ポックスウイルス：ヒト天然痘ウイルス

ポックスウイルス科（英語：pox - smallpox + viruses）には、脊椎動物ポックスウイルスを含むChordopoxvirinae亜科と、昆虫ポックスウイルスを含むEntomopoxvirinae亜科の2つの亜科が含まれます。脊椎動物ポックスウイルス亜科には、6つの独立した属といくつかの分類されていないウイルスが含まれます。各属の代表種は共通の抗原を持ち、遺伝子組み換えが可能です。属は、DNA含有量と特性、ウイルス粒子外膜上の糸状構造の位置と形状、エーテル耐性、赤血球凝集特性などの点で互いに異なります。

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構造 ポックスウイルス：ヒト天然痘ウイルス

オルソポックスウイルス属の代表例としては、天然痘ウイルス、サル痘ウイルス、そしてワクシニアウイルスが挙げられます。天然痘ウイルスは特に危険なヒト感染症を引き起こし、1970年代半ばに国際社会の努力によって根絶されました。サル痘ウイルスは霊長類だけでなく、ヒトにおいても天然痘に類似した経過をたどる症例が報告されています。こうした状況を踏まえると、天然痘の微生物学について概要を理解しておくことは有益です。

オルソポックスウイルス属の中で最も研究されているのは、牛痘または天然痘に由来するワクシニアウイルスです。このウイルスはヒトに適応しており、長年にわたり最初の生ウイルスワクチンとして使用されてきました。

天然痘ウイルスをはじめとするこの属のウイルスは、既知の動物ウイルスの中で最大のものです。最も高度に組織化された動物ウイルスの一つであり、その構造の一部は細菌に似ています。ウイルス粒子は、角がわずかに丸みを帯びたレンガのような形をしており、大きさは250～450 nmです。明確に区別できる核（核様体）から構成され、その中には分子量130～200 MDaのゲノム二本鎖線状DNA分子とタンパク質が含まれています。核様体の両側には、タンパク質小体と呼ばれる楕円形の構造があります。核様体と側方小体は、特徴的な溝構造を持つ明確に区別できる表面膜に囲まれています。核壁は、厚さ5 nmの滑らかな内部膜と、規則的に配列した円筒状のサブユニットからなる外層で構成されています。ウイルスの化学組成は細菌に似ており、タンパク質とDNAだけでなく、中性脂肪、リン脂質、炭水化物も含まれています。

ポックスウイルスは、宿主細胞の細胞質内で複製する唯一のDNA含有ウイルスです。ウイルスの増殖サイクルは、以下の主要な段階から構成されます。感受性細胞の表面に吸着した後、ウイルスは受容体を介したエンドサイトーシスによって細胞質に侵入し、続いて二段階のウイルス粒子の「脱衣」が起こります。まず、細胞プロテアーゼによって外膜が破壊され、さらなる脱衣を担うタンパク質の合成をコードする初期mRNAの部分転写と合成が起こります。これと並行して、vDNAの複製が起こります。DNAの娘コピーが転写され、後期mRNAが合成されます。次に翻訳が起こり、分子量8～240 kDaのウイルス特異的タンパク質が約80種類合成されます。そのうち約30種類は構造タンパク質であり、残りは酵素と可溶性抗原です。ポックスウイルスの増殖の特徴は、細胞構造の改変です。細胞構造は特殊な「工場」へと変化し、そこで新しいウイルス粒子が徐々に成熟していきます。成熟したウイルスの子孫は、細胞溶解時または出芽によって細胞から離脱します。天然痘ウイルスの増殖サイクルは約6～7時間かかります。

天然痘ウイルスは赤血球凝集能を有し、ヘマグルチニンは3つの糖タンパク質から構成されています。最も重要な抗原は、ファミリー全体に共通するNP核タンパク質、易熱性抗原（L抗原）、耐熱性抗原（C抗原）、そして可溶性抗原です。

ポックスウイルスは、室温で数ヶ月間乾燥（特に病理学的材料において）に耐え、エーテル耐性を有し、室温で50%エタノールに1時間以内に不活化され、4℃で50%グリセロールに数年間保存されます。ほとんどの消毒剤に対して耐性があり、室温で1%フェノールまたは2%ホルムアルデヒドに処理しても24時間以内に不活化されますが、5%クロラミンに処理しても2時間以内に不活化されます。

ヒトとサルは天然痘ウイルスに感染する可能性がある。実験的に感染させた場合、新生マウスの脳は致死的な全身感染を呈するが、成体マウスには病原性がない。ニワトリ胚では、絨毛尿膜、羊膜、卵黄嚢、尿膜腔に感染すると、ウイルスは良好に増殖する。10～12日齢のニワトリ胚の絨毛尿膜において、天然痘ウイルスは小さな白色プラークを形成するが、ワクシニアウイルスは壊死によって中央に黒色の陥凹を伴うより大きな病変を形成する。天然痘ウイルスの重要な特徴として、ニワトリ胚におけるウイルス増殖の最高温度が38.5℃であることが挙げられる。

ヒト、サル、その他の動物から得られた初代培養細胞および継代培養細胞は、天然痘ウイルスに感受性を示す。腫瘍由来の細胞培養（HeLa細胞、Vero細胞）では、天然痘ウイルスは増殖型の小さなプラークを形成するが、Vero細胞にサル痘ウイルスを感染させると、溶解中心を有する円形プラークが検出される。ブタ胎児腎細胞では、天然痘ウイルスは明確な細胞変性効果を引き起こすが、これらの細胞にサル痘ウイルスを感染させた場合には、この効果は発現しない。HeLa細胞では、天然痘ウイルスは円形細胞変性を引き起こすが、サル痘ウイルスおよびラクダ痘ウイルスは多核細胞の形成を伴う変性を引き起こす。

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病因

天然痘から回復した人は生涯にわたって免疫を維持します。ワクチン接種後も長期にわたる安定した免疫が形成されます。2は主に体液性で、ウイルス中和抗体は発症後数日以内に出現しますが、皮膚症状の進行を防ぐことはできません。患者は膿疱期に血中抗体レベルが上昇し、死亡することもあります。抗体はワクチン接種によって作り出される人工免疫にも関与しており、免疫接種後8～9日目に出現し、2～3週間後に最大力価に達します。

細胞性免疫は、循環抗体と同様に重要な役割を果たします。低ガンマグロブリン血症の患者は抗体を生合成しませんが、天然痘ウイルスに対する免疫を獲得することが確立されています。この細胞性免疫は、T細胞傷害性リンパ球の活性に基づいています。

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疫学

感染源は病人です。天然痘の予防接種を受けていない、あるいは罹患したことのない人の大多数が、この感染症にかかりやすいです。天然痘はほとんどの場合、空気感染による飛沫感染ですが、接触感染（衣類、タオル、寝具、家庭用品などを介して）による感染も考えられます。発疹が出現し、最後のかさぶたが剥がれるまでの間、患者は他の人に感染させる可能性がありますが、最も危険なのは粘膜に病変が現れる最初の8～10日間です。

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症状

感染の入り口は上気道粘膜です。ウイルスは咽頭輪のリンパ組織で一次増殖を起こし、その後、一時的に血液中に侵入して細網内皮組織（RET）の細胞に感染します。そこでウイルスが増殖し、再びウイルス血症が発生しますが、その症状はより激しく、持続します。ウイルスの皮膚向性作用は、血流から表皮へ侵入する能力と関連しており、有棘細胞の早期増殖とマルピーギ層細胞の特異な変性を引き起こします。

潜伏期間は8～18日です。天然痘は急性症状として始まり、頭痛、筋肉痛、衰弱、発熱が見られます。2～4日後、口腔粘膜と皮膚に特徴的な発疹が現れます。これらの症状はほぼ同時に現れ、顔や手足に多く見られます。発疹は斑点、丘疹、小水疱、膿疱へと進行し、痂皮（かさぶた）が形成され、その後、瘢痕が残ります。発疹が現れると体温は下がり、膿疱期に再び上昇します。発疹が現れてから痂皮が剥がれるまで約3週間かかります。このような典型的な重症の経過（大痘瘡）では、流行時の死亡率は40％に達する可能性があります。一方、より軽症の形態であるアラストリム（小痘瘡）では、死亡率は1～2％を超えません。

診断

天然痘は、ウイルス鏡検法、ウイルス学的方法、血清学的方法を用いて診断できます。最も効果的かつ迅速な方法は、膿疱期前の発疹成分から採取した材料を直接電子顕微鏡で観察することです。なぜなら、この段階ではウイルス量が急激に減少するからです。水疱の内容物を光学顕微鏡で観察すると、グアルニエリ小体を含む大きな細胞が見られます。グアルニエリ小体は、細胞核付近に存在する楕円形の細胞質封入体で、通常は均質で好酸性ですが、まれに顆粒状で不規則な輪郭をしています。グアルニエリ小体は、天然痘ウイルスが増殖する「工場」です。天然痘水疱の内容物をM.モロゾフ法で染色した塗抹標本には、天然痘ウイルス粒子であるパッシェン小体が含まれています。

ウイルスを分離・同定するために、12～14日齢の鶏胚を絨毛膜尿膜に感染させます。絨毛膜尿膜ではウイルスが小さな白っぽいプラークを形成します。また、細胞培養にも感染させ、細胞変性効果を検出し、血球吸着反応または免疫蛍光反応を誘発します。感染材料は、血液、鼻咽頭分泌物、発疹部位の皮膚擦過物、痂皮、および剖検材料です。

天然痘ウイルスの特異抗原は、発疹成分および鼻咽頭分泌物から採取した塗抹標本において、間接蛍光抗体法を用いて検出できます。発疹成分から採取した標本においては、免疫拡散法、RSC法、またはIFM法を用いて抗原を同定できます。

発症後1週間を過ぎると、ウイルス中和抗体、補体結合抗体、ヘマグルチニンが検出されます。補体結合抗体の存在は、ワクチン接種を受けた人では12ヶ月以上持続することは稀であるため、天然痘の最も信頼できる兆候と考えられています。

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治療

特定の治療と予防を目的として、天然痘ウイルスの細胞内増殖を抑制する薬剤であるメチサゾン（マルボラン）が使用されます。これは、特に病気の初期段階と潜伏期に効果的です。

人類文明の歴史には、天然痘の流行やパンデミックが数多く記録されています。18世紀末までに、ヨーロッパだけでも少なくとも1億5000万人が天然痘で亡くなりました。E.ジェンナー（1796）が天然痘のワクチンを接種した後、この病気との積極的な闘いが始まり、ついには完全に根絶されました。ソ連では、天然痘は1936年に根絶されましたが、輸入症例があったため、1960年まで記録に残っていました。1958年、ソ連代表団の主導により、WHO総会で世界中の天然痘根絶に関する決議が採択され、1967年にはWHOが強化された天然痘根絶計画を採択しました。ソ連、米国、スウェーデンはこの計画に多額の財政支援を行いました。ソ連は、多くの天然痘流行国で活動する専門家の派遣を支援しただけでなく、約15億回分の天然痘ワクチンを寄贈しました。使用されたワクチンは、子牛の嚢で培養され、精製・乾燥させた生天然痘ウイルスでした。培養ワクチンおよび胎児（卵子）生ワクチンでも良好な結果が得られました。ワクチン接種中に発生する可能性のある合併症の予防および治療には、抗天然痘ドナー免疫グロブリン（天然痘ワクチンを特別に再接種したドナーの血液のガンマグロブリン分画を生理食塩水に10%溶解したもの）と、抗天然痘抗体含有量を滴定したヒト血液免疫グロブリンが使用されました。

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