美国奶牛中高致病性禽流感 A (H5N1) 的出现与州际传播：关乎人畜健康的重大发现
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美国奶牛中高致病性禽流感 A (H5N1) 的出现与州际传播：关乎人畜健康的重大发现
近年来，禽流感病毒频繁闯入人们的视野，给动物健康和农业经济带来沉重打击，甚至还潜藏着引发大流行的危机。高致病性禽流感（HPAI）相关的鹅 / 广东 2.3.4.4 血凝素（HA）H5NX 系统发育分支，已在全球近 100 个国家肆虐，跨越多种物种屏障，被视为全球性动物流行病。自 2021 年末 HPAI H5N1 clade 2.3.4.4b 病毒跨大西洋传入北美后，引发了大规模疫情，不仅导致大量野生鸟类和哺乳动物死亡，家禽也因感染被扑杀，还出现了多起跨物种传播事件，甚至有人类感染病例，部分后果严重。面对如此严峻的形势，明确 HPAI clade 2.3.4.4b 在野生鸟类和非人类哺乳动物中的进化情况，评估其对人类感染和传播的潜在风险，成为当务之急。
在此背景下，国外研究人员针对美国奶牛中 HPAI H5N1 的传播情况展开了深入研究。他们通过分析 2021 年末 HPAI H5N1 引入北美大西洋飞行路线后的遗传序列数据，结合美国奶牛 H5N1 疫情的全基因组序列数据和流行病学信息，进行了系统的研究。该研究成果发表在《SCIENCE》杂志上，为防控禽流感疫情提供了重要依据。
研究人员采用了多种关键技术方法。在样本检测与测序方面，通过 NAHLN 成员实验室和美国农业部国家兽医服务实验室（NVSL），依据标准操作流程进行流感病毒 A（IAV）提取、逆转录实时 PCR（RT-rtPCR）检测，之后利用 Illumina 相关试剂盒制备 cDNA 文库并测序，最终生成了大量全基因组数据。在分析方法上，进行了贝叶斯系统发育动力学分析，以推断病毒的进化历史、引入时间等；运用离散性状系统发育地理分析，来研究病毒在不同宿主和地区间的传播；还通过重组分析，探究病毒基因的重组情况；借助系统发育基因组分析，深入了解病毒的遗传关系。
研究结果如下：
- H5 clade 2.3.4.4b 引入美国：2021 年 12 月，H5N1 clade 2.3.4.4b 基因型 A1 首次在美国被发现，此后多种基因型病毒在美国传播，引发了家禽和哺乳动物的感染，但多数哺乳动物似乎为终末宿主。
- HPAI H5N1 在奶牛中的检测：2024 年 1 月末，美国多地奶牛出现牛奶产量下降等异常情况。3 月 20 日，NAHLN 成员在德州奶牛样本中发现 IAV，3 月 25 日确诊为 H5N1 clade 2.3.4.4b 基因型 B3.13。随后，该病毒在其他州的奶牛和家禽中被检测到。
- 单次跨物种传播事件：通过系统发育分析，研究人员发现从家禽、野生鸟类和哺乳动物收集的全基因组序列数据表明，H5N1 2.3.4.4b 从野生鸟类传播到奶牛是单次溢出事件，之后在奶牛群体中横向传播。推断该事件发生在 2023 年 11 月左右，且在确认前病毒已在牛群中传播了 4 个多月。
- 奶牛向周边物种的传播：系统发育树显示，病毒在奶牛种群中持续存在，并传播到家禽和周边动物物种。贝叶斯离散状态分析也证实了奶牛中的 HPAI 会导致其他宿主感染，但由于监测不完全，可能存在未被发现的传播情况。
- 候鸟种群中的重组：2022 年 1 月至 2024 年 4 月，大量家禽 flock 检测出 HPAI。候鸟的迁徙和广泛感染导致病毒发生广泛的遗传重组，产生多种基因型。奶牛中 HPAI H5N1 的溢出事件之前，存在涉及不同 PB2 和 NP 基因的重组，产生了 B3.13 基因型。
- HPAI H5N1 随奶牛移动扩散：流行病学记录和系统发育动力学分析表明，无症状或症状前的奶牛移动促使 HPAI H5N1 在美国快速传播。病毒从德州传播到多个州，不同州的病毒序列形成了有空间结构的种群。
- 低频基因组变异和宿主内进化：分析奶牛病毒全基因组发现，存在与毒力、宿主范围特异性和哺乳动物适应性相关的序列变异。部分变异频率随时间增加，整体病毒种群表现出弱净化选择。
研究结论和讨论部分指出，在奶牛中传播的 HPAI H5N1 基因型 B3.13 病毒具有大流行威胁，奶牛感染后排毒时间长，增加了人畜共患病传播风险。虽然目前该病毒的传播有一定局限性，但牛场中其他动物的共感染可能产生具有更高人畜共患病潜力的新菌株。美国人群对 H5N1 病毒缺乏免疫力，现有候选疫苗病毒（CVVs）与当前流行病毒的反应性有所降低，需要新的 CVVs。加强对动物 IAV 的监测和防控，如在州际运输前检测奶牛、优化监测策略、减少混合养殖等，对于降低大流行风险至关重要。此外，研究还强调了跨部门协作以及整合基因组和表型数据的重要性，这将有助于更好地识别病毒特征、评估风险，保障动物和人类健康。
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