輪狀病毒

輪狀病毒是一種雙鏈核糖核酸病毒，屬於呼腸孤病毒科。它是引起嬰幼兒腹瀉的最常見原因，幾乎每個兒童在約五歲時都經歷至少一次輪狀病毒感染。然而，每一次感染後人體免疫力會逐漸增強，因此之後再次感染的影響就會減輕，到成人階段就很少受其影響。輪狀病毒總共有八個種，以英文字母編號為A、B、C、D、E、F、G與H。其中，A種是最為常見的一種，超過90%人類輪狀病毒感染是由該種造成。輪狀病毒是藉由糞口途徑傳染的。它會感染與小腸壁上的並且產生腸毒素，腸毒素會引起腸胃炎，導致嚴重的腹瀉，有時候甚至會因為脫水而導致死亡。雖然輪狀病毒於1973年就被由澳洲的所發現，而且造成嬰兒與幼兒總計超過50%以上因為嚴重腹瀉而住院治療的案例，但是在公共衛生社群中它仍然沒有被廣泛地重視，特別是在發展中國家更是如此。除了對人類健康的影響之外，輪狀病毒也會感染動物，是家畜的病原體之一。輪狀病毒的治療並不複雜，但每年仍有超過450,000名五歲以下的嬰幼兒因為輪狀病毒的感染而死亡，而且每年有幾乎兩百萬以上的兒童因此患重病。在美國實施疫苗施打計畫之前，輪狀病毒每年造成270萬個兒童嚴重腸胃炎的案例，有近60,000名兒童需住院治療，並且每年平均有37個死亡案例。對付輪狀病毒的方式著重於使用口服補液鹽，並且以疫苗接種來防止這種疾病的發生。在疫苗施打實施之後，輪狀病毒的病例即大幅減少。症狀及徵象.是一種中等或重度的急性疾病，會引起噁心、嘔吐、水狀腹瀉，以及低程度的發熱。當兒童受到這類病毒感染時，在症狀發生前大約會有兩天的潛伏期。症狀通常是從嘔吐開始，接著是四到八天的大量腹瀉。輪狀病毒感染比起其他細菌性腸胃炎更容易引起脫水的現象，也是輪狀病毒感染的最常見的死因。每個人終其一生都可能受到A種輪狀病毒的感染。初次感染通常會產生症狀，再次感染則通常只產生輕微症狀或沒有症狀，因為免疫系統提供了部分的保護機制。所以，感染症狀發生的比例於兩歲以下的兒童最高，之後漸漸降低直到45歲為止。雖然新生兒感染的機會很常見，但是通常都是溫和的症狀或是無症狀疾病；最嚴重的症狀都會發生在比較大一點的出生六個月到兩歲的小孩，以及發生在有免疫缺陷的小孩身上。大部分的成人因童年時期獲得的免疫力，因此對於輪狀病毒感染影響不大；成人發生的腸胃炎通常是因為其他病因而非輪狀病毒，但是成人的無症狀感染依然在社群中帶有感染症的傳染性。有症狀的再感染通常因為感染了不同血清型的輪狀病毒A種。傳染途徑.輪狀病毒是由糞口路徑所傳染的，藉由與接觸弄髒的手、弄髒的表面以及弄髒的物體來傳染，而且有可能經由呼吸路徑傳染。受感染病患的糞便每克可以包含超過10兆個有傳染性的病毒顆粒；而其中只要10顆到100顆就可以藉由傳播而感染另一個人。輪狀病毒在自然環境中是穩定的，也可以在河口的樣本中發現，其樣本大概每美-{制}-加侖可以發現1至5顆有傳染性的輪狀病毒顆粒。消滅細菌與寄生蟲的衛生裝置似乎對於輪狀病毒的控制是無效的，因為在高衛生水平與低衛生水平的國家中，輪狀病毒感染的發病率是相似的。致病機轉.腹瀉是肇因於輪狀病毒的多重活動。輪狀病毒主要複製於消化道，並感染腸絨毛的，造成上皮組織結構和功能上的改變，遭到該病毒的破壞而導致吸收不良。產生腸毒素的病毒蛋白質NSP4製造了倚賴鈣離子的氯化分泌物，破壞了鈉-葡萄糖協同運輸蛋白1的反射作用。健康的腸黏膜細胞會分泌乳糖酶進入小腸；所以因乳糖酶缺乏而造成的乳糖不耐症也是輪狀病毒感染經常出現的症狀，這個症狀可以持續數週。乳糖不耐症的再次發生通常與牛奶再次引入兒童的日常飲食有關，因為細菌發酵了在肚子內的雙醣乳糖。診斷與檢測.輪狀病毒感染的診斷一般都伴隨著有嚴重的腹瀉症狀的腸胃炎。大部分的因為腸胃炎進入醫院的兒童病患都被檢測出輪狀病毒A種。對於輪狀病毒A種傳染病的專門診斷方式是對病患的糞便利用酵素免疫分析法去作病毒的識別。目前市場上已經有幾種核准的監測裝置，這些監測裝置對於輪狀病毒A種的所有血清型都可以敏感，個別的檢測出來。其他的檢驗方法，如電子顯微鏡法或是凝膠電泳法，則是使用在研究實驗室之中。逆轉錄聚合酶鏈鎖反應可以檢測並識別所有種與所有血清型的人類輪狀病毒。治療與預後.劇烈的輪狀病毒感染症的治療方法並不特別，這包括了症狀的控制與最重要的補充水分進入病童身體，而病童的電解質與血糖必須要特別注意。輪狀病毒感染很少造成其他的併發症，而且對於症狀控制良好的兒童來說，預後是極佳的。極少數的報告有出現在中樞神經系統。流行病學.在全世界各地流行的輪狀病毒A種據統計是人類輪狀病毒腸胃炎案例中超過90%以上的病媒，每年輪狀病毒在發展中國家造成上億的腹瀉案例，有接近200萬的病患住院治療，而且據估計有611,000的死亡案例。單獨就美國而言，平均每年就發生超過270萬件輪狀病毒腸胃炎的案例，約60,000的病童必須住院治療，而且有37名病童因為這個病毒感染症而死亡。而輪狀病毒是引起腹瀉的主要角色並沒有受到廣泛的被公共衛生社群所承認，特別是發展中國家。幾乎每個兒童在五歲以前都曾感染過輪狀病毒。它是嬰兒與幼兒嚴重腹瀉的主要單一原因，其中大約20%的嬰幼兒腹瀉案例是歸因於此，而統計大約50%的案例需要住院治療。男孩住院治療的案例為女孩住院治療的兩倍。在溫帶地區，輪狀病毒感染症主要發生於冬季，但是在熱帶地區則是一年全年都會發生；其中的不同之處有部分可以用溫帶地區溫度與溼度季節性的變化來解釋。對於可歸因食物汙染的資料尚未清楚。輪狀病毒A種腹瀉經常在醫院的嬰兒、參加託兒所的幼兒，以及在照養中心的老人之間爆發。1981年在美國科羅拉多州發生一次因為市區飲用水遭到汙染而爆發大規模輪狀病毒感染。而在2005年期間，紀錄上最大的腹瀉大規模傳染病疫情發生在尼加拉瓜。這次不尋常大且嚴重的疫情爆發是伴隨著輪狀病毒A種基因突變，也許這幫助了病毒逃離了民眾體內普遍免疫力的保護。另外一次類似的流行性大爆發則是發生在1977年的巴西。輪狀病毒B種，也稱為成人腹瀉輪狀病毒，造成影響上千名中國各年齡層人民的嚴重腹瀉大規模傳染病。這些已經發生的傳染病都是因為汙水汙染了飲用水的結果。輪狀病毒B種感染也發生在1998年的印度；這次成因的病毒株被命名為CAL，不像ADRV，CAL病毒株是地方性的。目前為止，因為輪狀病毒B種引起的流行病已經被限制在中國大陸，但是研究指出美國普遍缺乏對於該種病毒的免疫力。輪狀病毒C種出現在許多國家中的小孩腹瀉的極少數偶發案例中，但是在日本與英格蘭曾經爆發過大規模流行。預防方法.於2006年，兩種對抗輪狀病毒A種感染的疫苗已經證明對兒童是安全而且有效的：分別是由葛蘭素史克製造的「羅特律」。兩種疫苗皆是用口服接種，並且都包含了無作用力的活病毒。輪狀病毒疫苗目前在澳洲、歐洲、加拿大、巴西、埃及、印度、以色列、臺灣、南非、巴拿馬、阿根廷與美國等地都可以取得。輪狀病毒疫苗計畫資助。該計畫的目的是藉由製造可以讓發展中國家使用的輪狀病毒疫苗，來降低兒童因為痢疾而產生的疾病與兒童死亡率。動物的感染.輪狀病毒也會感染年幼的動物並造成腹瀉。各項研究顯示，輪狀病毒會感染哺乳動物。輪狀病毒是家畜的病原體之一，並且治療的費用、家畜的高罹病率與高死亡率都會造成農人的經濟損失。病毒學.輪狀病毒的種類.輪狀病毒總共有七種，分別以英文字母編號為A、B、C、D、E、F與G等。人類主要是受到輪狀病毒A種、B種與C種的感染，而其中最常見的是輪狀病毒A種的感染。而這七種輪狀病毒都會在其他動物身上造成疾病。在輪狀病毒A種之中有不同的病毒株，稱之為血清變異株就會被標示成「P1A[8]G1」。因為這兩個決定G型跟P型的基因可以被分開傳送而產生後代，所以兩基因不同的組合就會產生各種不同的病毒株。結構.輪狀病毒的基因組包括了11條獨特的核糖核酸雙螺旋分子，這11條中總共有18,555個核苷鹼基對。每一條螺旋或是分段即是一個基因，並且依照分子尺寸由大到小依次編號為1到11。每一個基因都可以編碼成一種蛋白質，而其中第9基因與第11基因比較特別，它們都可以編碼成兩種蛋白質。核糖核酸外圍則是包圍了三層二十面體的蛋白質殼體。病毒顆粒大約直徑76.5 nm，並且並沒有病毒包膜。蛋白質.有六個病毒蛋白質，這六個蛋白質僅僅在輪狀病毒感染的細胞中製造，而沒有構成病毒體的結構。這六個非結構性蛋白質分別稱為NSP1、NSP2、NSP3、NSP4、NSP5與NSP6。由輪狀病毒基因組所編碼的12個蛋白質中，至少6個會與核糖核酸結合。這些蛋白質在輪狀病毒複製時所扮演的角色目前還沒有完全被瞭解；它們的功用被認為有可能是與病毒體內核糖核酸的合成與包裝相關，或是與將信使核糖核酸輸送至基因體複製現場相關，或是與信使核糖核酸轉譯與基因表現調節相關。結構性蛋白.VP1蛋白質位於病毒體核心，是一種核糖核酸聚合酶。在被感染的細胞中，這種酶會產生病毒蛋白質合成所需的信使核糖核酸轉錄複本，以及產生輪狀病毒基因體核糖核酸片段複製來提供新產生的病毒體使用。VP2蛋白質形成病毒體的核心層，並且結合核糖核酸基因體。VP3蛋白質是病毒體內核的一部分，而且是一種稱為鳥苷酸轉移酶水解，使之能夠保持穩定。VP4蛋白質位於病毒體的表面，突出來而成為一個刺突，而它也決定了該病毒的P型。VP6蛋白質形成殼體的體積。它是抗原性強的蛋白質，並且可以被用來分辨輪狀病毒的種類。這個蛋白質被實驗室用來進行輪狀病毒A種感染症的各種測試上。VP7蛋白質是一種建立病毒體外層表面的糖蛋白。扣除掉它在病毒結構上的功用之外，它也決定該病毒珠的G型。VP7蛋白質跟VP4蛋白質一樣，都被免疫力當作是防止感染的途徑。病毒的非結構性蛋白.NSP1蛋白質是第5號基因的產物，是一種非結構性蛋白質，而且也是核糖核酸結合蛋白質。NSP2蛋白質是一種核糖核酸結合蛋白質，此種蛋白質會堆積於細胞質內含物之中，並且是一種基因體複製時所需的蛋白質。NSP3蛋白質受到感染細胞中的病毒信使核糖核酸影響，它負責停止細胞蛋白質合成的工作。NSP4蛋白質是一種病毒性腸毒素，會引起腹瀉的症狀。此蛋白質是首種發現的病毒性腸毒素。NSP5蛋白質是由輪狀病毒A種基因體第11號基因編碼的產物。而在受病毒感染的細胞中，NSP5蛋白質堆積在病毒質中。NSP6蛋白質是一個結合核酸的蛋白質，是由第11號基因於開放閱讀框架階段的編碼產物。該表的資料是基於感染類人猿的輪狀病毒SA11病毒株所編寫。在不同的病毒株中，核糖核酸與蛋白質之間的編碼預測會有所不同。複製.輪狀病毒感染小腸絨毛。病毒藉由受體媒介的內吞作用進入細胞，並且形成一個稱作核內體。七條雙鏈核糖核酸鏈依舊維持兩層蛋白質層，並提供病毒核醣核酸依賴性的核醣核酸聚合酶創造雙鏈病毒基因體的信使核糖核酸轉錄複本的保護。藉由把病毒核醣核酸保持於病毒核心，病毒核醣核酸躲避了先天宿主的免疫反應。這個免疫反應稱為核醣核酸幹擾，會因為雙鏈核糖核酸鏈的表現而觸發。在感染的過程中，輪狀病毒產生信使核糖核酸來生物合成蛋白質並且進行基因複製。大部分的輪狀病毒蛋白質都堆積在病毒質中，病毒質也是核糖核酸複製的地方，以及雙層構造病毒顆粒組裝的地方。病毒質於病毒感染細胞約兩個小時之內就會快速地在細胞核周圍形成，而組成所謂的「病毒工廠」，這個病毒工廠是由兩個病毒非結構性蛋白質釋放到細胞之外。發現歷史.1943年，雅各·萊特在兒童腸胃炎的研究報告上描述出類似的病毒。1974年，湯瑪斯·亨利·費留特首次在從自然環境中猴子腎臟取得的細胞培養中成功栽培。成功培養輪狀病毒的能力加速了研究的腳步，且在1980年代中期，首批候選的疫苗已經開始進行評估。1998年，首種輪狀病毒疫苗的風險之後，疫苗製造商在1999年將疫苗從市場上全部撤回，研究顯示每12,000注射過疫苗的嬰兒有一個會有腸套疊的症狀。這次經驗也引發了關於輪狀病毒疫苗的相關風險與益處的激烈爭論。2006年，兩種對抗輪狀病毒A種的新疫苗被證明對兒童是安全而且是有效預防的。