轮状病毒感染

RV 颗粒为三层同心的蛋白质衣壳包裹 11 个核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）片段，编码 6 个轮状病毒结构蛋白（rotavirus structural proteins，VPs）（VP1-VP4、VP6、VP7）和 6 个非结构蛋白（rotavirus non-structural protein，NSP）（NSP1-NSP6）²。

结构蛋白

VP1、VP2 和 VP3 构成内衣壳。VP1 为核糖核酸依赖的核糖核酸聚合酶（RNA replicase 或 RNA-bind protein），VP2 可刺激病毒核糖核酸的复制，VP3 为鸟苷酸转移酶，指导病毒基因组的复制和转录。见图 1。

VP6 为中间衣壳，是病毒分组的特异性抗原，根据 VP6 的序列和抗原差异，RV 由 VP6 分为 A-D 和 F-J 9 个组群。

VP7 为外衣壳，是糖基化的蛋白，决定 G 的血清型，VP4 为外衣壳的刺突，是蛋白酶敏感蛋白，决定 P 血清型，构成 RV 血清型 GP 分型系统（VP7 为 G 型抗原，VP4 为 P 型抗原）。G 型抗原和 P 型抗原可以独立自由组合，目前使用 G 和 P 双命名系统确定毒株类型³。VP4 或 VP7 特异性中和抗体可介导同型或异型保护，VP6 特异性非中和抗体 IgA 也可在胞吞转运过程中发挥抗病毒作用^4-5，在疾病预防中起着重要的作用，也是目前 RV 疫苗研发的主要保护机制^6-7。

在侵入宿主细胞时被蛋白酶水解为 VP5 和 VP8，VP8 作为病毒棘突附着于宿主细胞，VP5 在病毒渗透进入宿主细胞过程中发挥主要作用^8-10。

非结构蛋白

轮状病毒非结构蛋白在感染的宿主细胞中合成，通过调控病毒复制转录和宿主蛋白相互作用在致病和机体在感染的免疫应答方面发挥作用。

其中 NSP4 是病毒性肠毒素（enterotoxin），是引起腹泻的重要原因¹¹。NSP4 基因序列变异不一定会影响病毒株的毒力或临床病情^12-14。

NSP1 和 NSP2 是核糖核酸结合蛋白质，NSP3 参与阻断细胞蛋白质合成，NSP5 和 NSP6 残余病毒复制和装配。

国际病毒分类委员会的 RV 分类中，有 42 种 G 和 58 种 P 基因型 RV 类型会导致人类、动物和鸟类腹泻，其中 14 种 G 型抗原和 17 种 P 型抗原与人类腹泻相关^4,15-17。

目前全球 RV 常见 G 基因型为 G1、G2、G3、G4、G9、G12，常见 P 基因型为 P¹⁸、P¹⁹、P²⁰。在这些基因型中，G1P¹⁹、G2P¹⁸、G3P¹⁹、G8P¹⁹、G9P¹⁹ 和 G12P8导致全球 90% 以上的人类轮状病毒胃肠炎（rotavirus gastroenteritis，RVGE）²¹。

不同 RV 毒株在自然界循环，因此在不同地区或不同时间流行毒株存在差异。RV 毒株变异在自然界中极易发生，RV 在人群中广泛传播并导致感染时，RV 变异的可能性会增加。RV 传播的机会越多，复制的机会就越多，因为 RV 基因组分节段，RV 基因组发生重配的概率较大。

轮状病毒借助细胞膜内吞形式进入细胞，被溶酶体酶处理脱去 VP4 刺突和 VP7 外衣壳蛋白后，暴露出 VP2 和 VP6 内衣壳蛋白，在保护病毒基因组的同时，参与诱导病毒复制过程；病毒在细胞质内通过转录信使核糖核酸（messenger ribonucleic acid，mRNA）指导病毒核糖核酸复制与蛋白质合成，并在病毒感染细胞核周边形成由大量病毒蛋白质组成的病毒包涵体，可能是病毒复制与装配的场所；最后病毒以裂解细胞的形式释放出来。由于轮状病毒基因组是分节段的双股 RNA，所以在复制过程中可能出现基因重组。

导致人类腹泻的主要是轮状病毒 A、B、C 和 H 群，其中 A 组最为常见 ²²，而 D~G 组仅引起动物腹泻。

A 组轮状病毒主要引起婴幼儿严重腹泻，是发展中国家婴幼儿死亡的重要原因之一。

B 组轮状病毒可以引起成人腹泻，在中国首先发现，以 15~45 岁青壮年为主，多为自限性感染，病死率低。

C 组轮状病毒发病率低，偶见暴发流行。

细胞介导的免疫应答反应在机体感染后的恢复和预防阶段发挥作用²³。

轮状病毒感染后可以获得持久免疫力，但是由于不同类型轮状病毒之间无交叉免疫，仍可出现无症状或轻微症状的再次感染。

宿主对人轮状病毒的第一级免疫是其先天易感性或是对感染的抵抗力，抵抗力在部分上是由个体的岩藻糖基转移酶 2（fucosyltransferase 2，FUT2）的基因型所决定的。FUT2 可以控制肠黏膜细胞岩藻糖基化以及血型系统（ABH blood group system，ABH）组织血型抗原（histo-blood group antigens，HBGAs）的表达。这些糖类作为结合配体发挥作用，被认为是轮状病毒与宿主细胞结合所需的初始受体。对于特定轮状病毒株的易感性或是抵抗力则是取决于肠道细胞的表面是否表达了相应的与其结合的聚糖。

人体对 RV 免疫保护机制尚不明确，动物模型研究表明，获得性免疫主要和肠道黏膜表面抗 RV 免疫球蛋白 IgA 浓度，肠道 RV 抗体分泌细胞以及记忆细胞相关。

B 细胞在预防再感染中发挥主要作用，抗原分化决定簇（cluster of differentiation，CD）8⁺T 细胞可缩短初次感染的病程，CD4⁺T 细胞参与辅助 B 细胞 CD8⁺T 细胞免疫过程。它们也可通过 γ-干扰素（interferon gamma，IFN-γ）依赖途径介导病毒结构重组蛋白 VP6 免疫后的主动保护^24-25。

在外环境中相当稳定，在饮用水和生活用水中可存活数日至数周，在人手上可存活 ≥ 4h，约 50% 湿度条件有利于 RV 在空气和物体表面存活，其感染性可保持数天⁶。含氯消毒剂（游离氯＞20000 ppm）、含碘消毒剂（游离碘＞10000 ppm）、含 70% 乙醇的 0.5%w/v 葡萄糖酸氯己定或含＞40%异丙醇的季铵化合物、高浓度（＞95%）乙醇、紫外线、高温（潮湿 100℃或干燥 60℃）对病毒具有较好的杀灭作用⁷。

在正常条件下，完整的肠膜屏障可以保持体内平衡（吸收和分泌）。

肠上皮主要包含绒毛和隐窝，成熟的肠细胞位于绒毛的顶部和中间，由钠-葡萄糖协同转运蛋白（sodium/glucose cotransporter 1，SGLT-1）介导水和盐的吸收。位于绒毛中部的内皮细胞是具有内分泌功能的高度特化细胞。

干细胞和潘氏细胞位于隐窝中，主要是分化和分泌功能。

RV 引起腹泻的机制复杂，包括肠绒毛缺血、肠细胞吸收能力降低、RV 肠毒素 NSP4 作用以及肠道神经系统 （enteric nervous system，ENS）激活等 ^33-34。发病机制见图 2。

肠上皮损伤

RV 感染成熟的小肠绒毛上皮细胞和肠内分泌细胞，导致吸收性肠上皮细胞死亡和分泌性潘氏细胞替换，绒毛变短、变钝，固有层炎性细胞浸润增多。

急性感染时，胃肠道上皮坏死可导致电解质、液体和营养素（如 D-木糖、乳糖）吸收不良³⁵。

绒毛上皮细胞受损导致刷状缘酶缺乏和复合糖类吸收不良时，很可能会发生渗透性腹泻^36-37。

此时口服补液有效可能是因为肠道黏膜损伤是呈散在斑片状分布³⁸。

病毒蛋白直接影响

RV 产生 NSP4，NSP4 可直接毒害胃肠道黏膜³⁹，针对该蛋白的抗体可能会预防轮状病毒所致腹泻⁴⁰。

其他与病毒致病有关的蛋白包括加帽酶（影响病毒 RNA 复制水平）、外壳蛋白（启动感染所需）和 NSP1 蛋白，NSP1 蛋白可拮抗干扰素⁴¹。

激活肠神经系统

研究 ³³表明，RV 与多数细菌感染引起的腹泻类似，均是通过 ENS 介导产生分泌性腹泻。

NSP4 刺激上皮和内皮细胞增加细胞内钙，从而通过钙依赖性方式进一步刺激肠嗜铬细胞释放 5-羟色胺，进而激活粘膜下神经丛，并导致肠动力的增加。

诱导邻近隐窝细胞的神经末梢释放血管性活性肠肽、增加细胞内环磷酸腺苷水平、过度分泌氯离子至肠道，产生渗透梯度，最终导致分泌性腹泻。

NSP4 激活 ENS 内的迷走神经传入大脑恶心和呕吐中心，由迷走神经输出信号，导致恶心和呕吐 ^33-34,42。

RV 感染相关的中枢神经系统（central nervous system，CNS）并发症的潜在机制可能通过血-脑屏障、血-脑脊液屏障和周围神经系统等多种潜在途径直接侵入脑内，RV 感染产生的致脑损伤的炎性介质和激活的免疫细胞通过脑血管破裂进入脑内。目前关于 RV 肠外感染的机制研究和有关证据仍不足。

RV 直接侵入 CNS

正常情况下，血-脑屏障和血-脑脊液屏障限制神经毒性物质、炎症因子、免疫细胞等进入，以保护 CNS 免受病原体侵袭。然而，嗜神经病毒可通过直接跨越脑血管内皮细胞、感染免疫细胞、感染外周神经系统等途径侵入 CNS⁴³，RV 也可能利用相似途径。

直接跨越脑血管内皮细胞

CNS 并发症患者的咽喉、血清和 CSF 均可检出 RV，其中部分患者出现红疹，提示 RV 感染后出现病毒血症 ⁴⁴。

死亡病例尸检发现，脑部存在多个小血管周围单核细胞和淋巴细胞浸润性改变的炎症表现，而微血管内皮细胞和邻近的单核细胞、以及周围的小胶质细胞和小神经元中检出 RV RNA⁴⁵。

研究发现，RV 感染期间，肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白细胞介素（interleukin，IL）-1 和白细胞介素-6 等炎症细胞因子和活性氧物种（reactive oxygen species，ROS）分泌增加，而这些介质可导致血-脑屏障、血-脑脊液屏障发生障碍 ^46-47，使得 RV 侵入 CNS。

CNS 的脑室周围器官（包括终板血管器、穹隆下器、松果体、正中隆起和最后区）富有有孔毛细血管，但无血-脑屏障 ⁴⁸，可能是血液中 RV 进入 CNS 的另一个潜在途径。

感染免疫细胞

病毒可利用免疫监视和再繁殖的正常免疫途径进入 CNS⁴³。

RV 可感染外周免疫系统的白细胞（例如单核细胞、巨噬细胞等），然后白细胞通过细胞旁路途径进入 CNS；同时细胞释放的蛋白酶类也可以破坏血-脑屏障的完整性，进一步促进 RV 侵入 CNS⁴⁶。此外，RV 感染死亡病例的心脏及其他器官的单核细胞中存在 RV RNA⁴⁵。

由于淋巴系统最终汇入锁骨下静脉，RV 或其蛋白可能通过体循环传播至全身 ⁴⁹。

有研究表明，在小鼠口服感染鼠 RV 或 RRV 后，在肠道相关淋巴组织（派尔集合淋巴结和肠系膜淋巴结）的树突状细胞、巨噬细胞和 B 细胞中检测到 RV 特异性蛋白 ^50-51；7 d 后，含有 RV 抗原的免疫细胞可迁移至腹股沟淋巴结 ⁵⁰，提示淋巴系统可能是 RV 肠外传播的一种途径。

RV 蛋白诱导内皮黏附分子和结合蛋白表达变化，可加速破坏血脑屏障 ⁴³。

感染周围神经系统

周围神经是病毒进入 CNS 的另一条潜在途径。

病毒进入外周神经细胞，可通过两个轴突运输系统在细胞体和突触连接之间移动：“顺行系统”，利用驱动蛋白从细胞体向突触移动；“逆行系统”，使用动力蛋白从突触返回细胞体 ⁵²。进入 CNS 后，病毒（例如单纯疱疹病毒和狂犬病病毒）释放到突触间隙或通过与邻近神经元微融合，进而在 CNS 传播 ⁴³。

病毒也可通过 ENS 和迷走神经进行传播 ⁵³。

目前尚未发现 RV 感染迷走神经的报道；但鉴于已发现 RV 及其蛋白在体外可感染神经细胞的细胞体、树突和轴突 ^54-56，因此推测 ENS 可能为 RV 侵入 CNS 提供路径 ⁵⁷。

病毒在外周神经系统轴突传播过程中，大多数侵入 CNS 之前即被免疫系统清除 ⁵⁸。因此，RV 能否感染迷走神经仍需进一步研究。

RV 感染产生的循环介质/活化的循环白细胞侵入 CNS

部分 RV 相关 CNS 并发症患者并未在 CSF 中检出 RV，提示可能存在其他机制 ^59-61，例如某些介质或免疫细胞通过脑血管进入 CNS 引起病变 ⁴⁹。

感染释放多种循环介质

RV 感染时，可产生多种循环介质，包括炎症细胞因子、前列腺素、活性氧、一氧化氮代谢物、兴奋性氨基酸和 RV 蛋白（如 NSP4）^46-47,62。这些循环介质可引起全身性炎症反应，破坏血-脑屏障、血脑脊液屏障的完整性，导致通透性增加 ⁶³，使得循环介质进入 CNS⁴⁹。

NSP4 蛋白不仅是肠毒素，还能调节钙稳态和病毒复制。

NSP4 是 RV 肠毒素，刺激胃肠道上皮细胞、内皮细胞内质网释放钙离子，使得细胞内钙离子水平增加，进而引起钙离子介导的兴奋性毒性，诱发惊厥 ⁶⁴。研究显示，RV 肠炎伴良性惊厥患儿发作时，其血清钙水平显著低于无惊厥发作的患儿 ⁶⁵，表明钙稳态失衡与惊厥发作存在关联性。

NSP4 可诱导内质网应激介导的细胞凋亡，并刺激细胞因子、前列腺素、活性氧以及 NSP4 自身的释放，进一步加重 RV 肠炎的发生 ^66-68。

NSP4 可单独或与 RV 感染共同诱导一氧化氮代谢物 ⁶⁹；该代谢物在 RV 胃肠炎伴惊厥患者的血清和 CSF 中检出水平显著高于其他无 RV 感染的 CNS 疾病患者 ⁷⁰。

宿主对 RV 感染的免疫反应也可能导致脑损伤。

RV 相关的脑白质损伤新生儿 CSF 中，IL-6、干扰素-γ、单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemotactic protein 1，MCP-1）和巨噬细胞炎性蛋白-1β（macrophage inflammatory protein-1β，MIP-1β）的表达，均高于无此损伤的新生儿或健康对照组；其中，IL-6 水平与脑白质病变程度呈正相关 ^71-72。

RV 累及小脑的急性脑炎患者 CSF 中也观察到 IL-6 水平极高。CSF 检出高水平 IL-6，表明强烈炎症反应；同时也导致血管通透性增加，利于 RV 或其他循环介质侵入 ⁷³。

RV 感染者的血液和粪便中前列腺素 E2（prostaglandin E2，PGE2）、PGF2 水平升高 ⁷⁴；RV 相关的长期癫痫伴脑病患者 CSF 兴奋性神经递质（谷氨酸、甘氨酸和牛磺酸）水平高于无脑病的短暂癫痫发作患者 ⁷⁵。

感染诱导白细胞活化

RV 感染引起的全身性炎症可诱导血管中的白细胞穿过血-脑屏障，进而损伤神经元和小胶质细胞引起炎症。在急性 RV 相关脑病、脑炎患者中，CSF 细胞增多症表明白细胞从循环中进入 CNS⁷⁶。

患者、恢复期排毒者和无症状感染者是 RV 感染的主要传染源，潜伏期为 1～3 d，从发生腹泻前 2 天已开始通过粪便排出大量病毒，在出现症状后 10 天仍可持续排毒，免疫缺陷者对 RV 的清除能力差，排毒时间相应延长，可长达 30 d 以上。

机体感染后其粪便和呕吐物中 RV 浓度很高，可达 10¹² 个病毒颗粒/克以上，而 10 个病毒颗粒即可致病^23,77-78。

由于 RV 感染传播途径多样，传播性强，手、污染物、污染的食品和水都可以作为 RV 传播的载体。RV 在饮用水和生活用水可存活数日至数周，在人类双手上存活至少 4 h⁷⁹。

经粪-口途径传播

传播所需暴露时间＜20 min，潜伏期＜48 小时³⁰。少量病毒即可引起传播。传播所需病毒量不超过 100 CFU/g，而患者粪便中的病毒量可能是该阈值的 10⁶-10⁹倍。病毒经粪便排出可持续大约 10 日，一项研究显示，在 1/3 免疫功能正常的儿童中，排出至少持续 21 日⁸⁰。

人-人接触传播

虽然推测空气飞沫也是可能的传播途径，但尚未得到证实。轮状病毒胃肠炎可能会通过家庭接触传播。

在一项多中心监测研究中，829 例轮状病毒阳性急性胃肠炎患儿的家庭接触者中有 16% 报告急性胃肠炎；<5 岁的接触者尤其容易感染⁸¹。

和轮状病毒阴性胃肠炎患儿相比，轮状病毒阳性胃肠炎患儿造成的家庭接触更常引起急性胃肠炎（35%vs 20%）。

人群普遍易感，我国 5 岁以下儿童约 90% 的轮状病毒胃肠炎发生于 6～24 月龄婴幼儿⁷⁸，因此，2 岁以下婴幼儿是 RVGE 重点预防发病的对象。

轮状病毒最常感染儿童，但也会感染成人。尽管近年来卫生环境方面有了较大程度改善，感染性腹泻总发病率呈逐年下降趋势，但轮状病毒胃肠炎的发病率并未随之有显著改变。

全球每年约 1.2 亿儿童感染 RV，其中 93% 发生于 5 岁以下儿童，尤其是 6~24 月婴幼儿 ⁸²。RV 主要感染者在发展中国家为 6~12 个月龄儿童，在发达国家为 12~14 个月龄儿童⁸³。我国 RVGE 患者中 0~2 岁儿童患者占 25%。

在成功为大部分婴儿接种疫苗的国家，轮状病毒胃肠炎已明显减少^35,84，几乎每名儿童在 5 岁以前至少感染过 1 次 RV ⁸⁵。

4 - 23 月龄的幼儿罹患严重的轮状病毒感染的风险最大，且经常反复发生感染¹⁰，再发生感染时，症状会减轻^3,10。

新型冠状病毒肺炎（COVID-19）大流行期间，急性轮状病毒的感染率下降，很可能与婴儿和儿童大多居家隔离有关 ^86-87。

大多数年龄较大儿童和成人的血清轮状病毒抗体都呈阳性，提示既往感染或接种疫苗⁸⁸。

尽管 RV 流行株会随着时间出现型别的更替，但近 30 年监测数据显示，世界范围内广泛流行的 A 群 RVGE 总体上由 G1、G2、G3、G4、G9、G12 血清型毒株引起，P 分型最主要为 P¹⁸、P¹⁹和 P²⁰基因型⁸⁹。中国广泛流行毒株及趋势与全球基本一致。

2001 年以前 G1 血清型为主要流行株⁹⁰，2001~2010 年，G3 血清型为优势流行株⁹¹，但 G1、G2、G9 型的比例逐年增加。

自 2011 年后 G9P¹⁹ 型毒株开始逐年增加，逐渐发展成为全国范围内优势流行株；RotaTeq 疫苗上市后 G8P基因型在我国发现，并呈现持续上升趋势⁹²。G9P¹⁹、G3P¹⁹、G1P¹⁹、G2P¹⁸和 G3P¹⁸ 约占我国 A 群 RV 相关腹泻病例的 71.3%。其中 G9P¹⁹ 是主要流行株，从 2009 年的 3.4% 快速上升到 2015 年的 60.9%⁹³。

P 基因型流行株波动相对较小，少数地区 P²⁰ 占有一定优势，但总体以 P¹⁸ 和 P¹⁹ 为主要流行株。

热带地区全年都可发生感染。而在温带地区，感染好发于寒冷月份。

例如美国的 12 月至次年 4 月⁹⁴。在美国和欧洲，轮状病毒流行每年都自西向东推进，原因不明⁹⁴。尚不明确大规模接种疫苗的地区是否仍有这种传染模式。

RVGE 全年发病，在我国呈明显的季节性发病特征，以冬季检出率最高（39.4%），其次为秋季（26.7%），10 月到次年 2 月是主要流行季节，夏季的检出率相对较低，但在全年发病中仍占 9.9% 的比例⁹⁵。

RV 在我国不同地区间的检出率差异也有统计学意义，南部和中部地区检出率最高，暖温带检出率较高原寒带高。