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）。

0 引言

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。

新兴的水传播疾病可定义为新近出现或在发病率和/或地理范围内迅速增加的疾病，或仅在最近才认识到水传播途径的那些疾病。病原体，宿主和自然环境之间的复杂关系决定了病原体的产生。全球化促进了微生物的循环，因此传染源能够迅速传播到世界任何地方。在微生物中，病毒最适合成为新兴病原体，因为它们不仅可以通过突变适应，还可以通过重组和重配适应，因此可以感染新宿主并适应新环境。新兴的水传播肠道病毒属于杯状病毒科（诺如病毒），微小核糖核酸病毒科（肠病毒和甲型肝炎病毒）和腺病毒科（腺病毒）。这些病原体被列入美国环境保护署污染物候选清单4 -CCL中，这是一份目前在美国未受到任何拟议或颁布的主要饮用水法规的约束，但已知或预期会在公共供水系统中出现的污染物清单。在世界各地的污水，地表水，地下水和饮用水中都已检测到所有这些病毒病原体。其他病毒组被认为是潜在的水生病原体，包括戊型肝炎病毒，禽流感病毒，冠状病毒，多瘤病毒，小核糖核酸病毒和乳头瘤病毒。

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。

1 通过水传播的病毒病原体

1.1 诺如病毒

诺如病毒（NoV）是无包膜的单链RNA病毒，属于杯状病毒科，目前细分为五个基因组（GI，GII，GIII，GIV，GV），包括至少40个基因簇，分为各种类型。感染人类的基因型属于GI，GII和GIV。人类NoV病毒正在成为流行性GE的主要原因，同时也是全球儿童和成人中散发性GE的重要原因。它导致全球近一半的GE病例和90%以上的非细菌性GE流行病。NoV感染会引起呕吐，腹泻，轻度发烧，腹部绞痛和恶心。虽然这种疾病通常是一种短期的自我限制疾病，但新的证据表明，这种疾病可能很严重甚至有时会致命，特别是在脆弱人群中——儿童、老年和免疫功能低下者——而且是住院治疗的常见原因。除GE之外，还有许多报道将NoV与临床结果相关联，例如脑病，弥散性血管内凝血，惊厥，坏死性小肠结肠炎，感染后肠易激综合征和婴儿癫痫发作。由于有效的人际传播以及对普通清洁剂的抗病毒性，NoV可能特别难以控制，机构（例如，疗养院，医院，日托所，游轮）通常会爆发疫情。

在欧洲和美国，据报道NoV流行病的发生率和严重性均有所增加，这可能是由于新菌株的致病性和/或传播性增加所致。改进的检测技术的可用性以及对与这种病原体相关的潜在风险的增强意识，导致在国家（美国的Calicinet，加拿大的Vironet，澳大利亚和新西兰的诺如病毒监测网络）以及全球（Noronet）建立了多个监视系统。自1999年以来，欧洲食源性病毒（FBVE）网络一直在收集有关欧洲NoV暴发的实验室和流行病学数据。

传播的主要方式是粪口传播，通过摄入被污染的水，食用被污染的食物或与环境表面或感染者直接接触而发生。许多疾病的爆发都源于饮用水和娱乐用水的污染。比其他途径相比，属于GI的诺如病毒更可能通过水传播，因此被认为比GII菌株在水中更稳定。在世界各地广泛的水环境中都检测到诺如病毒，例如污水，市政水，河流，娱乐水和地下水。

诺如病毒对不利的环境条件具有高度抵抗力。它们可以在浓度高达10 ppm且温度范围从0oC到60oC甚至更高的温度下经受住氯化作用。NoV基因组可能在不同类型的水（矿物质，自来水和河水）中存活1-3个月。储存在地下水中的GI NoV在2个月后仍对人类志愿者具有传染性，并且在588天后仍可通过RT-PCR检测到储存在地下水中的GI NoV RNA。

已经有一些关于水传播NoV爆发的综述发表了。最新论文回顾了PubMed数据库上的所有论文，这些研究报道了从1969年到2007年间诺沃克流行病导致的水传播NoV病毒爆发。在涵盖的38年中，该综述发现了在世界各地爆发的43起水传播的NoV（仅涉及NoV或与其他肠道病毒一起感染）。另一方面，在2008年至今的四年中，类似的综述发现24例爆发的疫情（La Rosa，未公开数据）与私人水井，社区水系统，喷泉和地表水（如湖泊和游泳池）有关。人们认为，诺如病毒是造成休闲水传播疾病暴发的主要原因(45%，其次是腺病毒24%)。

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。

1.4 腺病毒

人腺病毒（HAdV）是一种无包膜的二十面体病毒，属于腺病毒属，腺病毒科。这些病毒具有线性的双链DNA基因组（26-45 kb），被包裹在二十面体蛋白壳中。有51种血清型，根据生物学特性分为6种，A-F。利用基因组学和生物信息学来继续识别和鉴定其他类型。临床表现高度异质，从上呼吸道和下呼吸道感染到胃肠炎，肺炎，尿路感染，结膜炎，肝炎，心肌炎和脑炎。腺病毒可导致严重或危及生命的疾病，特别是在免疫功能低下的患者、儿童和老年人中。腺病毒已在世界范围的废水中（进水和出水污水）被广泛检测到。不同的研究报道，在这些基质中，AdV浓度是所有肠病毒中最高的。受感染个体粪便中的病毒载量很高（〜106颗粒/ g粪便）。此外，AdVs在污水和环境中对紫外线的抵抗力非常强，比粪便指示菌的生存时间更长。在地表水中也经常检测到腺病毒。在比较研究中，AdVs在地表水中的数量通常比肠道病毒要多。在欧洲范围内开展的一项监测研究确定了娱乐水域（海洋和淡水样品）中的AdV和NoV的频率，在36.4%的样品中检测到了AdV，其中约25%具有传染性，支持将AdVs视为良好沐浴水水质指标。这些水域中AdV的定量数据显示，每100毫升水中含有平均值为3.2×102的基因组拷贝数。通过在细胞培养物中使用PCR进行基因组检测，在非洲和亚洲的经过常规处理和消毒的饮用水中已检测到传染性AdVs。有限的数据表明，AdVs在水中的存活时间比肠道病毒或HAV更长。它们能够在水中存活数月，尤其是在低温下。它们在环境中稳定性的增加可能部分归因于其双链DNA和/或它们通过活化细胞修复酶修复受损DNA的能力。这也可以增强它们对紫外线灭活的抵抗力。尽管AdVs不是唯一涉及的病原体，但它们与饮用水疾病暴发有关。至于娱乐性水源疾病爆发，跨越60年，已经有14起与泳池、湖泊和池塘有关的结膜炎或咽结膜热的爆发，使AdV成为继诺如病毒之后此类疾病流行的第二大病原。

1.5 戊型肝炎病毒

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。

1.9 小核糖核酸病毒

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。

1.10 乳头瘤病毒

乳头瘤病毒是在所有脊椎动物中检出的小型上皮性病毒。人类乳头瘤病毒（HPV）属于乳头瘤病毒科，分布于五个属（α，β，γ，μ和ν）。它们很小（大约50~60 nm），带有一个长度为7~8 kb的环状双链DNA基因组。乳头瘤病毒引起的感染是常见的，并导致涉及表皮表面的多种临床表现，包括普通疣，掌跖疣，口腔疣和生殖器疣。有力的证据表明某些乳头瘤病毒与宫颈癌和生殖器癌有关。有些也与喉癌/口腔癌和某些肺癌有关。最近的证据表明，上皮性病毒可以像肠病毒一样进入污水中。最近的一项研究在绝大多数（81%）的污水样本中检测到HPVs，其中有多种基因型分别属于α和β属，包括推定的新基因型。此外，不仅检测到皮肤HPV，而且还检测到3种最重要的肛殖型，例如致癌性HPV-16和低风险HPV-6和HPV-11基因型。虽然需要进行大规模的研究才能充分了解环境中HPV的存在对健康的重要性，但这些数据为研究HPV通过污染水的传播铺平了道路。事实上，这可能揭示了迄今为止尚未探索的HPV传播方式，这可能是从未进行过性活动的人中(如儿童和处女) HPV感染的原因。

2 结论

全球化，新技术以及病原体，人类和媒介的遗传进化刺激了新的微生物对水质的威胁。尽管水和废水处理技术取得了进步，但是水传播疾病在非工业化国家和工业化国家中仍然对公共卫生产生深远的影响。以WBDOSS监视系统为模型，努力改进世界各地地方和国家一级的疫情检测，调查和报告，这对于确定疾病暴发的原因并了解造成这些疾病暴发的环境因素至关重要。

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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