文献分享 | 识别中国禽流感甲型（H7N9）病毒的关键鸟类物种和地理热点

共享精神

文献信息

文献二《Identifying key bird species and geographical hotspots of avian influenza A (H7N9) virus in China》，本文由Benyun Shi等人于2018年11月在Infectious Diseases of Poverty上发表。

研究背景

自2013年2月以来，具有高人类病死率的甲型H7N9流感在长江三角洲蔓延，并在中国东部流行。证据表明，鸟类迁徙在禽流感病毒的全球传播中发挥着关键作用。野生水鸟作为禽流感病毒的天然宿主，在迁徙过程中可能共享栖息地病毒通过粪便-口腔途径经地表水传播的可能性很高。对鸟类的主动监测可为病毒传入新区提供“早期预警”。已有研究基于洲际候鸟迁徙路径分析病毒的全球传播，但缺少研究调查候鸟在区域/省域短距离传播中的作用。目前仍缺乏针对中国所有鸟类物种的H7N9病毒的系统研究。本文旨在更精细地识别与中国H7N9传播相关的鸟类物种和地理热点。

研究方法

研究从GISAID收集2013年1月1日至2017年12月31日中国境内鸡源H7N9病毒的全部或部分HA和NA序列，保留长度≥1683 bp的HA片段和≥1398 bp的NA片段。去除重复序列后，最终共获得495条序列。鸟类观测数据来自《中国鸟类报告》，全国共观测到1145种鸟类，同一地点、同一日期的多条记录仅保留个体数最多的一条，其余视为重复并剔除。2008-2009年共保留157272条记录。进一步在专家指导下，筛选出150种常见候鸟用于交叉相关分析。

用Clustal v2.1的CLUSTAL W算法比对序列，在BioEdit v7.0.5中截为等长，并在MEGA v6.0中拼接。分别采用邻接法（NJ）、最大简约法（MP）与最大似然法（ML）构建系统树。所有树均进行1000次bootstrap评估，仅保留支持度≥0.6的分支，最终得到184条序列。进一步构建日期校准树以揭示H7N9流行波次。

聚焦于上海、江苏、浙江、福建、江西、广东（这些地区病例数占中国鸡源H7N9病例总数的91.2%），计算交叉相关函数（CCF），寻找鸟类观测数量对H7N9病例数的预测滞后（Lag值）。正Lag值表示t周鸟数量与t+Lag周病例数的相关性。

研究结果

图1展示了2013年1月1日至2017年12月31日184条H7N9病毒HA和NA片段，使用邻接法（NJ）构建的系统发育树。同一地区来源的序列以相同颜色标记，大多数同年同地来源的序列都聚在一起。中国东南部的家禽中出现了三次主要的H7N9流行波。第一波主要发生在2013年春季的浙江和江苏（位于图1右上角，分别用绿色和蓝色标记）。随后，病毒逐渐向南扩散至江西、福建和广东，并于2014年在广东暴发。第三波则在2014至2017年间几乎波及华东所有省份（位于图1左上角的子树），并可能出现新的H7N9毒株。


图1  H7N9病毒系统发育树

图2展示了上海、江苏、浙江、福建、江西和广东六省市中，鸟种与H7N9病例的交叉相关分析结果，仅显示正滞后（Lag≤10周），相关系数≥0.27的格点以不同颜色标出。由此，可为每个省市选出可能与H7N9疫情传入相关的候鸟物种。其中江西省的CCF结果及候鸟物种分布与其他省市明显不同，这提示除候鸟迁徙外，活禽贸易也是病毒地理传播的重要驱动因素。


图2 候鸟物种与H7N9病例相关分析结果

图3将lag≤5周的正滞后的鸟种观测记录按观测日期以周为单位汇总后，在同一自然年展示H7N9周病例数与这些鸟种的周观测总量的关系，两者在5周窗口内高度同步波动。


图3  H7N9周病例数和已识别鸟种的周观测总量

图4计算了各省份已识别的鸟种和H7N9病例的交叉相关函数，蓝色虚线表示相关系数的阈值0.27。在每个省份中，均存在至少一个滞后期（在五周内）其相关系数高于阈值，提示候鸟可作为疫情短期预警指标。


图4 已识别的鸟种和H7N9病例的交叉相关函数

图5展示了中国已识别鸟种的地理分布与鸟类密度估算结果。图6展示了六省份基于已识别鸟种地理分布所识别的H7N9疫情潜在热点区域。大多数热点区域位于沿海地区或大型湖泊周边，在上海、江苏、浙江、福建和广东均存在沿中国东部海岸分布的热点区域。在江苏省，另一个热点区域位于太湖周边。在江西省，主要热点区域则集中在鄱阳湖周边。


图5 中国已识别鸟种的地理分布


图6  六省份H7N9疫情潜在热点区域

应用转化

本研究系统整合2013–2017年中国鸡源H7N9病毒序列与科学观鸟记录，通过系统发育分析、交叉相关分析，首次在省市尺度锁定与疫情同步的关键候鸟物种及其地理热点。结果显示，91.2%的鸡源病例集中于上海、江苏、浙江、福建、江西、广东六省市，病毒呈三波次扩散；所识别的风险热点多位于东部沿海及大型湖泊（如太湖、鄱阳湖）周边。研究为H7N9的精准监测、早期预警和区域防控提供了可操作的物种与空间靶点。

文章链接：https://link.springer.com/articl ... romPaywallRec=false


来源：DuLab计算生物学，作者：杨笑语