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脊髓灰质炎是一个古老的人类疾病,它由脊髓灰质炎病毒引起。这种疾病在19世纪末突然开始流行,在20世纪中期成为全球最恐怖的疾病之一,对于疾病突然流行的原因目前并不清楚。本研究基于可利用的病毒核酸序列,采用贝叶斯进化分析平台追溯脊髓灰质炎病毒最近共同祖先的形成时间,起源地理和种群的动态变化。其次,我们也对脊髓灰质炎病毒衣壳区VP1片段进行了适应性进化分析,通过了解其变化规律以期为其它病毒(如EV-71)的疫苗研发提供理论依据。另外,脊髓灰质炎于1953年首次在中国爆发,以VP1片段构建的最大分枝可信树显示,野生2型脊髓灰质炎病毒(WPV2)具有更长的流行历史,其最近共同祖先产生的时间为1865.5(1838.0-1892.2,95%CI),野生3型(WPV3)和野生1型(WPV1)最近共同祖先产生的时间分别为1890.3(1874.4-1906.7,95%CI),1924.9(1916.5-1932.5,95%CI)。有意思的是,三个血清型病毒株最近共同祖先形成的时间分别位于流行史的不同的阶段,其中,WPV2位于脊髓灰质炎的散发阶段,WPV3位于脊髓灰质炎的流行阶段,而WPV1位于脊髓灰质炎的全球扩张3个不同的流行阶段,这表明WPV3可能与脊髓灰质炎的流行出现有关,WPV1则对脊髓灰质炎的全球扩张可能起到关键作用,而WPV2可能对脊髓灰质炎的爆发作用较小。具体分析表明,WPV2首先在东南亚及其相邻地区流行,然后进一步传入非洲,美洲等地;WPV3则首先在欧洲与北美地区流行,1930s传入发展中国家;WPV1首先在美洲流行,在1940s传入东地中海地区,1940s末进一步向发展中国家扩散并导致全球流行。基于核酸序列的BSP分析显示,由WPV1引起的脊髓灰质炎感染人口自1940s中期急剧增加,在1950s达到流行的高峰,并一直持续至1990s初;而由WPV3造成的脊髓灰质炎在1930s-1960s期间一直处于低水平流行,直到1965年后才出现急剧上升。由于大量疫苗的竞相出现,WPV2于1999年被灭除,而WPV1和WPV3从1990s早期后也急剧减少。我们的分析结果从分子水平进一步证明了WPV1是引起脊髓灰质炎在全球范围流行的主要致病株。
脊髓灰质炎于1953年首次在中国爆发,包含7个基因型的WPV1和1个基因型的WPV3的流行。本文根据所收集的序列分析,发现中国地区还流行2个WPV1的新基因型(CN-6,CN-7),暗示了在中国地区存在多种不同基因型病毒株的共流行。谱系地理学分析表明,取样自中国的WPV1均由其他国家传入中国。最近共同祖先形成时间的推断表明,CN-5和CN-7基因型具有较长的流行历史,可能对中国早期脊髓灰质炎的流行发挥了重要作用,而CN-1-4,CN-6则在1970s后才相继传入中国。另外,根据所构建的最大分枝可信(MCC)树,来自新疆的野生3型病毒株约在1970s中期从格鲁吉亚(欧洲)传入中国,远晚于3型的首次分离时间(1957),表明中国曾存在其他基因型的3型病毒株。在与中国相邻的阿富汗和巴基斯坦地区仍然存在WPV1和WPV3病毒株的流行,并有传入中国的风险,因此至少在当前阶段,保持高水平的疫苗覆盖率,依然是阻止病毒输入的最有效方法。