腸病毒-A71（EV-A71）的病毒學與感染簡介（非科普）

感謝跳鼠飛行日記發問，這篇我就不以科普的方式寫了，因為回答你還是用我們領域的方式表達比較適合，原本還打算用英文寫，因為那些東西翻成中文詞超難用的，但英文文章會更沒有人看🤣🤣🤣我一開始還是先對病毒做點簡介，後面有回答你的問題，希望有回答到~如果有不清楚的地方可以再與我討論

腸病毒屬（Enterovirus）是屬於微小核糖核酸病毒科（Picornaviridae）下的成員，腸病毒屬下層有13種病毒，又可細分為3百多種血清型，其中的7種會感染人類，包含了各種小兒麻痺病毒（polioviruses, PV）、腸病毒（enteroviruses, EV）、克沙奇病毒（coxsackieviruses, CV）、鼻病毒（rhinoviruses, RV）、埃可病毒（echoviruses）。微小核糖核酸病毒科的病毒結構是由四種病毒結構蛋白VP1-VP4組成的20面體，直徑依不同種類大約15至30奈米，其遺傳物質是正單股RNA。

腸病毒屬能造成許多種疾病，以下列出不同病毒感染所產生疾病的例子：

• 小兒麻痺症（poliomyelitis）：小兒麻痺病毒（PV1, PV2, PV3）

• 急性無力肢體麻痺與類小兒麻痺症（acute flaccid paralysis, polio-like illnesses）：腸病毒（EV-68, EV-A71）、埃可病毒11（echovirus 11）

• 心肌心包膜炎（myopericarditis）：克沙奇病毒（CV-A, CV-B）

• 急性出血性結膜炎（hemorrhagic conjunctivitis）：腸病毒-D70（EV-D70）

• 泡疹性咽峽炎（herpangina）：克沙奇病毒-A16（CV-A16）、腸病毒-A71（EV-A71）

• 手足口病（hand, foot, and mouth disease）：克沙奇病毒-A16（CV-A16）、腸病毒-A71（EV-A71）

• 肺炎（pneumonia）：腸病毒-68（EV-68）、鼻病毒

• 上呼吸道感染（Upper respiratory tract infection）：腸病毒-68（EV-68）、鼻病毒

• 無菌性腦膜炎（aseptic meningitis）：克沙奇病毒（CV-A9, CV-B）、埃可病毒、腸病毒-A71（EV-A71）

病毒種類太多無法一一介紹，在所有腸病毒裡研究最透徹的是小兒麻痺病毒，不過我今天不會介紹它，我想再另外找一個較常見的腸病毒，腸病毒-A71做介紹。

腸病毒-A71（EV-A71）

➊　基本病毒學簡介：

又稱腸病毒-71，是腸病毒A（Enterovirus A）中的第71血清型，RNA基因組長度約為7.4千個核甘酸，5’端與一個病毒蛋白VPg（viral protein genome-linked）的第3酪胺酸（tyrosine）之-OH形成共價鍵。VPg的功能是作為RNA基因組複製的引子（primer），類似功能的病毒蛋白在馬鈴薯病毒科（Potyviridae）、星狀病毒科（Astroviridae）、杯狀病毒科（Caliciviridae）都可以看見，且VPg能保護病毒RNA基因組避免細胞的免疫相關受體的辨識，例如RIG-I、MDA5、TLR3、TLR7/8等等（Goodfellow, 2011）。接著後面的5’非轉譯區（5’-UTR）有六個幹環結構I-VI（stem loop I-VI），其中II到VI幹環結構是內部核糖體進入位點（IRES），是核醣體結合與進行轉譯的地方。之後約在750至7300的核甘酸序列為基因編碼區（coding region），分為三個區域P1、P2、P3。P1是產生結構蛋白的區域，順序分別是VP4、VP2、VP3、VP1。P2和P3能產生非結構蛋白，這裡的蛋白主要協助病毒的轉譯和轉錄，包含2A^pro、2B、2C、3A、VPg (3B)、3C^pro、3D^pol。這些蛋白質並不是各自分開轉譯出來，而是一開始轉譯出含有全部蛋白質的多蛋白前驅物（polyprotein），再由2A^pro先將P1和P2的交界處切一刀，後續再由3C^pro將全部的11個病毒蛋白質切出。

腸病毒-A71顆粒直徑約20至30奈米，顆粒表面由蛋白質VP1、VP2、VP3組成，內側則由VP4組成。目前發現感染宿主細胞受體為SCARB2（scavenger receptor class B member 2），只有少數病毒株能結合PSGL1（P-selectin glycoprotein ligand 1）。再加上能作為輔助受體的有Annexin II、DC-SIGN、nucleolin、vimentin、heparan sulfate、sialic acid等等。腸病毒-A71常見的初步感染器官為消化系統與皮膚，當它們結合宿主受體後細胞會藉由內吞作用（endocytosis）將病毒顆粒送入細胞，過程中發生脫殼，讓RNA基因組釋放到細胞質中。微小核糖核酸病毒科是正單股RNA，所以一旦進入細胞質就能執行轉譯生產多蛋白前驅物。其中非結構病毒蛋白2B、2C、3A會與宿主的某些蛋白質促使細胞的內質網或高基氏體的脂膜上形成提供病毒複製的複製胞器（replication organelle），病毒的RNA就在此中進行複製。

複製過程中，剛轉譯新生出來的VPg蛋白會與病毒的3C^pro 、RNA聚合酶3D^pol（RNA-dependent RNA polymerase）在病毒RNA基因組的基因編碼區上一個小型的幹環結構CRE（cis-acting replication element）形成「VPg尿甘醯化複合結構」（VPg uridylylation complex）。因CRE 上面有連續的多腺苷序列（AAA），RNA聚合酶經CRE的序列對VPg進行尿甘醯化，也就是加上兩個脲苷（UU）到VPg的酪胺酸上面，此時VPg稱作VPg-pUpU。接著VPg-pUpU在正股的RNA基因組3’端的多聚腺苷酸尾（poly-A tail）提供另一股引子，生成負股RNA基因組。負股生成出來後，宿主的核糖核蛋白C（hnRNP-C）等蛋白質會讓負股RNA頭尾連接，形成迴圈，藉由此負股迴圈繼續生成正股的RNA基因組，其過程亦利用VPg-pUpU上面的UU作為引子合成正股，這也是最後RNA基因組的5’端會有一個VPg蛋白的緣故。正股RNA基因組會在細胞質中與結構蛋白組成的衣殼進行組合（assembly），以完成病毒顆粒，最後以溶解細胞（cell lysis）的方式離開細胞，再去感染其他細胞。部分研究顯示腸病毒在複製過程中讓細胞產生的自噬體（autophagosome）能包裹病毒顆粒，使其走非溶解細胞（non-lytic）的途徑離開細胞（Baggen et al., 2018）。

➋　傳播與感染方式：

與大多腸病毒一樣，主要為5到7歲以下的感染者接觸到腸病毒-A71時較容易出現嚴重的症狀。腸病毒-A71是藉由飛沫、分泌物、糞口傳染，該病毒在呼吸系統感染較不明顯（但有少數引發肺炎的個案，腸病毒-68感染肺部的案例較為頻繁），初期感染部位以消化系統為主。在病毒感染腸道時，能引發輕度的腸胃炎、嘔吐、腹瀉等症狀（Akinnurun et al., 2023; Rao, 2021）。腸道病原體感染引發腸道嚴重不適多為破壞了腸道上皮組織與黏膜，例如輪狀病毒（Lundgren et al., 2001），或者分泌毒素讓細胞大量釋出水與離子，導致脫水，例如霍亂弧菌（Broeck et al., 2007）。而腸病毒目前還不清楚為什麼比較少造成嚴重的腸道問題，但有研究表明腸病毒-A71並不會造成腸道上皮的破壞，也不會減少杯狀細胞（goblet cell）分泌黏液，腸道能夠表達第三型干擾素（IFN-λs）限制病毒的複製（Good et al., 2019），這很可能就是不會引起嚴重腸道症狀的原因。

除了腸道上皮組織感染以外，腸病毒也能感染腸淋巴組織（gut-associated lymphoid tissue，GALT），包含貝爾斑（Peyer's patch），在淋巴組織中感染免疫細胞，例如樹突細胞（dendritic cell）、巨噬細胞（macrophage）、嗜中性白血球（neutrophil）、自然殺手細胞（Natural killer cell）、T細胞等（Noor et al., 2016）。當病毒在腸道中複製量達到一定的程度，便有機會透過血液或淋巴組織去感染其他部位，例如感染皮膚造成手足口病，意指在手、足、口腔等部位出現水皰和發炎。此外還能感染神經系統，大多情況腸病毒感染所引發的死亡是在病毒感染至中樞神經後，相關病症有—急性無力肢體麻痺、類小兒麻痺症、腦炎、腦膜炎等。

目前對於腸病毒如何通過血腦屏障（blood–brain barrier，BBB）有不同說法，且各有研究支持。有研究認為腸病毒-A71事先感染了周邊神經系統，如運動神經元，再透過逆向軸突運輸移動至中樞神經（Chen et al., 2007），這與狂犬病病毒的感染方式類似。此外有項研究中，將腸病毒-A71的VP1蛋白注射至小鼠的頭顱內，發現腦部的腦微血管內皮細胞通透性增加，緊密連接蛋白（tight junction protein）claudin-5表達量減少，使血腦障壁的阻隔效果變差（Wang et al., 2020）。另外也有研究發現平時細胞產生的胞外囊泡（small extracellular vesicle）如果在腸病毒-A71感染時也可能將病毒有關的物質包裹在內，而當血腦障壁的腦微血管內皮細胞內吞到這些胞外囊泡時，就有機會將這些病毒物質釋放到中樞神經系統（Gu et al., 2023）。更近的一則研究甚至觀察到腸病毒-A71在腸淋巴組織內感染免疫細胞後，這些免疫細胞有機會在體循環或淋巴循環時進入中樞神經，順帶將病毒攜入（Gaume et al., 2024）。

✿ 問答：

為什麼到達腦幹造成重症，而不是在腸道就造成重大影響呢？

腸道不會造成重大影響的原因還沒有非常清楚，不過上述內容提到腸病毒-A71感染時腸道細胞會分泌干擾素-λ1/2/3限制病毒量（Good et al., 2019）。這就可能使病毒無法恣意地破壞腸道上皮組織，然而這個抑制效果並非能完全清除病毒，通常還需要讓後天免疫系統對病毒進行清除，其效果也因個體而異，這也是為什麼孩童有較高的風險引發重症，年紀5到7歲以下的個體免疫系統尚未成熟，清除病毒的效率不如成年人，因此病毒無法壓制的情況下就可能傳播至其他器官。

腦幹的感染本身就是非常具有生命危險的情況，即使在腸道無法產生嚴重感染的病原體，一旦進入腦幹成功感染時，傷害率照樣是大幅提升的。會感染腦幹的病毒例如第一型單純皰疹病毒（herpes simplex virus-1）、日本腦炎（Japanese encephalitis virus）、狂犬病病毒（rabies virus），感染演變至腦炎或腦膜炎就會有較高的死亡率（Juntrakul et al., 2005; Marcocci et al., 2020; Mehta et al., 2021）。這次說明的腸病毒-A71能夠感染中樞神經的許多部位，包含腦幹。

為什麼要跑這麼遠造成重症？

畢竟中樞神經是那麼不容易直接進入的環境，病原體在感染中樞神經之前一定需要有一個初期感染部位進行複製。以日本腦炎為例，當蚊子散播病毒至人的皮膚內時，病毒起先會在叮咬附近的微血管與淋巴組織內感染內皮細胞、免疫細胞以增加病毒量，之後才會藉由循環移向其他可能的部位，最後感染中樞神經。而狂犬病病毒則是在動物啃咬之傷口處感染周邊神經（運動神經元），再一路經由神經路徑感染至中樞神經。

作者：水也佑

參考文獻：

Anita Mehta et al., Japanese B Encephalitis. Indian J Crit Care Med. 2021 May; 25(Suppl 2): S171–S174.

Asif Noor et al., Enterovirus Infections. Pediatr Rev . 2016 Dec;37(12):505-515.

C Durga Rao. Enteroviruses in gastrointestinal diseases. Rev Med Virol. 2021 Jan;31(1):1-12.

Charles Good et al., Type III interferon signaling restricts enterovirus 71 infection of goblet cells. Sci Adv. 2019 Mar 6;5(3):eaau4255.

Che-Szu Chen et al., Retrograde axonal transport: a major transmission route of enterovirus 71 in mice. J Virol. 2007 Sep;81(17):8996-9003.

Davy Vanden Broeck et al., Vibrio cholerae: cholera toxin. Int J Biochem Cell Biol. 2007;39(10):1771-5.

Ian Goodfellow. The genome-linked protein VPg of vertebrate viruses - a multifaceted protein. Curr Opin Virol . 2011 Nov;1(5):355-62.

Jiaqi Gu et al., Enterovirus-71 utilizes small extracellular vesicles to cross the blood-brain barrier for infecting the central nervous system via transcytosis. J Med Virol . 2023 Jan;95(1).

Jim Baggen et al., The life cycle of non-polio enteroviruses and how to target it. Nat Rev Microbiol . 2018 Jun;16(6):368-381.

Léa Gaume et al., Enterovirus A71 crosses a human blood-brain barrier model through infected immune cells. Microbiol Spectr . 2024 Jun 4;12(6):e0069024.

Maria Elena Marcocci et al., Herpes Simplex Virus-1 in the Brain: The Dark Side of a Sneaky Infection. Trends Microbiol . 2020 Oct;28(10):808-820.

Oluwafemi M Akinnurun et al. Enterovirus A71-associated acute flaccid paralysis in a pediatric patient: a case report. J Med Case Rep. 2023 Jul 19;17(1):310.

Ove Lundgren et al., Pathogenesis of Rotavirus diarrhea. Microbes Infect. 2001 Nov; 3(13): 1145–1156.

Sasiwimol Juntrakul et al., Mechanisms of escape phenomenon of spinal cord and brainstem in human rabies. BMC Infect Dis. 2005; 5: 104.

Wenjing Wang et al., Enterovirus A71 capsid protein VP1 increases blood-brain barrier permeability and virus receptor vimentin on the brain endothelial cells. J Neurovirol. 2020 Feb;26(1):84-94.