APOBEC3 deaminase editing in mpox virus as evidence for sustained human transmission since at least 2016
▲论文标题&参考译文▼
猴痘病毒中APOBEC3脱氨酶编辑是至少自2016年以来持续人类传播的证据
【时间】 2023年11月2日在线发表【期刊】 Science（IF=56.898）【作者】 Andrew Rambaut和Áine O’Toole团队【研究模型/对象】 人类群体【核心内容】
2023年11月2日，英国爱丁堡大学Andrew Rambaut和Áine O’Toole团队在国际顶尖期刊Science发表了一篇题为“APOBEC3 deaminase editing in mpox virus as evidence for sustained human transmission since at least 2016”的研究论文，科研人员发现猴痘病毒自2016年以来一直在人类中传播。因为是持续的，所以相当于这个“疫情”持续了至少7年之久。
根据该文章，猴痘曾被视为地方性人畜共患病，通过与特定宿主接触传播。然而，在2022年5月，发现国际上出现了猴痘人类病例，与已知猴痘病毒有42个核苷酸差异，其中几乎所有突变都与抗病毒酶APOBEC3有关。
这些观察结果改变了对猴痘流行病学的认识，强调了修改公共卫生信息以管理和控制该疾病的必要性。
背景知识
自2017年以来，尼日利亚疾病控制中心一直在报告人类感染猴痘病毒（Monkeypox virus，MPXV）的病例。猴痘病毒属于正痘病毒科的DNA病毒，通常被描述为西非和中非地区的地方性疾病。它是一种通过与啮齿动物宿主接触传播的人畜共患疾病。过去，MPXV感染主要发生在婴儿和儿童身上，但自2017年以来在尼日利亚观察到的病例中，儿童感染较少，而主要影响20至50岁的成年人（占79%），其中27%发生在女性身上。
自2017年以来收集的MPXV样本中APOBEC3型突变的特异性富集
对这些病例进行基因组测序揭示了足够的遗传多样性，可能涉及不同的人畜共患事件。2022年5月，发现MPXV感染病例在欧洲广泛传播，并随后在全球传播。首批基因组序列显示，这些病例与从尼日利亚旅行回来的确诊病例（来自以色列、新加坡和英国）具有关联。这些早期基因组序列在图中被标示为分支IIb内的三角形，根据命名法，分别代表谱系1A和谱系B.1。
根据研究者的观察，谱系B.1中的序列与2018年的早期MPXV基因组相比存在42个单核苷酸差异。根据对2017年黑猩猩MPXV爆发的评估，估计MPXV的进化速率为每年每个位点1.9×10^-6个取代，相当于每3年约有1个核苷酸变化。因此，42次核苷酸变化在3到4年的时间里是一个出乎意料的大数字。
公开资料显示：“猴痘是一种比较常见的传染性疾病，它是一种人畜共患的传染病，主要是通过密切接触传播的，一般是由动物传染给人，出现猴痘之后，患者会产生比较明显的发热、头痛头晕、四肢无力、肌肉酸痛、背痛症状，同时还有可能会产生咽喉疼痛、身体疲乏、淋巴结肿大、皮疹等这种症状。当有这种症状出现时需要及时对症治疗，如果错过治疗时间，可能会导致严重的并发症出现，比如可能会产生败血症、肺部感染，同时还有可能会出现呼吸窘迫综合症等多种疾病。自世界卫生组织1980年宣布人类彻底消灭天花以来，猴痘病毒已成为对公共卫生影响最大的正痘病毒（天花、类天花、牛痘、牛痘苗、兔痘、猴痘及鼠脱脚病等病毒）。2022年多个欧美国家陆续出现的“猴痘”病毒疫情，正不断引起这些国家媒体的关注。而近日亚洲地区的猴痘病毒传播情况也被相继报道。”
APOBEC3编辑作为人类MPXV进化的标志
MPXV是一种致使人类感染发疹和皮肤病变的病毒，其基因组的多样性被分为三个主要分支：分支I、IIa和IIb。
研究发现，在MPXV的分支IIb中，观察到了远高于双链DNA病毒预期的分子进化率。这种过度的突变积累主要表现为G型→A或C→T的转变。
与其他MPXV分支相比，分支IIb在突变类型上显示出显著差异。在分支IIb中，观察到C的七聚体→T和G→A的突变富集，而其他分支中则没有这种富集。
研究还发现，在分支IIb的进化中，出现了与谱系B.1内的进化类似的模式。谱系B.1是在2017年后全球流行的MPXV谱系，其传播主要通过人与人之间的传播。在谱系B.1中观察到的突变可以被视为这种传播模式的特征。
根据研究结果，作者认为APOBEC3驱动的MPXV分支IIb的进化是人类群体内持续传播转变的标志。这表明在MPXV传播给人类之前，病毒很可能没有在假定的啮齿类动物宿主中对APOBEC3敏感，并且在人类中传播后仍然对人类APOBEC3分子易感。
APOBEC3在MPXV基因组中产生变异的途径有限
首先，作者假设观察到的hMPXV-1基因组的进化是APOBEC3驱动的。根据分析，作者发现在参考基因组中的靶位点（GA和TC二聚体位点）中，大部分突变会导致氨基酸替换（61.6%），一部分是同义突变（21%），少部分会诱导终止密码子（2.9%），还有一部分出现在编码区之外（14.4%）。对于分支IIb基因组而言，突变类型的比例类似。
值得注意的是，与非APOBEC3样突变相比，APOBEC3样突变中的同义突变数量更多，并且靶位点的突变也更多发生在蛋白质编码区之外。这支持了一种假设，即观察到的突变是自然选择消除了对病毒适应性成本巨大的变异后剩余的危害最小的APOBEC3突变。
观察到的APOBEC3型突变不仅仅是可用靶位点的产物
通过比较突变的分布和参考基因组中靶位点的分布，作者发现突变的分布不仅仅由靶位点的可用性决定。此外，对于同义和非同义的APOBEC3样突变，靶位点的密度与观察到的突变分布存在显著差异。
APOBEC3作为一种宿主介导的抗病毒机制，在病毒基因组复制和单链暴露时起作用。然而，由于APOBEC3编辑只能在有限数量的二核苷酸环境中发生，并且其能够诱导的氨基酸变化也有限，因此APOBEC3对病毒适应性的提高并不一定有助于其传播和存活。
研究还指出，MPXV可能通过滚圈扩增在细胞质中复制，这有助于广泛的连续基因组复制。这样的机制可能使得许多MPXV基因组分子不受APOBEC3作用的影响。然而，偶尔会有经过适度突变的基因组存活并传播，这可以从MPXV基因组中观察到的同义突变和基因间突变相对于可用靶点的富集中看出。
由于APOBEC3作用的不可逆性，人类群体内的持续进化可能导致对靶位点的耗竭，从而加速MPXV适应性的降低。这可能是由于受感染细胞产生的活子代病毒数量减少，或者由于遗传漂移积累了适度有害的突变。然而，这种情况发生的时间尺度是不确定的，其他进化力量（如重组）可能会恢复适应性。本研究并未进一步解决这个问题。
自MPXV在人类中出现和传播以来APOBEC3型突变的线性积累
自2017年以来，关于APOBEC3型单核苷酸突变的线性积累在人类中逐渐增加。通过对基因组进行贝叶斯回归分析，发现从2017年开始采样的基因组中，APOBEC3型突变的累积率大约每年增加6.18个（95%可信区间为5.20到7.16），而B.1谱系的累积率每年增加约为5.93个（95%可信区间为2.95到8.92）。这表明，虽然B.1谱系在男性之间传播较快且广泛，但其APOBEC3突变的累积速度与IIb分支的其他部分保持一致。值得注意的是，B.1谱系的APOBEC3突变累积速度显著高于IIb分支的其他部分，这表明该谱系在B.1出现之前就已经积累了更多的突变。
然而，从2021年11月起，这些突变的大部分也出现在美国马里兰州的基因组中，这表明它们在B.1流行之前已经出现并传播了几个月。通过回溯APOBEC3型突变开始积累的时间，可以估计第一个APOBEC3突变发生在导致2017年疫情分支的时间。根据假设，如果所有这些突变都是由人类的APOBEC3引起的，那么估计的日期为2015年6月20日。然而，预计一些APOBEC3样突变实际上是由于早期复制错误造成的，因此将对估计产生线性影响。为了适应这种不确定性，研究人员使用BEAST软件包开发了一个更精确的APOBEC3介导的进化模型。他们估计，APOBEC3加速了MPXV群体的进化速度，其速度是正常进化速度的28倍。
从APOBEC3型突变的积累估计MPXV出现在人类中的时间
此外，研究人员还发现，2017年后基因组的最近共同祖先的时间大约为2016年2月23日（95%可信区间为2015年6月28日到2016年9月28日），向持续人传人的过渡时间大约为2015年9月14日（95%可信区间为2014年8月21日到2016年7月31日）。另外，他们还观察到，在2022年出现B.1谱系之前，疫情中的感染人数呈指数级增长的趋势，尽管2020年报告的病例有所下降。这进一步支持了病例人口统计数据的迹象，即这不是一种普遍的流行病。
对全球公共卫生应对MPXV病例的影响
自从确定了 B.1谱系以来，许多国家已经报道了 B.1多样性之外的其他谱系，包括美国、英国、葡萄牙、印度和泰国。在几乎所有情况下，这些病例都报告有国际旅行的历史。这些被放置的谱系(命名为 A. 2.1，A. 2.2，A. 2.3和 A. 3)都可以在系统发育上追溯到尼日利亚的流行病(图3A)。这表明，在公认的男男性接触者网络之外，至少有一例持续的人际传播仍在继续，这些网络是2022年全球流行病的重点。阻止这些社区的传播，尽管是必要的，但不足以消除作为人类流行病的病毒。许多国家缺乏检测 MPXV 病例的监测，如果自2015-2016年以来持续的人际传播一直在进行，那么目前有其他人群正在经历流行病的可能性很大。
历史上，MPXV被认为是一种人畜共患的疾病，病例一直被视为独立的外溢事件，在人口中循环水平较低。到目前为止，这仍然是中非第一分支的准确角色塑造。对于 IIb 分支，虽然一些非 B. 1谱系病例可能是新的人畜共患感染，但自2016年以来的大多数病例可能是人传人的结果。虽然世界各地的 B.1血统现在已经减少ーー尽管尚未根除ーー但它产生的人类流行病仍有增无减。全球公共卫生对于那些被历史上认为是潜在宿主物种的国家的MPXV病例给予与其他地区同等的关注和关切是至关重要的。如果要从人群中消除 MPXV，然后防止其再次出现，就需要进行全球监测。
