輪狀病毒是嬰幼兒腹瀉最重要的病原體，同樣也是造成發展中國家嬰幼兒腹瀉死亡的主要原因，輪狀病毒腹瀉已成為一項重要的公共衛生問題，其防治問題引起人們的高度重視。現就輪狀病毒的結構、發病機制、臨床表現及防治輪狀病毒腹瀉的研究現狀及進展作一綜述。
引用本文： 黃敏, 黃英. 輪狀病毒腹瀉研究進展. 華西醫學, 2014, 29(4): 780-782. doi: 10.7507/1002-0179.20140237 復制
腹瀉是世界各地5歲以下兒童死亡的第二大原因[1]。輪狀病毒是嬰幼兒腹瀉最重要的一種病原體。不管是發達國家還是發展中國家，嬰幼兒輪狀病毒感染都較廣泛。由于發展中國家醫療衛生水平明顯落后于發達國家，故其輪狀病毒腹瀉的發生率和死亡率顯著高于發達國家，流行病學研究表明發展中國家兒童嚴重輪狀病毒腹瀉的發生率為全世界最高[2]。全世界每年因輪狀病毒感染導致死亡的人數超過60萬[3]。初步估計美國每年因輪狀病毒感染造成的直接或間接損失超過10億美元[4]，而我國僅2004年用于治療5歲以下輪狀病毒腹瀉患兒的醫療總費用接近8億元人民幣[5]。可見，輪狀病毒腹瀉己成為重要的公共衛生問題，并給社會造成沉重的經濟負擔。近20年來，輪狀病毒腹瀉的研究工作進展很快，并取得了一些突破性的成果。現就輪狀病毒腹瀉的研究進展作一綜述。
1 輪狀病毒的結構和功能
輪狀病毒屬于呼腸孤病毒科，輪狀病毒屬，于1947年在小鼠身上首次發現，1963年首次在電子顯微鏡下觀察到，人輪狀病毒（HRV）最早是在1973年由Bishop在澳大利亞腹瀉兒童的腸活檢上皮細胞內發現[6]，由于形狀似車輪而得此名。輪狀病毒粒子無囊膜，對稱二十面體，具有11個片斷的雙股RNA基因組，每個RNA基因組片段各編碼一種蛋白，包括有6個結構蛋白（VP1-4和VP6-7）和6個非結構蛋白（NSP1-6），包裹在3層蛋白衣殼內[7]。其中，VP6、VP4、VP7及NSP4這4種蛋白具有相當重要的功能。VP6屬于輪狀病毒衣殼內的結構蛋白，由第6基因片段進行編碼，并在子病毒的裝配中發揮重要的作用；VP6也是群和亞群的特異性抗原，根據VP6抗原性的不同可將輪狀病毒劃分為A～G 7個群，但只有A、B及C這3個群能感染人類，當前人們關注的重點仍是A群HRV引起的重癥腹瀉[8]。VP4（相對分子質量為88×103）是組成輪狀病毒外殼棘突的蛋白，由蛋白酶水解后可裂解為能增強病毒感染性的VP8（相對分子質量為28×103）和VP5（相對分子質量為60×103）片段；VP4也是主要的中和抗原，其誘導產生的中和抗體與VP7無關。VP7由基因片段7（或8、9）編碼，為病毒外衣殼的主要糖蛋白和主要的中和抗原，決定病毒血清型。VP4和VP7決定病毒的毒力并具有獨立誘導機體產生中和抗體的作用，針對VP4和VP7的抗體在體外就能中和或降低輪狀病毒的感染性和侵襲性[9]。非結構蛋白NSP4是由基因組10編碼的內質網特異性跨膜糖蛋白，它可以使腸細胞轉載Ca2+以促進腸細胞的分泌引發腹瀉，具有腸毒素樣作用[10, 11]，這可能成為一條預防輪狀病毒腹瀉的新途徑。
2 輪狀病毒腹瀉的發病機制
輪狀病毒腹瀉的機制非常復雜。輪狀病毒主要感染宿主小腸絨毛上的成熟上皮細胞并在小腸絨毛的柱狀上皮細胞上復制，使得細胞發生空泡變性和壞死。由于含有豐富的Na+-K+-ATP酶的絨毛細胞受損，細胞對Na+的吸收轉運過程發生障礙，造成大量水分以及電解質在腸內積聚，引起吸收障礙性腹瀉。同時絨毛上皮細胞的病變使刷狀緣表面的雙糖酶活性降低，于是雙糖不能水解為單糖，加之木糖、乳糖、脂肪等的吸收障礙使食物中糖類不全部被消化而被細菌分解成小分子短鏈有機酸，使腸內液體的滲透壓增高，于是水分大量滲入引起滲透性腹瀉[12, 13]。
對輪狀病毒感染細胞中蛋白質表達問題的研究將有助于進一步了解輪狀病毒的致病機制。研究表明輪狀病毒中的NSP4在腹瀉發生中發揮著相當重要的作用[14]。NSP4能使細胞膜和內質網膜對Ca2+的通透性增加，從而使細胞質內Ca2+濃度升高[9]。而細胞內Ca2+濃度的改變，可能影響小腸絨毛細胞骨架蛋白的分布狀況。此外，NSP4也可引起小腸絨毛細胞肌動蛋白和微管素細胞骨架等方面的改變[15]。
近年研究提示：輪狀病毒腹瀉機制除與小腸黏膜損傷引起吸收不良和輪狀病毒毒素作用有關外，腸神經系統（ENS）受到刺激也起到明顯作用。在動物模型身上用藥物如神經激肽-1受體拮抗劑就可通過抑制腸ENS活動減輕腹瀉[16]。此外，也有研究提示絨毛缺血和細胞旁通透性的改變同樣在腹瀉的發病進程中發揮作用[17]。若能深入了解輪狀病毒腹瀉機制，則會對進一步預防和治療輪狀病毒腹瀉提供更有益的借鑒。
3 輪狀病毒腹瀉的傳播途徑及臨床表現
輪狀病毒腹瀉的發生具有明顯季節性，多發生于秋冬季節，潛伏期3 d左右。輪狀病毒主要通過糞口途徑傳播[18]。由于輪狀病毒還可通過其他途徑如呼吸道傳播，故僅通過衛生條件的改善并不能預防這種疾病的發生[3]。這主要有2個原因：一是輪狀病毒的感染劑量極小；二是輪狀病毒在環境中不易失活。此外，輪狀病毒對酸堿也有較強的耐受性，一般的洗滌劑對其無殺滅作用。正是基于輪狀病毒的上述特點，才使得其在環境中能長期潛伏等待，一旦有機會即進入人體大量繁殖致病，隨后又可隨糞便排出體外，污染外部環境，重新感染他人。
嬰幼兒感染輪狀病毒非常普遍。有檢測結果顯示，輪狀病毒腹瀉好發于6～24個月的嬰幼兒，尤其是12～17個月的嬰幼兒，究其原因可能是因為＜6個月的嬰兒能夠從母乳中獲得一定的保護性抗體，而＞24個月的小孩因為免疫系統相對完善則能有效抵御輪狀病毒[19, 20]。輪狀病毒引起的胃腸炎是一種輕度至重度的疾病，可有嘔吐、水樣腹瀉、低熱等臨床表現。患兒在發病初期主要有流涕、咳嗽、發熱、咽痛等感冒癥狀，大便數次增多并伴嘔吐、腹痛，易被誤診為胃腸型感冒，爾后即大量的腹瀉。病程一般可持續3～9 d，發熱可持續3 d左右，每天腹瀉數次至10余次不等。若治療不及時或治療方法不當，會導致患兒死于脫水、肺炎、病毒性心肌炎、腦炎、腸出血、腸套疊等嚴重并發癥。
4 輪狀病毒腹瀉的防治現狀
目前尚無治療輪狀病毒腹瀉的特效藥，疫苗接種可能是唯一的可控制輪狀病毒感染后嚴重脫水發生的有效措施[21]。孕婦通過接種輪狀病毒疫苗能使其乳汁中的輪狀病毒抗體增多，新生兒吃了此種母乳可獲得抵抗輪狀病毒感染的能力。由此可見，口服輪狀病毒疫苗是一種有效且簡單易行的預防方法。但口服輪狀病毒疫苗同時也存在一定的缺陷：① 會引起嬰幼兒較強烈的不良反應，甚者會危及患兒生命；② 輪狀病毒類型在不斷地增加，服用疫苗產生的抗體不能對所有的輪狀病毒都產生效果；③ 口服輪狀病毒疫苗的免疫周期只有1年左右，不能長期有效；⑤ 輪狀病毒疫苗與腸套疊的相關問題還存在爭議[22]。此外，輪狀病毒疫苗的高價格也是影響很多國家是否將其納入兒童免疫接種計劃的因素之一[23]。由此可見，研究出能夠預防和治療輪狀病毒腹瀉的新策略迫在眉睫。
輪狀病毒在感染初期首先聚集在腸道黏膜上，如果聚集的病毒沒有得到抑制，那么病毒就會傳播并致病。因此，利用抗體或者其他藥物抑制黏膜上病毒的聚集是防治輪狀病毒的策略之一。已有研究表明，采用被動免疫療法可以防治輪狀病毒腹瀉，這種途徑可以避免口服輪狀病毒疫苗的一些缺陷[24]。人天然抗體的可變區由重鏈和輕鏈共同組成，是特異識別抗原的部位，僅由重鏈可變區構成的單域抗體，雖然具有一定程度的抗原結合能力，但與天然抗體相比，其親和力、水溶性和穩定性明顯降低。然而，近年的研究發現在偶蹄類動物（駱駝和羊駝）血清中存在著大量的天然缺失輕鏈的重鏈抗體，這類抗體被稱為VHH抗體，發揮著十分重要的免疫功能[25]。和常規的抗體相比，VHH抗體具有很多獨特的優勢：如相對分子質量小，水溶性好，容易重組表達和進行基因工程操作，有很強的耐酸堿和耐熱性，穩定性好，親和力高及容易穿透組織等，最重要的是口服VHH抗體后，其在胃腸道也能保持較好的活性。有學者成功構建了能表達VHH1抗體片段的重組乳酸桿菌，在乳鼠輪狀病毒模型中口服此重組乳酸桿菌可明顯縮短輪狀病毒腹瀉的持續時間并減輕其嚴重性[26, 27]，結果提示VHH抗體在輪狀病毒腹瀉的被動免疫治療方面具有應用前景，值得進一步深入研究。
5 結語
輪狀病毒腹瀉不僅給患兒的健康帶來了極大的威脅，也給社會造成了一定的壓力。目前對輪狀病毒腹瀉發病機制的研究也在不斷地深入。同時，各種針對輪狀病毒腹瀉的防治措施也在不斷改進之中。我們認為，采用被動免疫療法防治輪狀病毒腹瀉將是未來的一個研究方向。相信在不遠的將來，輪狀病毒腹瀉能夠得到有效的預防和控制。
腹瀉是世界各地5歲以下兒童死亡的第二大原因[1]。輪狀病毒是嬰幼兒腹瀉最重要的一種病原體。不管是發達國家還是發展中國家，嬰幼兒輪狀病毒感染都較廣泛。由于發展中國家醫療衛生水平明顯落后于發達國家，故其輪狀病毒腹瀉的發生率和死亡率顯著高于發達國家，流行病學研究表明發展中國家兒童嚴重輪狀病毒腹瀉的發生率為全世界最高[2]。全世界每年因輪狀病毒感染導致死亡的人數超過60萬[3]。初步估計美國每年因輪狀病毒感染造成的直接或間接損失超過10億美元[4]，而我國僅2004年用于治療5歲以下輪狀病毒腹瀉患兒的醫療總費用接近8億元人民幣[5]。可見，輪狀病毒腹瀉己成為重要的公共衛生問題，并給社會造成沉重的經濟負擔。近20年來，輪狀病毒腹瀉的研究工作進展很快，并取得了一些突破性的成果。現就輪狀病毒腹瀉的研究進展作一綜述。
1 輪狀病毒的結構和功能
輪狀病毒屬于呼腸孤病毒科，輪狀病毒屬，于1947年在小鼠身上首次發現，1963年首次在電子顯微鏡下觀察到，人輪狀病毒（HRV）最早是在1973年由Bishop在澳大利亞腹瀉兒童的腸活檢上皮細胞內發現[6]，由于形狀似車輪而得此名。輪狀病毒粒子無囊膜，對稱二十面體，具有11個片斷的雙股RNA基因組，每個RNA基因組片段各編碼一種蛋白，包括有6個結構蛋白（VP1-4和VP6-7）和6個非結構蛋白（NSP1-6），包裹在3層蛋白衣殼內[7]。其中，VP6、VP4、VP7及NSP4這4種蛋白具有相當重要的功能。VP6屬于輪狀病毒衣殼內的結構蛋白，由第6基因片段進行編碼，并在子病毒的裝配中發揮重要的作用；VP6也是群和亞群的特異性抗原，根據VP6抗原性的不同可將輪狀病毒劃分為A～G 7個群，但只有A、B及C這3個群能感染人類，當前人們關注的重點仍是A群HRV引起的重癥腹瀉[8]。VP4（相對分子質量為88×103）是組成輪狀病毒外殼棘突的蛋白，由蛋白酶水解后可裂解為能增強病毒感染性的VP8（相對分子質量為28×103）和VP5（相對分子質量為60×103）片段；VP4也是主要的中和抗原，其誘導產生的中和抗體與VP7無關。VP7由基因片段7（或8、9）編碼，為病毒外衣殼的主要糖蛋白和主要的中和抗原，決定病毒血清型。VP4和VP7決定病毒的毒力并具有獨立誘導機體產生中和抗體的作用，針對VP4和VP7的抗體在體外就能中和或降低輪狀病毒的感染性和侵襲性[9]。非結構蛋白NSP4是由基因組10編碼的內質網特異性跨膜糖蛋白，它可以使腸細胞轉載Ca2+以促進腸細胞的分泌引發腹瀉，具有腸毒素樣作用[10, 11]，這可能成為一條預防輪狀病毒腹瀉的新途徑。
2 輪狀病毒腹瀉的發病機制
輪狀病毒腹瀉的機制非常復雜。輪狀病毒主要感染宿主小腸絨毛上的成熟上皮細胞并在小腸絨毛的柱狀上皮細胞上復制，使得細胞發生空泡變性和壞死。由于含有豐富的Na+-K+-ATP酶的絨毛細胞受損，細胞對Na+的吸收轉運過程發生障礙，造成大量水分以及電解質在腸內積聚，引起吸收障礙性腹瀉。同時絨毛上皮細胞的病變使刷狀緣表面的雙糖酶活性降低，于是雙糖不能水解為單糖，加之木糖、乳糖、脂肪等的吸收障礙使食物中糖類不全部被消化而被細菌分解成小分子短鏈有機酸，使腸內液體的滲透壓增高，于是水分大量滲入引起滲透性腹瀉[12, 13]。
對輪狀病毒感染細胞中蛋白質表達問題的研究將有助于進一步了解輪狀病毒的致病機制。研究表明輪狀病毒中的NSP4在腹瀉發生中發揮著相當重要的作用[14]。NSP4能使細胞膜和內質網膜對Ca2+的通透性增加，從而使細胞質內Ca2+濃度升高[9]。而細胞內Ca2+濃度的改變，可能影響小腸絨毛細胞骨架蛋白的分布狀況。此外，NSP4也可引起小腸絨毛細胞肌動蛋白和微管素細胞骨架等方面的改變[15]。
近年研究提示：輪狀病毒腹瀉機制除與小腸黏膜損傷引起吸收不良和輪狀病毒毒素作用有關外，腸神經系統（ENS）受到刺激也起到明顯作用。在動物模型身上用藥物如神經激肽-1受體拮抗劑就可通過抑制腸ENS活動減輕腹瀉[16]。此外，也有研究提示絨毛缺血和細胞旁通透性的改變同樣在腹瀉的發病進程中發揮作用[17]。若能深入了解輪狀病毒腹瀉機制，則會對進一步預防和治療輪狀病毒腹瀉提供更有益的借鑒。
3 輪狀病毒腹瀉的傳播途徑及臨床表現
輪狀病毒腹瀉的發生具有明顯季節性，多發生于秋冬季節，潛伏期3 d左右。輪狀病毒主要通過糞口途徑傳播[18]。由于輪狀病毒還可通過其他途徑如呼吸道傳播，故僅通過衛生條件的改善并不能預防這種疾病的發生[3]。這主要有2個原因：一是輪狀病毒的感染劑量極小；二是輪狀病毒在環境中不易失活。此外，輪狀病毒對酸堿也有較強的耐受性，一般的洗滌劑對其無殺滅作用。正是基于輪狀病毒的上述特點，才使得其在環境中能長期潛伏等待，一旦有機會即進入人體大量繁殖致病，隨后又可隨糞便排出體外，污染外部環境，重新感染他人。
嬰幼兒感染輪狀病毒非常普遍。有檢測結果顯示，輪狀病毒腹瀉好發于6～24個月的嬰幼兒，尤其是12～17個月的嬰幼兒，究其原因可能是因為＜6個月的嬰兒能夠從母乳中獲得一定的保護性抗體，而＞24個月的小孩因為免疫系統相對完善則能有效抵御輪狀病毒[19, 20]。輪狀病毒引起的胃腸炎是一種輕度至重度的疾病，可有嘔吐、水樣腹瀉、低熱等臨床表現。患兒在發病初期主要有流涕、咳嗽、發熱、咽痛等感冒癥狀，大便數次增多并伴嘔吐、腹痛，易被誤診為胃腸型感冒，爾后即大量的腹瀉。病程一般可持續3～9 d，發熱可持續3 d左右，每天腹瀉數次至10余次不等。若治療不及時或治療方法不當，會導致患兒死于脫水、肺炎、病毒性心肌炎、腦炎、腸出血、腸套疊等嚴重并發癥。
4 輪狀病毒腹瀉的防治現狀
目前尚無治療輪狀病毒腹瀉的特效藥，疫苗接種可能是唯一的可控制輪狀病毒感染后嚴重脫水發生的有效措施[21]。孕婦通過接種輪狀病毒疫苗能使其乳汁中的輪狀病毒抗體增多，新生兒吃了此種母乳可獲得抵抗輪狀病毒感染的能力。由此可見，口服輪狀病毒疫苗是一種有效且簡單易行的預防方法。但口服輪狀病毒疫苗同時也存在一定的缺陷：① 會引起嬰幼兒較強烈的不良反應，甚者會危及患兒生命；② 輪狀病毒類型在不斷地增加，服用疫苗產生的抗體不能對所有的輪狀病毒都產生效果；③ 口服輪狀病毒疫苗的免疫周期只有1年左右，不能長期有效；⑤ 輪狀病毒疫苗與腸套疊的相關問題還存在爭議[22]。此外，輪狀病毒疫苗的高價格也是影響很多國家是否將其納入兒童免疫接種計劃的因素之一[23]。由此可見，研究出能夠預防和治療輪狀病毒腹瀉的新策略迫在眉睫。
輪狀病毒在感染初期首先聚集在腸道黏膜上，如果聚集的病毒沒有得到抑制，那么病毒就會傳播并致病。因此，利用抗體或者其他藥物抑制黏膜上病毒的聚集是防治輪狀病毒的策略之一。已有研究表明，采用被動免疫療法可以防治輪狀病毒腹瀉，這種途徑可以避免口服輪狀病毒疫苗的一些缺陷[24]。人天然抗體的可變區由重鏈和輕鏈共同組成，是特異識別抗原的部位，僅由重鏈可變區構成的單域抗體，雖然具有一定程度的抗原結合能力，但與天然抗體相比，其親和力、水溶性和穩定性明顯降低。然而，近年的研究發現在偶蹄類動物（駱駝和羊駝）血清中存在著大量的天然缺失輕鏈的重鏈抗體，這類抗體被稱為VHH抗體，發揮著十分重要的免疫功能[25]。和常規的抗體相比，VHH抗體具有很多獨特的優勢：如相對分子質量小，水溶性好，容易重組表達和進行基因工程操作，有很強的耐酸堿和耐熱性，穩定性好，親和力高及容易穿透組織等，最重要的是口服VHH抗體后，其在胃腸道也能保持較好的活性。有學者成功構建了能表達VHH1抗體片段的重組乳酸桿菌，在乳鼠輪狀病毒模型中口服此重組乳酸桿菌可明顯縮短輪狀病毒腹瀉的持續時間并減輕其嚴重性[26, 27]，結果提示VHH抗體在輪狀病毒腹瀉的被動免疫治療方面具有應用前景，值得進一步深入研究。
5 結語
輪狀病毒腹瀉不僅給患兒的健康帶來了極大的威脅，也給社會造成了一定的壓力。目前對輪狀病毒腹瀉發病機制的研究也在不斷地深入。同時，各種針對輪狀病毒腹瀉的防治措施也在不斷改進之中。我們認為，采用被動免疫療法防治輪狀病毒腹瀉將是未來的一個研究方向。相信在不遠的將來，輪狀病毒腹瀉能夠得到有效的預防和控制。