Poliovirus là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa Poliovirus

Poliovirus là một loại virus nhỏ thuộc họ Picornaviridae, chi Enterovirus, có vật liệu di truyền là ARN sợi đơn dương chiều dài khoảng 7.5 kilobase. Virus không có vỏ bọc lipid (non-enveloped), đường kính hạt khoảng 30 nm, cấu trúc đối xứng icosahedral giúp duy trì độ bền trong môi trường tiêu hóa.

Ba tuýp huyết thanh chính của poliovirus gồm PV1, PV2 và PV3, được phân biệt dựa trên phản ứng trung hòa kháng thể với protein capsid VP1. PV1 là tuýp có tính gây bệnh cao nhất và chiếm phần lớn trong các đợt bùng phát dị ứng liệt.

Poliovirus chỉ lây nhiễm tự nhiên ở người, không có reservoir động vật. Virus xâm nhập qua đường tiêu hóa, nhân lên trong ruột rồi có thể lan vào hệ tuần hoàn và dừng chân ở hệ thần kinh trung ương, nơi gây tổn thương neuron vận động.

Cấu trúc và Phân loại

Capsid của poliovirus bao gồm 60 bản sao mỗi loại của bốn protein capsid cơ bản: VP1, VP2, VP3 nằm ở bề mặt và VP4 ở bên trong, gắn chặt với ARN. VP1 là kháng nguyên chủ yếu được hệ miễn dịch nhận diện và cơ sở để phân tuýp huyết thanh cũng như thiết kế vaccine.

• VP1: tham gia gắn kết receptor CD155 trên tế bào chủ.
• VP2/VP3: góp phần ổn định cấu trúc và điều chỉnh tính thấm nước của capsid.
• VP4: nằm giữa ARN và vỏ capsid, giúp giải phóng ARN vào tế bào sau khi virus gắn kết.

Theo phân loại ICTV, poliovirus thuộc kingdom Riboviria, family Picornaviridae, genus Enterovirus, species Enterovirus C. Phân tuýp huyết thanh dựa trên trình tự gene mã hóa VP1, sự khác biệt khoảng 10–15% nucleotide giữa các tuýp.

Chu kỳ sống và Sinh sản

Poliovirus khởi đầu bằng giai đoạn gắn kết với thụ thể CD155 (poliovirus receptor) trên bề mặt tế bào ruột hoặc tế bào thần kinh. Sau khi liên kết bền chặt, virus xâm nhập qua trung bào bọc kép (endocytosis) và giải phóng ARN vào bào tương.

Trong bào tương, ARN dương chiều hoạt động như mRNA, trực tiếp dịch mã tạo một polyprotein tiền thân. Polyprotein này được cắt tự động bằng protease do virus mã hóa thành các protein cấu trúc (VP1–VP4) và không cấu trúc (2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 3C, 3D).

• Biến đổi tế bào chủ thành “nhà máy” tổng hợp và lắp ráp virion mới.
• ARN polymerase 3Dpol sao chép ARN dương thành ARN âm làm khuôn, sau đó nhân lên vô số ARN dương cho thế hệ mới.
• Capsid tự lắp ráp quanh ARN, hình thành virion hoàn chỉnh rồi phá hủy tế bào (lysis) để giải phóng.

Toàn bộ chu kỳ tái tạo kéo dài khoảng 6–8 giờ, cho phép virus nhân lên cấp số nhân hàng triệu lần. Tốc độ sinh sản cao dẫn đến giai đoạn viremia mạnh, là giai đoạn nguy cơ xâm nhập vào tủy sống và não.

Đường lây truyền

Poliovirus lây chủ yếu theo đường tiêu hóa (fecal–oral). Virus thải ra qua phân người nhiễm, sau đó xâm nhập vào cơ thể người khác qua nguồn nước hoặc thực phẩm bị ô nhiễm. Điều kiện vệ sinh kém là yếu tố thúc đẩy lây lan nhanh.

Đôi khi lây qua giọt bắn hầu họng (đường hô hấp) nhưng tần suất thấp. Trong cộng đồng đã tiêm chủng rộng, đường lan truyền qua nước thải cộng đồng và xét nghiệm môi trường (environmental surveillance) rất quan trọng để phát hiện poliovirus vẫn lưu hành (GPEI).

Sinh bệnh học và Cơ chế Bệnh lý

Poliovirus nhân lên ban đầu tại các mô lympho của hạch Peyer trong ruột non và tại các hạch lympho quanh họng. Sau khi nhân lên, virus xâm nhập vào hệ tuần hoàn (viremia) và lan đến hệ thần kinh trung ương qua hàng rào mạch máu – não hoặc theo sợi trục của neuron ngoại biên.

Tại tủy sống và thân não, poliovirus xâm nhập vào neuron vận động sừng trước thông qua hậu tận synapse, sử dụng receptor CD155. Sự nhân lên bên trong neuron dẫn đến hoại tử tế bào bằng cơ chế apoptosis và necrosis, gây mất chức năng dẫn truyền tín hiệu và dẫn đến liệt mềm vĩnh viễn.

Phản ứng viêm tại vùng mô thần kinh nhiễm bệnh làm giải phóng cytokine pro-inflammatory (TNF-α, IL-1β), tăng tính thấm của hàng rào máu – não, gây phù nề và thúc đẩy quá trình chết tế bào. Mức độ tổn thương neuron tỉ lệ thuận với tải lượng virus và phản ứng miễn dịch tại chỗ (WHO Poliomyelitis Fact Sheet).

Triệu chứng Lâm sàng

Khoảng 90–95% trường hợp nhiễm poliovirus không có triệu chứng lâm sàng (asymptomatic). Trong 4–8% trường hợp, bệnh nhân biểu hiện triệu chứng không đặc hiệu như sốt, mệt mỏi, nhức đầu, buồn nôn và đau họng, thường kéo dài 2–5 ngày.

Dạng liệt cứng (paralytic poliomyelitis) xảy ra ở dưới 1% bệnh nhân, xuất hiện sau giai đoạn tiền triệu 1–2 tuần. Bệnh nhân đột ngột mất vận động cơ ở chi, thường đơn phương và không đối xứng. Liệt cơ hô hấp do tổn thương neuron vận động ở thân não hoặc tủy cổ có thể nguy hiểm tính mạng.

• Dạng liệt cứng: mất vận động, teo cơ, giảm phản xạ gân xương.
• Dạng cột sống: liệt chi dưới, di chứng teo chi và co quắp khớp.
• Dạng não – tủy: liệt lan tỏa, rối loạn hô hấp, liệt cơ mặt (<1% ca).

Phương pháp Chẩn đoán

Chẩn đoán xác định dựa trên nuôi cấy virus từ mẫu phân, dịch hầu họng hoặc dịch não tủy lên tế bào L20B (biểu hiện CD155) hoặc tế bào RD. Sự phát triển cytopathic effect trong 2–7 ngày cho phép xác định tuýp huyết thanh qua kháng thể trung hòa.

RT-PCR định tính và định lượng gene VP1 là phương pháp nhạy cao, cho kết quả trong 24–48 giờ và có thể phân biệt virus hoang dại và vaccine-derived poliovirus. Kỹ thuật này được WHO và CDC khuyến cáo trong giám sát và phản ứng dịch tễ (CDC Laboratory Testing).

Xét nghiệm huyết thanh học như trung hòa kháng thể (neutralization assay) giúp đánh giá miễn dịch cá nhân sau tiêm chủng. Kết quả ≥1:8 được xem là đủ bảo vệ chống lại nhiễm virus:

• PV1: tỷ lệ bảo vệ ≥90%
• PV2 & PV3: tỷ lệ bảo vệ ≥80%

Điều trị và Phòng ngừa

Hiện tại chưa có thuốc kháng virus đặc hiệu cho poliovirus; điều trị chủ yếu hỗ trợ triệu chứng và phục hồi chức năng. Vật lý trị liệu và thiết bị hỗ trợ giúp duy trì tông cơ và ngăn ngừa co rút, đặc biệt cho bệnh nhân liệt cứng.

Chỉ số sinh sản cơ bản R0 biểu thị khả năng lây lan của virus được tính theo công thức:

$R_0 = \frac{\beta}{\gamma}$

Trong đó β là tỷ lệ truyền nhiễm và γ là tỷ lệ phục hồi. Với R0 5–7, poliovirus có khả năng lây lan nhanh trong cộng đồng chưa miễn dịch.

Tiêm chủng là biện pháp phòng ngừa hiệu quả nhất. IPV (Inactivated Poliovirus Vaccine) tiêm bắp tạo miễn dịch toàn thân, OPV (Oral Poliovirus Vaccine) uống tạo miễn dịch ruột mạnh mẽ và giảm lây truyền cộng đồng. Sự kết hợp hai loại vaccine giúp duy trì miễn dịch bền vững (Global Polio Eradication Initiative).

Vaccine và Chiến lược Tiêm chủng

IPV chứa virus bất hoạt, không nguy cơ tái biến, được khuyến cáo trong lịch tiêm chủng của nhiều nước đã loại trừ bệnh hoàn toàn. Lịch tiêm thường gồm 4 liều vào các tháng thứ 2, 4, 6–18 và nhắc lại ở 4–6 tuổi.

OPV chứa virus sống giảm độc lực, uống đơn giản và chi phí thấp, tạo miễn dịch ruột hiệu quả, ngăn virus nhân lên tại ruột. Tuy nhiên OPV có nguy cơ gây vaccine-derived poliovirus (cVDPV) nếu lưu hành trong cộng đồng ít tiêm chủng.

• IPV: an toàn, không gây cVDPV, miễn dịch hệ thống.
• OPV: miễn dịch ruột mạnh, ngăn lây lan, nguy cơ cVDPV.
• Chiến lược switch từ tOPV (all three types) sang bOPV (PV1 & PV3) và IPV tại châu Á, châu Phi sau loại trừ PV2 (2016).

Tình hình Dịch tễ học và Xu hướng Tương lai

Từ năm 1988 đến nay, GPEI đã giảm >99% ca bại liệt toàn cầu; chỉ còn hai quốc gia lưu hành virus hoang dại là Afghanistan và Pakistan. Năm 2016, PV2 hoang dại được tuyên bố loại trừ toàn cầu, PV3 tương tự vào năm 2019.

Đột biến vaccine-derived poliovirus (cVDPV) xuất hiện tại các vùng tiêm chủng thấp, gây các ổ dịch cục bộ ở châu Phi và Đông Nam Á. Giám sát AFP và xét nghiệm môi trường (water sampling) trở thành công cụ then chốt để phát hiện sớm và ứng phó kịp thời.

Nghiên cứu vaccine thế hệ mới sử dụng công nghệ mRNA và kháng thể đơn dòng đang được triển khai để giảm nguy cơ đột biến và nâng cao hiệu quả miễn dịch. Mục tiêu cuối cùng là loại trừ hoàn toàn poliovirus khỏi Trái Đất (GPEI Strategy).

Tài liệu Tham khảo

1. World Health Organization. Poliomyelitis Fact Sheet. https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/poliomyelitis
2. Centers for Disease Control and Prevention. Laboratory Testing for Poliovirus. https://www.cdc.gov/polio/laboratory-testing.html
3. Global Polio Eradication Initiative. Polio Eradication Strategy. https://polioeradication.org/strategy/
4. Shah, N. S., et al. (2018). Poliovirus: Structure and Replication. Journal of Virology, 92(2). doi:10.1128/JVI.01243-17
5. Centers for Disease Control and Prevention. Polio and Prevention. https://www.cdc.gov/polio/prevention.html