ウエストナイルウイルス

概要

ウエストナイルウイルス（West Nile virus, WNV）は、フラビウイルス科フラビウイルス属に分類される一本鎖プラス鎖RNAウイルスです。このウイルスは主にイエカを介して感染し、ウエストナイル熱と呼ばれる疾患の原因となります。血清学的には、日本脳炎ウイルスと同じグループに属します。西ナイルウイルスやウエストナイル熱ウイルスと呼ばれることもあります。

ウイルスの構造

ウエストナイルウイルスの粒子（ビリオン）は、他のフラビウイルスと同様にエンベロープを持ち、正二十面体に近い対称性を示します。サイズは45～50ナノメートル程度で、表面は比較的滑らかなタンパク質の殻で覆われています。この殻は、糖タンパク質であるEと小型の膜タンパク質Mの2種類のタンパク質から構成されています。Eタンパク質は、宿主細胞の受容体との結合、ウイルス粒子の付着、細胞膜との融合といった、細胞への侵入に必須の役割を担っています。

内部には、RNAゲノムが105個のアミノ酸からなるカプシド（C）タンパク質と結合して、ヌクレオカプシドを形成しています。カプシドタンパク質は感染細胞で最初に作られる構造タンパク質で、ウイルスのゲノムRNAを粒子内に収納する役割を主に担います。また、アポトーシス（プログラム細胞死）を抑制する機能も持つことが示されています。

ヌクレオカプシドの外側は、宿主細胞由来の膜であるエンベロープで覆われています。このエンベロープ膜にはコレステロールやホスファチジルセリンが含まれることが分かっていますが、他の成分は研究途上です。この膜はウイルスの感染において重要な役割を果たし、特にコレステロールは細胞への侵入に不可欠な要素です。最外層の殻を構成するEとMタンパク質は、このエンベロープ膜に埋め込まれています。

ゲノム

ウエストナイルウイルスのゲノムは約1万1000塩基からなる一本鎖プラス鎖RNAです。ゲノム上には一つの大きなオープンリーディングフレームが存在し、その両端（5'末端と3'末端）には非翻訳領域としてステムループ構造が存在します。5'側の非翻訳領域は約100塩基長、3'側は約600塩基長です。コード領域からは、3種類の構造タンパク質と7種類の非構造タンパク質の遺伝子が読み取られます。ゲノムはまず一本の巨大なポリプロテインとして翻訳され、その後、ウイルスの持つプロテアーゼと宿主細胞のプロテアーゼによって、それぞれの機能を持つ個別のタンパク質に切断されます。

構造タンパク質であるC（カプシド）、prM/M（前駆体膜タンパク質/膜タンパク質）、E（エンベロープタンパク質）は、ゲノムの5'末端側の領域にコードされています。

非構造タンパク質はNS1, NS2A, NS2B, NS3, NS4A, NS4B, NS5の7種類があり、主にウイルスの複製を助けたり、プロテアーゼとして機能したりしますが、その詳しい役割にはまだ不明な点が多く残されています。これらの非構造タンパク質はゲノムの3'末端側の領域にコードされています。

生活環

ウエストナイルウイルスが宿主動物の血中に侵入すると、まずエンベロープタンパク質Eが標的細胞表面の特定の接着因子（グリコサミノグリカンなど）に結合します。さらにDC-SIGNやインテグリンαVβ3といった一次受容体と結合することで、ウイルスはクラスリンを介したエンドサイトーシスによって細胞内に取り込まれます。

細胞内のエンドソームは酸性環境となり、これがウイルスエンベロープとエンドソーム膜の融合を引き起こします。これにより、ウイルスのRNAゲノムが細胞質へ放出されます。細胞質に放出された一本鎖プラス鎖RNAは、小胞体上でポリプロテインとして翻訳されます。このポリプロテインは、ウイルス由来のNS2B-NS3プロテアーゼや宿主細胞のプロテアーゼによって切断され、機能を持つ成熟したタンパク質群が生成されます。

ウイルスの複製過程では、RNA依存性RNAポリメラーゼであるNS5タンパク質が他の非構造タンパク質と共に複製複合体を形成し、ゲノムRNAを鋳型として一本鎖マイナス鎖RNAを合成します。このマイナス鎖RNAが、新たな一本鎖プラス鎖RNAゲノムの合成の鋳型となります。新しく合成されたプラス鎖ゲノムは、カプシドタンパク質Cによってウイルス粒子内に収納されます。

ウイルス粒子の組み立ては、小胞体とゴルジ体を経由して行われます。まず非感染性の未成熟なウイルス粒子が形成され、その後、タンパク質Eの糖鎖付加や、タンパク質prMが酵素（フリン）によって切断されMとなる過程を経て、感染能力を持つ成熟ウイルス粒子へと変化します。成熟したウイルス粒子は細胞表面から細胞外へ放出されます。

系統と分布

ウエストナイルウイルスは、セントルイス脳炎ウイルスやマレーバレー脳炎ウイルスなどと共に、日本脳炎血清型群に分類されます。系統樹解析によると、このウイルスは約1000年前に新たなウイルスとして出現し、その後二つの主要な系統（系統1と系統2）に分かれて進化しました。系統1は西アフリカ、中東、東ヨーロッパ、南北アメリカ、オーストラリアなど世界中に広く分布しており、さらに1a, 1b, 1cのサブタイプに細分化されます。特にアメリカやイスラエルで分離された系統1aの株は、鳥類に対する病原性が高いことが知られています。系統2は主にサハラ砂漠以南のアフリカやマダガスカルに分布していましたが、2008年以降、ヨーロッパでも検出されるようになり、分布域を拡大しています。また、これまで系統1のみが確認されていた南アフリカ共和国でも、2010年に系統2の感染例が初めて報告されました。

当初、北アメリカ大陸には存在しませんでしたが、1999年に初めてアメリカでヒトとウマへの感染が確認されて以降、カナダや中南米へと分布が広がっています。主な感染動物はヒト、ウマ、鳥類ですが、サル目やクジラ目の動物への感染も確認されており、宿主域は広いことが分かっています。

宿主域と伝染

ウエストナイルウイルスの自然界での主要な宿主は鳥類とカです。300種以上の鳥類が感染可能であり、中には感染により死亡する種もいますが、多くの種は感染しても死亡しません。特にコマツグミやイエスズメが、ヨーロッパや北米の都市部における重要な保因宿主と考えられています。

ウイルスは多くの種類のカから検出されますが、ヒトへの感染拡大に主に関わるのは、アカイエカなどのイエカ属に属する種です。日本国内ではアカイエカ、ネッタイイエカに加え、チカイエカやヒトスジシマカも媒介蚊となる可能性が指摘されています。ダニによる実験的な媒介は可能ですが、自然界での役割は小さいとみられています。

ウイルスはヒトやサル、ウマ、イヌ、ネコを含む少なくとも30種以上の哺乳類、さらにワニやヘビ、カエルといった爬虫類や両生類にも感染することが分かっています。しかし、ヒトやウマと異なり、多くの哺乳類（イヌやネコなど）では症状が出ないと考えられています。ヒトやウマ、一部の鳥類はウイルス血症の期間が比較的短く、他の蚊へウイルスを効率よく伝播させないため、終末宿主であると考えられています。

ウイルスは基本的に鳥とカの間で感染サイクルを繰り返して伝播しますが、ウイルスを持つカがヒトを刺すことでヒトへの感染が起こります。特に都市部では、鳥とヒトの両方から吸血する性質を持つカが、この感染経路において「ブリッジベクター」として機能します。カを介さない感染経路としては、感染した妊婦から胎児への垂直感染、授乳、輸血、臓器移植などが報告されていますが、これらは稀なケースと考えられています。鳥類と異なり、ヒトからヒトへの直接的な感染は通常起こりません。

ヒトにおける症状

ヒトにとって、ウエストナイルウイルスはウエストナイル熱を引き起こす病原体です。感染者の約8割は全く症状を示しませんが、約2割は軽度から中程度の症状（発熱、頭痛、嘔吐、下痢など）を呈し、回復に数週間から数ヶ月かかることがあります。さらに、約150人に1人の割合で、脳炎や髄膜炎、麻痺といった重篤な神経症状を発症し、生命に関わることもあります。神経系症状を呈した場合の死亡率は約1割と報告されています。特に60歳以上の高齢者、がんや糖尿病、高血圧などの基礎疾患がある人、臓器移植を受けた人は重症化しやすい傾向があります。診断は主に抗体検査によって行われます。現在、特異的な治療法は確立されていませんが、対症療法として鎮痛剤などが用いられることがあります。

ウマにおける症状と予防

ウマもウエストナイルウイルスに感染しますが、ヒトと同様に発症することはまれで、発症率は約8%とされています。多くは軽症で済みますが、脳脊髄炎などの重い神経疾患を引き起こすこともあります。北米ではウマ用のワクチンが実用化されており、ワクチン開発以前は致死率が約4割に達し、多数のウマが犠牲となっていました。

発見の経緯

ウエストナイルウイルスは1937年、アフリカのウガンダにある西ナイル地方で初めて分離されました。当時、黄熱病の研究者が現地の発熱した女性の血液から未知のウイルスを分離し、その女性の居住地にちなんで「ウエストナイルウイルス」と命名されました。このウイルスは後に、ネズミに投与すると脳炎を引き起こすことが分かり、神経系に影響を及ぼすウイルスとして1940年に発表されました。

感染の季節性

温帯地域におけるウエストナイルウイルスの流行には季節性があり、北米やヨーロッパ、地中海沿岸などでは夏季から秋季（概ね7月から10月）にかけてピークを迎えることが多いです。特にアメリカでは、感染報告の大部分が8月と9月に集中しています。湿度の高い地域では流行期間が長くなる傾向があります。感染リスクは全年齢層にありますが、神経系疾患の発症率や死亡率は高齢者で高くなります。

予防策

2019年時点でウマ用ワクチンは複数存在しますが、ヒト用ワクチンはまだ開発段階であり、承認されたものはありません。そのため、ヒトの感染予防は、ウイルスを保有する蚊との接触を避けることに重点が置かれています。具体的な対策としては、蚊が活動的な時間帯（夜間など）の外出を控えたり、屋外では長袖・長ズボン・靴下を着用したり、ディートを含む虫よけ剤を使用したりする自己防衛があります。また、網戸や蚊帳を利用して蚊の侵入を防ぐことも有効です。

公衆衛生上の対策として、自治体などによる蚊の監視や駆除、蚊の発生源となる溜まり水の排除なども行われます。鳥類の監視システム、特に鳥の死骸の検査は、ウイルスの流行を早期に発見する上で重要視されています。

気候変動との関連

気候変動は、ウエストナイル熱のような媒介性疾患の流行に影響を与える重要な環境要因です。気温や降水量、風といった気候の変化は、蚊の生存率、繁殖速度、生息範囲、個体数などに影響を及ぼします。例えば、気温が上昇すると、蚊の活動が活発になり、ウイルスが蚊の体内で複製・増殖する速度も速まるため、ウイルスが伝播しやすくなります。また、暖冬は夏季の蚊の増加につながり、感染リスクを高める可能性があります。降水量の増加は蚊の繁殖地を増やす一方、過度な降雨は幼虫を流し去ることもあります。風はウイルスを持つ蚊の移動を促し、ウイルスの拡散に関与する可能性があります。

日本での感染状況

ウエストナイルウイルスは世界各地で確認されていますが、日本国内での感染例は報告されていません。ただし、2005年にアメリカ滞在歴のある人物がウエストナイル熱を発症した事例があり、これは日本初の輸入症例として報告されています。

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