流感病毒在人體內的變異可預測病毒的全球蔓延趨勢

個人流感病毒變異與全球病毒蔓延

• 李麟輝 編譯

物種演變通常是非常慢的，這種變化過程會經歷幾千年甚至幾百萬年才能看出。但是對於流感病毒來說，為了避開身體的免疫系統，它的演變是迅速並且致命的，每隔幾年時間，就會出現新的流感病毒變種並很快在全世界流行。

要想控制流感的蔓延就必須應對這種病毒的不斷變化。為了決定將哪種流感毒株加入年度疫苗之內，世界衛生組織（WHO）的專家每年都必須對流感病毒的變化做出預測。這個工作是非常困難的，並且有很多不確定性，如果弄錯就會造成嚴重的後果。全球每年有數百萬人患流感，並且有上千人因此而喪命。如果預測不準確並且流感疫苗和循環毒株差別很大，那麼就會有更多的人感染。

過去幾年，基因組測序研究的進展已經讓人們開始了解個體感染的病毒進化過程。目前正在研究，如何提前預測流感病毒的全球進化趨勢。研究發現，通過研究個人感染的發展過程能為此提供一些預測線索。

深入了解感染

當流感病毒在被感染人的體內自我複製時，病毒基因有時會發生突變。大多數變異對病毒都是有害的，因為突變破壞了其運作的機理。但是每隔一段時間，就會有變異的病毒存活下來，甚至茁壯成長。病毒和人體的免疫系統不停地進行著貓捉老鼠的遊戲。有時候，變異病毒恰好能夠避開人體免疫系統的注意。

具有這種優勢的變異病毒能夠很快繁殖，並能在感染的病毒中佔據主要地位。最終，它甚至可以在人和人之間傳播，並可能蔓延全球。

近些年來，追蹤病毒在人體內的變化變得更容易了。由於人類基因測序成本降低，人們研究病毒的方式也在改變。研究者可以對整個感染過程中上千個病毒進行測序，以追蹤出現的新的突變。

研究這些突變可以告訴我們病毒如何應對人體內環境的改變。比如，對於艾滋病病毒來說，感染往往會持續數年甚至數十年，即使在一個人體內，病毒的演變也是很可觀的，尤其是這種病毒經常會對抗醫生設計的病毒療法繼而產生抗藥性。

在四個長期感染中追蹤病毒的變異

近期，研究者們追蹤了四個癌症患者體內的流感病毒演變，這四個人在過去的數月中感染過流感。大多數的流感病毒會持續存活約一周的時間，這限制了可能發生的病毒變異。但是對於免疫系統比較弱的癌症病人來說，感染可能會持續很長時間，病情也會比較嚴重。

那麼，流感病毒是如何演變的呢？通過對整個感染過程的不同階段的病毒進行測序並對基因組進行比較，研究者們就能夠識別出新的突變並追蹤到它們的演變過程。

每個圖表都表示病毒中可能發生突變的位置。橙色表示的是發生突變的病毒，隨著時間的變化其發生的頻率也發生變化。

病毒的演變大約在幾周內發生。一個明顯的例子就是病毒對達菲（一種治療流感的藥物）的抗藥性會在幾周內產生。研究中的患者服用了達菲以控制感染。但是，和之前的研究一樣，流感病毒最終出現了抗藥性突變。這種突變也許可以部分地解釋為什麼感染持續了這麼長時間。

抗藥性突變並不是研究者觀察到的唯一一種進化性的改變。在同一個患者身上有時會同時存在六種彼此略微不同的突變病毒。這些競爭性的病毒會使得演變變得十分複雜。某種開始傳播了一周的病毒有時會在下一周就滅絕。據推測，它可能是在競爭中被另一種生命力更強的病毒吞噬了。

研究者發現，在某些情況下來自不同患者的病毒發生了完全相同的突變，而這些患者彼此之間沒有發生感染。研究者推測，病毒可能是根據患者所服用的藥物做出了相似的調整。根據前人的研究成果，這些突變中的某些可能會有助於病毒避開人體免疫系統的防禦。

病毒的全球蔓延

流感病毒結構的3D層析成像。

此項研究中患者體內發生的突變和之後在全球傳播的突變病毒是相匹配的。在幫助病毒進入宿主細胞的外殼的棘突上，參與研究的四個患者中有三個發生了N225D突變。在研究中的患者感染八年以後，大多數全球流行的流感病毒也都發生了完全相同的突變。

這是研究者完全沒有意料到的。進化過程充滿了此消彼長，某些有助於病毒適應人體的突變可能會使得人與人之間的感染速度放緩。但是，研究者還不確定這種不尋常的長期的流感感染中的演變是否與全球的變化模式相匹配。

在研究中，個體中的病毒演變和全球的病毒演變是極其相似的。研究者能夠在少數幾個個體身上就觀察到病毒在全球演變的趨勢。

隨著技術的不斷發展，人們可以更容易地研究流感病毒感染的深層機理。世界衛生組織的實驗室每年會對上千個體的流感毒株進行測序以監控流感病毒的演變。研究人員在個體感染流感病毒的第一時間就以捕獲突變的方式對越來越多的毒株進行測序。這些感染中的每一種變異都像是一個單獨的演變實驗。通過比較在不同的感染中出現的突變，研究者可以對進化的可能性和限制有初步的了解，並預測流感病毒的演變，揭示發生在人體內的病毒演變的動態過程。

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