通过男男性行为传播的中国HIV-1的差异性演变

摘要

在全球大多数国家，男男性行为(MSM)人群中的艾滋病疫情在持续增长。美国和英国的HIV新发感染者超过半数是通过MSM传播的。在中国，2015年HIV新发感染者中有28.25％为同性性传播。MSM人群已经取代静脉注射吸毒者(IDUs)成为新的HIV感染高危人群。有研究表明中国的MSM人群疾病进展较国外相比要快。全国性的分子流行病学调查结果表明CRF01_AE和CRF07_BC是MSM人群中主要的HIV流行株。对这部分人群中的HIV疫情传播规律进行深入研究，有利于我们理解甚至控制新形式下HIV疫情。
　　分子系统发生学是研究HIV序列特性的一个重要工具。分子系统发生学是指根据生物大分子的信息来确定不同生物在进化过程中的地位、分歧时间以及亲缘关系，建立分子系统树，推断生物大分子进化历史的学科。近年来，该工具在HIV研究中得到了广泛的运用。在本研究中，我们通过MEGA构建系统进化树，明确了HIV病毒的分型和新型重组株。我们进一步使用PAML软件对CRF01_AE不同流行簇所受的选择压力及阳性选择位点进行了分析。我们还使用DNAsp软件研究了CRF07_BC群体多样性的变化。更有意思的是，我们还将分子发生学与病毒的分子流行病学信息相结合，利用BEAST软件来推断CRF01_AE的地理分布和传播规律。
　　在本研究第一部分中，我们共纳入了76例就诊浙江省某医院的HIV感染者。他们感染HIV的途径分别是:异性性行为(38/76，50％);男男性行为(14/76，18.4％);静脉注射毒品人群(13/76，17.1％);未知(11/76，14.4％)。76株病毒亚型分别是CRF01_AE(21/76,27.6％), CRF07_BC(22/76,28.9％), CRF08_BC(10/76,13.1％),B(14/76，18.4％)，还有URF(9/76，11.8％)。同时我们扩增出两条CRF01_AE和CRF07_BC全新重组株的近全长基因序列。上述序列均已上传数据库，得到序列号。
　　在本研究第二部分中，我们从美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)数据库中下载了所有的CRF01_AE亚型病毒的pol片段以及感染者的临床信息。根据实验要求，我们对数据进行了筛选。最后得到138条序列。我们用离散的贝叶斯系统地理的方法来估计病毒随着时间推移的迁移历史。CRF01_AE起源于1977年2月的非洲中部，随后蔓延至泰国。泰国作为主要的热点地区，将CRF01_AE毒株扩散到全球。在上世纪90年代初，泰国的病毒传播到中国。而广西和辽宁是CRF01_ AE在中国传播的重要热点地区。系统地阐述了CRF01_AE在中国传播的时空规律。
　　在本研究第三部分中，我们从LANL数据库中下载了所有的CRF01_AE亚型病毒的全长序列以及感染者的临床信息。流行在中国MSM人群中的CRF01_AE序列主要集中在流行簇1(92.5％)和流行簇2(85.71％)。对于env基因，簇1(4.56×10-3替换/位点/年)和簇2（6.01×10-3替换/位点/年）的进化速率比簇3（1.14×10-3替换/位点/年）快。此外，我们还发现env基因上有两个阳性选择位点（HXB2∶136和316位点）在簇1和簇2中相似，而与簇3不同。
　　在本研究第四部分中，我们从LANL数据库中下载了所有中国CRF07_BC亚型病毒的pol片段序列以及感染者的临床信息。我们发现中国的CRF07_BC亚型病毒可以分为两大谱系。谱系Ⅰ的主要危险因素为MSM(82.8％)，而谱系Ⅱ的主要危险因素为静脉药瘾者(43.6％)。谱系间群体差异性显著(P＜0.05)。谱系Ⅰ的d，dN和dS(0.0174±0.0013，0.044±0.0028和0.0077±0.0011替换/位点)显著低于谱系Ⅱ(0.0289±0.002，0.072±0.005和0.014±0.0018替换/位点)。两个谱系的选择压力没有明显区别。
　　综上所诉，本人在博士期间共以第一作者发表SCI论文4篇。本研究得到如下结论:
　　(1)性传播途径是浙江省某医院HIV的主要传播途径，CRF01_AE和CRF07_BC是浙江省某医院HIV的主要流行株，CRF01_AE和CRF07_BC重组是新型重组株的主要重组方式。
　　(2)广西和辽宁是中国CRF01_AE流行的中心地区，而泰国是全球CRF01_AE流行的中心地区。系统地阐述了CRF01_AE在中国传播的时空规律。
　　(3)流行于中国MSM人群中的CRF01_ AE与其它途径传播的CRF01_AE形成了不同的流行簇，而且进化速率各有不同。env基因上有两个阳性选择位点(136和316位点)在MSM人群中相似，而不同与其它人群。
　　(4)流行于中国MSM人群中的CRF07_BC与其它途径传播的CRF07_BC属于不同的流行谱系。
　　上述研究结论明确流行于中国MSM人群中的HIV-1毒株与其它人群不同。这为HIV的治疗和疫苗的研制提供了新的方向，也为HIV的防控指明了方向。

目录

声明

致谢

摘要

缩略词表

绪论

1 HIV病毒特征

1．1 HIV-1基因组

1．2 HIV分型

1．3 全球的HIV分子流行病学

1．4 HIV-1 CRF01_AE

1．5 CRF07_BC

2 MSM人群的HIV分子流行病学

3 分子系统进化研究

3．1 分子系统进化树

3．2 分子钟基本概念

3．3 适应性进化

3．4 群体遗传

第二章 浙江省某医院HIV感染者的分子流行病学调查

1 引言

2 材料与方法

2．1 研究对象

2．2 主要实验试剂

2．3 主要仪器与设备

2．4 实验方法

3 实验结果

3．1 浙江省某医院HIV感染者的临床特点

3．2 HIV的基因分型

3．3 新型重组株

4 讨论

第三章 CRF01_AE亚型的系统地理学研究

1 前言

2 实验方法

2．1 序列数据

2．2 贝叶斯马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)进化分析

2．3 贝叶斯系统地理学重建

2．4 地理传播的可视化

2．5 相关的统计学分析

3 实验结果

3．1 HIV-1 CRF01_AE系统重建

3．2 HIV-1 CRF01_AE传播的时空规律

3．3 HIV-1 CRF01_AE地理扩散过程中的种群动态

4 讨论

第四章 通过男男性行为传播的中国HIV-1 CRF01_AE的差异性演变

1 前言

2 材料与方法

2．1 序列数据

2．2 系统进化树分析

2．3 进化速率

2．4 选择压力分析

3 结果

3．1 系统发育分析

3．2 进化分析

3．3 位点分析

4 讨论

第五章 通过男男同性性行为传播的中国HIV-1 CRF07_BC的异源性进化

1 前言

2 材料与方法

2．1 序列数据和系统进化树分析

2．2 种群分化

2．3 种群的多样性

2．4 选择压力分析

3 结果

3．1 系统发育分析

3．2 种群分化

3．3 遗传多样性

3．4 选择压力分析

4 讨论

参考文献

综述 利用系统发生学手段推断HIV的演变历史

作者简历