水环境中的新兴和潜在新兴病毒
在微生物中,病毒最适合成为新兴的病原体,因为它们能够通过突变、基因重组和重配感染新宿主并适应新环境。肠病毒是最常见和最危险的水传播病原体之一,会导致偶发性疾病和流行疾病。与肠病毒有关的主要健康问题是胃肠道疾病,但它们也可能引起呼吸道症状、结膜炎、肝炎、中枢神经系统感染和慢性疾病。非肠道病毒如呼吸道和上皮营养病毒,不被认为可以水传播,因为它们不易从受感染的人传播到水源。本综述将重点讨论通过水传播的病毒病原体,也关注过去在水媒传播中不存在的病毒(由于它们在水环境中的存在和持久性,可能代表潜在的水传播病原体)。
与肠病毒有关的人类疾病多种多样,其严重程度也各不相同。肠病毒感染最常见的症状是胃肠炎(GE)。但是,某些肠病毒会引起呼吸道症状,结膜炎,肝炎,中枢神经系统感染(无菌性脑膜炎,脊髓灰质炎)和肌肉综合征(纤维肌痛,心肌炎)。肠病毒还与某些慢性疾病有关,包括糖尿病和慢性疲劳综合症。感染传染病毒的患者可能会排泄105~1011病毒颗粒/(g粪便),因此,接收粪便的废水中的病毒浓度很高。废水流入污染的程度取决于季节、病毒感染的流行程度和正在传播病毒的特征。废水处理系统即使运行正常,也只能去除约20%~80%的肠病毒,从而可以通过地下水,河口水,海水及河流的污水排放释放大量病毒并在环境中扩散传播。水中肠道病毒的浓度可以在时间和空间上发生显著变化,这还取决于污染源是连续的还是粪便污染突然涌入。
病毒不能在宿主组织外复制,因此不能在环境中繁殖。但是,它们可以在环境中生存更长的时间,比大多数肠道细菌更长,因此仅依靠细菌性水质标准是不安全的。据报道,病毒可以在海水中存活长达130 d,在淡水中长达120 d,在20~30 ℃的土壤中仍可存活100 d。肠病毒之间的比较也显示出变异性,腺病毒在水中的存活时间可能比其他肠病毒(例如甲型肝炎病毒和脊髓灰质炎病毒)更长。尽管水中的病毒浓度相对较低,但这些微生物仍会具有健康风险,因为它们的感染剂量非常低(10-100个病毒粒子),因此即使是水中的少量病毒粒子也会对健康造成威胁。
由于广泛的临床表现与有潜在的长潜伏期水媒病毒有关,以及在某些情况下,与水有关的疾病也可通过其他方式传播,水传播疾病对全球的影响很难评估。此外,主要由于水中病毒检测方面的困难,在确定疾病暴发时并非总是可获得水污染的证据。实际上,由于病原体浓度低以及大量肠道病毒需要不同分析方法,水环境中的病毒检测面临着特殊的挑战。关于病毒性水传播疾病的数据是零散的,通常侧重于特定国家和/或病原体。在美国,疾病控制中心(CDC)、美国环境保护署、国务院及地区流行病学家建立了水传播疾病和引擎盖监测系统(WBDOSS),以收集和报告与饮水和娱乐水相关的水传播疾病暴发的事件和原因的数据。Craun和合作者最近对1971年(36年期间)WBDOSS饮用水监测的数据进行了审查:在报告的疫情中,只有56.1%(病毒来源的7.9%)确定了病因。由于经常低估与娱乐场所或饮用水有关的病毒爆发,肠道病毒可能是造成“病因未定”的重要部分。根据WBDOSS的最新报告,在2007年至2008年的监视期内,13.9%的饮用水和4.8%的娱乐用水相关病情暴发是由病毒引起的。不明原因的饮水事件占11.1%,娱乐用水事件占21.6%,这表明近年来“不明”原因有所减少,这可能是由于检测水中病原体的方法有所改进。
本综述将重点讨论通过水传播的病毒病原体。它还将概述过去不曾通过水传播传播而引起关注的病毒,但由于它们在水环境中的存在和持久性,可能代表潜在的水传播病原体。
表1 显示了本综述中描述的可能通过水传播途径传播的人类病毒。
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通过水传播的病毒病原体
1.1诺如病毒
近年来,有关NoV爆发的数据激增令人担忧。但是,尚不清楚这是由于报告,监测和检测得到改善,还是发病率实际增加。
1.2 肠病毒
人肠病毒是小核糖核酸科成员,由无包膜的病毒颗粒组成,其中包含由二十面体衣壳保护的7 500个核苷酸单链RNA基因组。它们包含100多种血清型,根据分子和生物学特性,它们目前分为4种,人类肠道病毒A-D。肠病毒感染对健康的影响多种多样,严重程度从轻度到危及生命。轻度症状包括发烧,全身乏力,喉咙痛,呕吐,皮疹和上呼吸道疾病,急性胃肠炎(较少见)。可能发生病毒血症,将肠病毒运输到各个靶器官,并可能导致严重的并发症,如脑膜炎,脑炎,脊髓灰质炎和心肌炎。其他并发症包括肌痛,格林-巴利综合征,肝炎和结膜炎。肠病毒还与慢性疾病的病因有关,例如炎症性肌炎,扩张型心肌病,肌萎缩性侧索硬化症,慢性疲劳综合症和糖尿病。由于这些病毒很常见,从受感染者身上传播的数量极高,并且在环境中长期稳定,因此建议将它们作为评估环境水体病毒污染的参数。肠病毒是一种适应性强的生物,能够在温度和pH急剧变化的情况下生存。在原水和处理过的污水中均检测到肠病毒。基于实时PCR的废水处理厂去除效率研究,结果表明,肠病毒比其他肠病毒(腺病毒和诺如病毒)更耐处理。此外,已经通过感染性检测在经过处理的水中检测到了活病毒体,这表明存在潜在的公共卫生风险。在世界范围内,沐浴和非沐浴场所的沿海水域都存在肠病毒的记录。肠病毒还发现于河流、湖泊、地下水以及未经处理的饮用水和已处理的饮用水中。尽管这些病毒广泛存在,但几乎没有与饮用水有关的爆发报道,仅发生了两次娱乐性水传播的柯萨奇病毒暴发,在1990年至2005年之间,有9例埃可病毒暴发,而在游泳池中有零星的埃可病毒暴发30例。对水性肠道病毒传播作用的认识有限可能与许多因素有关,包括广泛的临床症状,频繁的无症状感染,血清型的多样性和人际传播的优势。
1.3 甲型肝炎病毒
在迄今为止确定的肝炎病毒类型中,只有两种类型,即甲型肝炎(HAV)和戊型肝炎(HEV),可通过粪口传播,因此与水传播有关。HAV是二十面体无包膜单链RNA病毒,属于微小核糖核酸病毒科,肝病毒属。HAV感染会导致许多症状,包括发烧,全身乏力,厌食,恶心和腹部不适,然后是黄疸,感染还可能导致肝损害。暴发性肝炎是一种罕见的并发症,对老年患者和慢性肝病患者构成更大的风险。在世界各地之间,感染的发生率各不相同,在污水处理和卫生习惯可能不佳的非工业化国家中感染率最高。相反,在具有有效免疫规划的国家中,报告的HAV感染病例数已大大减少。该病毒从受感染者的粪便(和尿液)中排出,可污染土壤,水(淡水或海水)和食物,包括从被污染的水中收获的贝类(贻贝和牡蛎)。该病毒在自来水中最多可以存活60 d,在河水中可以存活6周以上,在地下水中可以存活8周以上,在海水中甚至可以存活30周。已在不同的水环境中检测到HAV:废水,处理后的废水,地表水和饮用水。使用小型私人或社区水井的人群中甲型肝炎暴发已有报道。根据一项基于WBDOSS长达36年的饮用水监测数据的综述,在64次病毒性饮用水暴发中,有45.3%归因于甲型肝炎病毒。至于娱乐性水源性甲型肝炎,已确认有4次暴发,与湖泊,游泳池,温泉池/温泉有关。与其他病因暴发相比,这4种暴发造成的发病率较低。
戊型肝炎病毒(HEV)感染是由阳性的、无包膜的戊型肝炎病毒属RNA病毒引起的。四种主要基因型(GI至GIV)均属于一种血清型,已知会感染人类。虽然GI和GII仅限于人类,但GIII和GIV是人畜共患的,并且可以在工业化国家和非工业化国家感染动物(猪,鸡,鹿,猫鼬和兔子)以及人类。症状包括不适,厌食,腹痛,关节痛,发烧和黄疸。HEV的潜伏期从14天到63天不等。HEV感染通常在发病后1-6周内消退。除孕妇外,其死亡率为0.5%~3%,孕妇的死亡率可接近20%~25%。HEV已被纳入美国国家过敏和传染病研究所NIAID新发和再发疾病清单(在过去的二十年中新发现的I类病原体)。在工业化国家,与HEV相关的疾病很少见,大多数感染与国际旅行有关。戊型肝炎病毒通过粪口途径传播,并容易通过受人类粪便污染的水传播。在卫生条件较差的地区曾出现过大规模水传播疾病暴发,在年轻人发病率很高。自从1955年-1956年在印度首次记录性戊型肝炎暴发以来,在亚洲和非洲已报告了许多大规模的水源性暴发,1991年在印度和中国分别影响了79 000甚至11.9万人。大多数暴发是在季风降雨,大洪水,井水污染或未经处理的污水大量流入城市水处理厂之后发生的。在已发表的文献中未发现与娱乐用水有关的HEV的报道。据报道,在恒河中游泳的人中有2例戊型肝炎病毒,但他们在印度期间也喝了未煮沸或未过滤的水。在工业化国家中,虽然有零星的当地获得性戊型肝炎病例,但没有流行病的报道。然而,在西班牙,意大利,法国和美国,已在包括城市污水在内的不同水环境中检测到戊型肝炎病毒。此外,据报道,污水中存在传染性戊肝病毒颗粒,这表明,由于地表水被戊肝病毒污染,存在潜在的公共卫生风险。在河流和双壳类动物中也发现了戊型肝炎病毒。
1.6 流感病毒
流感是一种具有高度传染性的急性呼吸道疾病,由正粘病毒科病毒引起,该病毒包含分段的负义RNA基因组。基因组的分段性质允许在两个共同感染同一细胞的病毒株之间重组或交换区段。因此,流感病毒通过其基因组的变化不断再生。甲型流感病毒的所有亚型(H1-H16和N1-N9)均已从野生水禽中分离出来。即使它们在粪便,唾液和鼻分泌物中排泄大量传染性病毒,并充当该病毒的隐匿宿主,大多数受感染的鸟类也没有症状。家禽(例如鸭),也可以作为禽流感在野生水禽和家禽(例如,鸡)之间传播的双向媒介。病毒传播主要通过受感染禽类与易感宿主的呼吸道之间的直接接触而发生,但也已证实与粪便污染的水有关的间接水传播途径的作用。人们认为,禽病毒虽然对家禽具有高致病性,但不能有效复制或引起人类疾病。然而,人类禽流感病例最近变得越来越频繁。鉴于持续发生的零星人类病例,高致病性甲型H5N1禽流感病毒对人类的威胁仍然很大,几个国家的家禽种群具有地方性,而且重组可能产生对公共卫生构成潜在威胁的新病毒。受污染的湖泊和池塘是环境病毒的主要储存地。禽流感病毒已经从湖泊、池塘水域以及其他水环境中分离出来,它们可以在这些水环境中长时间内存在。关于水在水禽或包括人类在内的其他动物之间传播流感病毒方面的作用的信息非常少。De Jong描述了在越南的一个家庭中两例同时发生的H5N1病例,这表明在可能受到污染的运河水中通过游泳或洗涤接触可能导致感染。但是,水在传播中的作用尚未得到证实。最近的两项研究发现,水被污染是柬埔寨村庄H5N1感染的潜在危险因素。然而,观察和分析研究尚未确定暴露于受污染的水环境是感染H5N1型流感的既定危险因素。
1.7 冠状病毒
冠状病毒科的冠状病毒,是有包膜的单链RNA病毒,大小为60~220 nm。它们主要是呼吸道病原体,是儿童和成人普通感冒的常见原因。尽管其主要传播途径是通过呼吸道分泌物进行人与人之间的接触,但粪口传播也可能存在。直到在感染患者的粪便中发现了一种新的冠状病毒,即严重急性呼吸综合征(SARS)的病原体之前,人们并不认为冠状病毒与水媒传播有关。另外,大量病例表明可能通过排污或通风系统污染环境。2003年,在对香港爆发的一次调查中,怀疑通过雾化废水传播。最近的一项研究调查了代表性冠状病毒在自来水和废水中的存活率。在测试水中,冠状病毒的灭活高度依赖于温度、有机物含量和细菌的存在。与在4 ºC的水中(> 100 d)相比,在23 ºC的水中(10 d)灭活冠状病毒的速度更快。他们在废水中迅速死亡(2~4 d)。仍需要进行研究以阐明这种病毒在环境中的持久性,其人畜共患病宿主以及其通过水传播的可能性。
1.8 多瘤病毒
人类多瘤病毒(HPyV)是多瘤病毒科的成员。多瘤病毒的大小约为38~43 nm。据认为,它们的双链DNA有助于提高其热稳定性并增强对紫外线的抵抗力。多瘤病毒感染似乎是终生的,但在健康个体中通常无症状。然而,在免疫受损的宿主中,潜伏病毒的再激活似乎发生在肾脏和脑组织中,导致潜在的肿瘤发展。已知的五种HPyV已经有一段时间(即,JCV,BKV,MCV,WUV和KIV)以及近期被鉴别的另外四种类型的特征。主要关注的多瘤病毒包括JC病毒(JCV),BK病毒(BKV)和默克尔细胞病毒(MCV),它们分别导致进展性和致命性的多灶性白质脑病(脑癌),肾病(肾癌)和默克尔细胞癌(MCC),后者是一种罕见但侵袭性的皮肤癌。BK病毒和JC病毒在人群中普遍存在,分别有90%和60%的成年人具有针对这些病毒的抗体。MCC在50岁之前不常见,高危人群包括白化病、暴露在紫外线下过多和免疫抑制的患者。在美国,发病率是每十万人中0.44例,在日本每十万人中0.15例;然而,在过去15年中,MCC案件的数量增加了三倍。HPyV的暴露发生于儿童早期,通常在5~10岁。多瘤病毒通过健康和有症状的感染者的尿液和粪便排出,因此易通过水传播途径在环境中传播。在来自不同地理区域的城市污水中发现了JC和BK PyV。最近Bofill-Mass等分析了城市污水和河水中新发现的人类HPyV(KI,WU和默克尔细胞PyV)的存在和特征。这项研究表明,MCV是一种与人类癌症密切相关的病毒,在人群中普遍存在,并可能通过粪便/尿液中污染传播。
人类小核糖核酸病毒(HPBV)很小(35 nm),无包膜球形病毒。在不管有没有GE的广泛宿主(包括人类)中都发现了它们。这些病毒尚未在实验室中成功培养,其发病机理未知。据报道,废水样品中的发生率很高。Symonds及其同事在100%的原始污水样品和33%的最终废水样品中检测到HPBV。目前尚不清楚水生环境中HPBV的存在是否是人类粪便污染有关,或者动物可能成为污染源。作者建议将这些病毒与AdVs一起用作粪便污染的潜在标志。但是,最近的一项研究仅在25%的废水样本中检测到HPBV,使人们对其作为水中粪便污染指标的适用性产生了怀疑。需要进一步研究以确定这些候选病毒是否具有微生物水质指标的必要特征。
为了确定水环境污染的程度,所涉及的病原体的类型以及病毒污染与环境因素之间的关系,需要开展进一步的研究以提供有效且可重复的方法来检测水性病毒病原体。此外,应利用水质数据,病原体特异性特征,患病率数据和暴露数据来改进微生物定量风险评估(QMRA)分析。这些信息将使人们更好地了解与水系统有关的健康风险,并改善控制方法。
总而言之,减轻传染病威胁影响的研究工作至关重要,重点是改进监测和诊断能力,包括对粪便污染水的可靠病毒指标。
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