫，其他一些微孢子虫同样可以感染多种脊椎动物，也有的同时能感染脊椎动物和无脊椎动物[3]。

微孢子虫广泛分布于全球各地的各种环境当中，其卵囊对外界环境具有很强的抵抗力，使得微孢子虫能够通过深海热泉、洲际尘埃等多种途径进行传播[4-5]。微孢子虫的孢子在感染时形成复杂的感染装置，通过其产生的极丝所形成的管状结构进入到宿主细胞内，在细胞内度过整个复制循环阶段后最终分化成最初的孢子返回到环境当中。

近年来，随着分子生物学的发展，人们对微孢子虫的基因组研究和分子流行病学研究逐渐增多，以下从基因组学和各宿主的分子流行病学两方面对微孢子虫近年来的研究进展情况进行综述。

1 微孢子虫基因组学研究

1.1 微孢子虫比较基因组学

从1990年人类基因组计划的提出到现在，各种各样的模式生物和重要生物的全基因组测序相继完成。关于微孢子虫，目前已完成了兔脑炎微孢子虫(Encephalitozooncuniculi)的全基因组精细图谱，由我国西南大学等单位共同研究的家蚕微孢子虫(Nosemabombycis)全基因组图谱也已基本完成，比氏肠微孢子虫、蝗虫微孢子虫(Paranosemalocustae)及蜜蜂微孢子虫(Nosemaceranae)等的全基因组草图拼接工作也已接近尾声[6]。兔脑炎微孢子虫的全基因组大小仅为2.9 Mb，这在真核生物的全基因组当中最小，共编码1 997个基因，对蝗虫微孢子虫和兔脑炎微孢子虫的全基因组进行比较，发现虽然这两种微孢子虫进化地位相差较远，但两者的基因之间有保守的共线性排列。对比氏肠微孢子虫的全基因组进行研究，发现其基因组同样具有高度精简的特征，同时与兔脑炎微孢子虫的全基因组进行比较，发现两者之间的基因存在大量的同源关系。对蜜蜂微孢子虫的全基因组进行研究，并且与兔脑炎微孢子虫进行比较，得到了与比氏肠微孢子虫类似的结果。由西南大学进行的家蚕微孢子虫全基因组研究发现，其基因组中AT含量高达70%，转座元件高达36%，这一特征与蜜蜂微孢子虫相似[6]。

1.2 微孢子虫功能基因组学

微孢子虫的基因组高度精简，其自身缺乏三羧酸循环、脂肪酸氧化等重要代谢途径，这就使得微孢子虫必须依赖宿主细胞内所提供的营养物质进行增值。微孢子虫的分泌蛋白能够帮助其逃避宿主免疫反应和摄取宿主营养物质。目前，微孢子虫的功能基因组学研究主要集中在家蚕微孢子虫的孢壁蛋白。2013年李田等[7]基于家蚕微孢子虫的全基因组数据，应用生物信息学技术分析获得97种分泌蛋白，为微孢子虫分泌蛋白的研究提供了研究方法和基础数据。我国学者基于家蚕微孢子虫的基因组数据，分离鉴定了多种基因和蛋白，鉴定出一批微孢子虫纺锤剩体的相关基因，分析了多种分泌蛋白和胞壁蛋白的功能等等，这些工作填补了微孢子虫功能基因组学多项空白[8]。

2 微孢子虫分子流行病学

经过最近20多年的发展，微孢子虫的鉴定和基因型分型研究进展明显。针对感染人和多种哺乳动物的比氏肠微孢子虫，目前广泛认为标准的检测方法是通过应用普通PCR方法扩增其核糖体基因的转录间隔区(ITS)，而后对产物进行序列分析进行基因型鉴定[2]。家蚕微孢子虫主要是通过应用实时荧光定量PCR等方法检测小亚单位核糖体RNA(SSU rRNA)基因[9]。蜜蜂微孢子虫等其他微孢子虫的检测和分型多是依据16 S rDNA片段[1]。微孢子虫可以感染多种动物，有些基因型所感染的宿主范围很广，而通常情况下单个种的微孢子虫只能感染一些特定的宿主[3]。目前已经报道的微孢子虫有150个属，大约1 400多个种，这些数字每年都可能有所增加[8]。微孢子虫威胁着人类健康的同时也给养殖业造成巨大损失，其分子流行病学研究为防控该病提供了重要的参考依据。

2.1 蚕

微孢子虫是蚕最致命的寄生虫之一，它的存在阻碍了全球养蚕业的健康发展，造成巨大的经济损失。马露芸等[10]对四川省2006年-2010年间的家蚕微粒子病调查时发现，感染率受气候和蚕具的影响，秋季感染率大于春季；野外昆虫感染微孢子虫后，会将微孢子虫传染给家蚕。黄旭华等[11]对广西蚕区调查也发现，野外昆虫与家蚕存在微孢子虫交叉感染现象。蚕微粒子病的流行，除了受季节、野外昆虫的影响，还会受气候、病原的密度、养蚕环境、人为因素等的影响。家蚕微粒子病是由家蚕微粒子虫属引起的，除了这个属，家蚕还能被其他4个属的微孢子虫感染，它们分别是具褶孢虫属(Pleistophoratypicales) 、泰罗汉孢虫属(Thelohaniagiardi) 变形孢虫属(Vairimorphanecatrix)和内虫网属(Endoreticulatusfidelis)。

2.2 水产动物

关于水产物种微孢子虫病的流行病学研究报道相对较少，可能使我国微孢子虫对水产行业的危害被低估。虾感染微孢子虫后生长缓慢，并可见其肌肉部分呈不透明的白色，因此病虾被称为“棉花虾”，中华绒螯蟹感染后表现为“水瘪子病”，梭子蟹表现为“牙膏病”，石斑鱼标粗过程中常表现为“瘦身病”。肠道上皮细胞微胞子虫(E.hepatopenaei)又叫“虾肝肠胞虫”，是危害对虾养殖业的一种重要病原，雷燕等[12]建立了一种基于其SSU rRNA基因的PCR检测方法，并对来自广东、广西、江苏、山东、海南等地的755份凡纳滨对虾临床样本进行了检测，结果发现有21份为阳性。王元[13]对江苏启东海水中脊尾白虾和三疣梭子蟹的“肌肉白化病”的病原进行了研究，发现脊尾白虾所感染的微孢子虫与Potasporamorhaphis亲缘关系最近，但是它们的形态差异明显，将这种微孢子虫暂归类为未分类的Microsporidiumsp.；同时发现感染三疣梭子蟹的微孢子虫与Ameson属的形态结构相同，并且SSU rRNA基因系统发育亲缘关系相近，故将其归为Amesonsp.。Ding Z等[14]首次对我国江苏省中华绒螯蟹的“水瘪子病”进行了报道，引起国内外同行的广泛关注，他们发现该病的病原具有微孢子虫的典型特征，并通过分子生物学分析表明其与Hepatosporaeriocheir具有99%相似，系统发育建树分析也与Hepatosporaeriocheir同属一个分支。

2.3 哺乳动物

比氏肠微孢子虫几乎感染所有的哺乳动物，对全国各地几种主要的哺乳动物的感染情况和基因型进行总结(表1)，发现不同动物之间或者同种动物不同地区之间感染率不同，大多数动物感染的基因型多样，而且一些基因型可以同时感染多种动物，还发现了大量新的基因型。家畜微孢子虫病的传播可能导致潜在的人畜共患微孢子虫病流行。

2.4 人

微孢子虫已经成为危害人类身体健康重要的寄生虫之一，90%以上的微孢子虫病都由E.bieneusi引起，它不仅在艾滋病人中发现，也在器官移植、儿童和正常人群中报道过。徐利纳[27]收集河南省郑州市某儿童医院1 996份儿童新鲜粪便，对样品进行调查发现微孢子虫感染率为1.5%，7岁～10岁这个年龄段的感染率最高为2.8%。Zhang X等[28]调查的吉林省长春市某医院的40名儿童腹泻样品，发现9名儿童感染微孢子虫，感染率为22.5%。Wang L等[29]调查的573名上海某医院儿童病人，发现24名微孢子感染者，阳性率为4.2%。Yang J等[30]报道的哈尔滨市和大庆市的255名12岁以下的儿童，样本来源于社区医院(n=40)，幼儿园(n=37)和小学(n=178)，感染率为7.5%(19/255)，有3个已知的基因型(CS-4，EbpC,Henan-IV)和5个新基因型(NEC1～NEC5)；社区医院儿童的感染率22.5%(9/40)远大于小学儿童的感染率5.61%(10/178)；哈尔滨6岁～12岁的儿童感染率高于大庆儿童的感染率。Wang L等[31]调查的河南省683名人类免疫缺陷病毒(HIV)阳性患者和683名HIV阴性患者中，有7个已知基因型(EbpC 、D、IV、Peru8、Peru11、PigEBITS7、EbpD)和5个新基因型(Henan-I～Henan-V)，但两者感染率并无太大差异(表2)。

表1 我国哺乳动物比氏肠微孢子虫感染率及基因型

目前已发现有240多种比氏肠微孢子虫的基因型可以感染人类，通过系统的进化分析，这些基因型已经分为8个组(Group1-8)，其中1组(Group1)是人兽共患基因型组，有30多种为人兽共患基因型，主要有EbpC、BEB4、D、I、J、BEB6、Henan-IV、Peru 6、EbpA、O、Peru8、Peru11、BEB4等[29,31-32]；其他组只能感染特定的宿主，具有宿主特异性。预计将来还会有更多的人兽共患基因型被发现。

表2 我国人微孢子虫感染率及基因型

3 展望

随着分子生物学的发展，微孢子虫的基因组学和分子流行病学研究逐渐深入，多种微孢子虫的全基因组测序和拼接工作相继完成，为研究其致病机制、诊断和防治方法等方面提供了基因组数据支持，但目前仍有多种危害严重的微孢子虫基因组研究工作尚未完成。同时，目前国内已有的微孢子虫的分子流行病学研究工作只是冰山一角，尤其是对人和水产动物，尚需投入大量人力和物力才能掌握微孢子虫在各个地区和各种动物之间的分子流行病学规律，为微孢子虫病的防控奠定基础。

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