人类口腔生态系统包含无数的真核细胞、细菌、古细菌和病毒。口腔是胃肠道的门户, 也是病毒感染和传播的主要场所。唾液不仅能够控制细菌在口腔中的定植(colonization), 而且其中的多种生物活性分子具有抗病毒作用^{[6, 7]}。口腔病毒组研究通常采集唾液或咽拭子作为检材, 据估计每毫升咽拭子或唾液中有10⁸个病毒样颗粒(virus-like particle, VLP), 每毫升牙菌斑则含有10⁷个病毒样颗粒^[6]。这些病毒样颗粒以噬菌体为主, 能够分类的噬菌体包括有尾噬菌体目(Caudovirales)的肌尾噬菌体科(Myoviridae)、短尾噬菌体科(Podoviridae)、长尾噬菌体科(Siphoviridae)等^[6]。同时, 口腔中的噬菌体群落在唾液、牙菌斑、牙龈下空腔和龈上生物膜之间还存在明显差异。而口腔噬菌体群落是在何种程度上形成及调节口腔细菌群落的, 以及它们之间的平衡是否对人类健康带来直接或间接影响, 目前尚不清楚。除了噬菌体之外, 仅少数病毒序列与已知的真核病毒同源, 包括细环病毒(torque teno virus, TTV)、圆环病毒、HSV和EB病毒(Epstein-Barr virus, EBV)^[6]。在致病性真核病毒中, 能够从唾液或口腔拭子中分离培养的常见病毒有轮状病毒、诺如病毒、人免疫缺陷病毒(HIV)、巨细胞病毒(cytomegalovirus, CMV)、1型和2型疱疹病毒(HSV-1、HSV-2)、EBV、流感病毒等, 能够检出病毒核酸物质或特异性抗体的种类则更多^[7]。

皮肤是病原体和人体之间的物理屏障, 也是多种微生物在人体的定居之处, 一个70 kg成年人的皮肤表面积约1.7 m²。不同部位的皮肤由于温度、湿度、暴露程度等不同, 定居的微生物群落存在差异^{[2, 8, 9]}。皮肤的病毒组研究通常采集不同部位的皮肤拭子作为检材。定居在皮肤上的细菌一般为葡萄球菌属、丙酸杆菌属、棒状杆菌属, 因此, 皮肤的病毒组中, 部分噬菌体成分与上述细菌存在一定联系^{[2, 3, 9]}。皮肤病毒组中能够划分为病毒的序列多数为有尾噬菌体目, 少部分为肌尾噬菌体科和长尾噬菌体科^[9]。皮肤上的真核病毒可能为乳头瘤病毒科、多瘤病毒科、圆环病毒科、腺病毒科、指环病毒科、疱疹病毒科和痘病毒科成员, 以乳头瘤病毒科最多。多数个体的皮肤表层有多种乙型和丙型HPV(beta-, and gammapapillomaviruses, β - and γ -HPVs), 高通量测序数据显示健康个体皮肤样品中HPV类型可以高达17种。有的病毒如指环病毒、部分HPV型别可能为皮肤正常生态群落的一部分, 而一些HPV型别、HPyV、HSV等则可能导致皮肤癌和其它皮肤疾病^[2]。

呼吸道负责人体与外界氧气和二氧化碳的交换, 分为上呼吸道和下呼吸道, 成人呼吸道总表面积约70 m², 是皮肤表面积的40倍^[10]。人类呼吸道是空气中细菌、病毒、真菌等微生物进入人体的主要途径, 据报道, 健康无症状儿童中呼吸道病毒的检出率超过65%^[10]。曾经一度认为健康人的肺是一个无菌器官, 但近年来多种不依赖培养的检测技术表明, 肺里同样存在大量的微生物。研究呼吸道微生物组通常采集上呼吸道样品(鼻咽拭子、鼻咽抽吸物)和下呼吸道样品(支气管灌洗液)。有研究显示, 人类上呼吸道存在包括指环病毒科在内的多种病毒, 下呼吸道病毒组除了大量噬菌体外, 也有较多指环病毒科成员^{[10, 11]}。

健康个体鼻吸取物的病毒组分析显示, 呼吸道存在多种真核病毒, 包括巨细胞病毒、淋巴滤泡病毒(lymphocryptovirus)、玫瑰疱疹病毒(roseolovirus)、哺乳动物腺病毒(mastadenovirus)、依赖病毒属、HSV、HPyV以及甲、乙、丙型HPV及未分型HPV、甲型细环病毒(alphatorquevirus)和未分型指环病毒^{[2, 10]}。在发病人群中, 瑞典学者对210名严重下呼吸道感染患者的鼻咽冲洗液进行宏基因组检测, 发现39种病毒感染, 主要为副黏病毒科、小RNA病毒科、正黏病毒科(流感病毒)成员, 占样品病毒共有序列(viral contigs)的90%, 其余依次为冠状病毒科、细小病毒科、指环病毒科、圆环病毒科、多瘤病毒科以及其它^[12]。我国学者对135名严重急性呼吸道感染(severe acute respiratory infection, SARI)儿童病例样品的病毒宏基因组研究, 得出类似结论。包括副黏病毒科、冠状病毒科、细小病毒科、正黏病毒科、小RNA病毒科、指环病毒科和腺病毒科成员, 而作为对照的15名非SARI儿童患者呼吸道样品中病毒成分相对单纯一些, 除了少部分常见呼吸道病毒外, 主要为指环病毒^[13]。

一般认为, 健康人血液是无菌的。一些受到广泛关注的已知血源传播病毒如乙肝病毒(hepatitis B virus, HBV)、丙型肝炎病毒(hepatitis C virus, HCV)、人免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus, HIV)、人T淋巴细胞病毒(human T-lymphotropic virus, HTLV)等, 在多数国家都已经列入献血员筛查目录, 是保障临床血液安全的重要措施^{[2, 14]}。曾经认为与病毒性肝炎有关联的TTV和黄病毒科成员Human pegivirus (HPgV), 在健康人群血液中检出率较高, 现在普遍认为它们仅在血液中循环不引起任何症状。另外部分病毒(如CMV、细小病毒B19、戊型肝炎病毒), 虽然引起病毒血症, 但只对特定人群带来潜在影响, 因此没有列入常规筛查名录^[14]。

早期的宏基因组研究发现, 血液中存在相当数量的病毒群体, 据估计人类血浆中各种病毒构成比分别为指环病毒(68%)、疱疹病毒(13%)、多瘤病毒(5%)、有尾噬菌体目(5%)、腺病毒(2%)、痘病毒(1%)、逆转录病毒(1%)和其它未分型的病毒(5%)^[15]。上述结论也得到近年来一些采用大样本的病毒组学调查结果支持。瑞士学者对300个红细胞单位和300个新鲜血浆(fresh-frozen plasma, FFP)单位的宏基因组分析^[16], 在健康个体血液中经常检出指环病毒和HPgV, 还能检测到一般在皮肤才有的HPV27、Merkel细胞多瘤病毒, 甚至在一个FFP单位中意外检出了星状病毒MLB2。研究人员对美国和欧洲10批次的血浆(每批体积达567 L-2 608L)的病毒宏基因组研究, 发现10个批次均有指环病毒, 8个批次存在A型HPgV, 3个批次发现少量HPV^[17]。而Moustafa等^[18]对8 240名没有任何传染病人群的血液样品, 进行全基因组测序。从测序数据中提取DNA病毒相关序列, 共发现94种病毒, 包括19种人DNA病毒、前病毒和RNA病毒, 如HSV、指环病毒、HPV、HPyV、腺病毒、HIV、HTLV、HBV、HCV、细小病毒B19以及流感病毒, 来自42%的测试人群。另外75种病毒则主要为商业试剂污染和外环境。

虽然中枢神经系统(central nervous system, CNS)受到血脑屏障的保护, 但仍然有很多病原体能够突破血脑屏障, 引起明显的CNS感染相关疾病及死亡。多种病毒可以通过不同途径侵入神经系统, 导致脑膜炎、脑炎或脑膜脑炎^[19]。尽管目前对大多数病毒相关CNS感染缺乏特异抗病毒药物, 但是及时确定引起CNS感染的病毒类型有助于采取相应的应急措施, 有效避免疫情扩大^[20]。已知能够感染CNS的病毒有HIV-1、弹状病毒、黄病毒、HSV、流感病毒、副流感病毒、呼肠孤病毒、淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒、虫媒病毒、CMV、腮腺炎病毒、细小病毒B19、麻疹病毒、HTLV、肠道病毒、亨尼帕病毒、布尼亚病毒、披膜病毒等^[21]。神经系统的病毒组研究可采集脑脊液作为检材, 但目前缺少采用脑脊液进行病毒组研究的大型队列调查数据。根据最近关于高通量测序用于脑炎个案诊断的综述^[20], 汇总了2008年1月-2017年4月共25篇文献报告的44例病例资料, 涉及到常见病毒有HSV、 柯萨奇病毒A9、麻疹病毒、水泡带状疱疹病毒(varicella-zoster virus, VZV)、腮腺炎病毒、EBV和JC多瘤病毒, 罕见病毒有人细小病毒4型(parvovirus 4, PARV4)、人冠状病毒OC-43、人星状病毒MLB1, 新发现病毒则有沙粒病毒、博尔纳病毒(bornavirus)、星状病毒VA1/HMO-C、cyclovirus、gemycircuarlvirus、浓核症病毒(densovirus)。

健康成年人的胃肠道表面积超过200 m², 为各种微生物生长和繁殖提供了理想的场所。人体胃肠道的微生物群落与人体生理和健康息息相关, 有关人类胃肠道病毒组的研究较多。胃肠道病毒组研究通常采集粪便样品作为检材, 正常粪便包含病毒样颗粒约10⁸~10⁹/g, 其来源按照宿主类型可分为:人类病毒、膳食来源植物病毒、膳食来源动物病毒、噬菌体、感染原生动物的病毒^{[2, 22, 23, 24]}。粪便中绝大多数病毒样颗粒为噬菌体, 主要包括有尾噬菌体目的肌尾病毒科、短尾噬菌体科、长尾噬菌体, 少部分属于微小噬菌体科^{[2, 3, 24]}。能够划分为真核病毒的序列相对较少, 其中真核DNA病毒科包括双生病毒科(Geminiviridae)、疱疹病毒科、矮缩病毒科(Nanoviridae)、乳头瘤病毒科、痘病毒科、细小病毒科、多瘤病毒科、腺病毒科、圆环病毒科(Circoviridae)等。而真核RNA病毒方面, 虽然相关研究不多, 且发现多数RNA病毒为食物来源的植物RNA病毒, 但至少检出过包括杯状病毒科、小双RNA病毒科(Picobirnaviridae)、小RNA病毒科(肠道病毒)、呼肠孤病毒科(轮状病毒)等在内的RNA病毒^{[2, 25]}。另外, 身体其它部位的病毒也可能出现在粪便中^[25], 如呼吸道的鼻病毒、博卡病毒、冠状病毒可能通过吞咽进入粪便, 感染血细胞的病毒如HIV也能在粪便样品中检测到。因此, 在粪便中检出一种新病毒, 并不代表此病毒就是在人类小肠细胞中复制的。

人类尿道出现微生物通常与尿道感染有关, 即使没有尿道感染, 尿液中也具有自身独特的微生物群。泌尿生殖道感染分为尿道感染(膀胱炎、肾盂肾炎、前列腺炎)和生殖道感染(尿道炎、宫颈炎、附睾炎、子宫内膜炎、生殖器溃疡、盆腔炎)^[26]。对泌尿生殖系统的病毒组研究通常采集尿液、阴道拭子等作为检材。尿液和阴道拭子中经常检出各种HPVs, 可能属于共生微生物群落的一部分。同时, 健康男性和女性尿道还可能有疱疹病毒(HSV、CMV)和多瘤病毒(BK多瘤病毒), 以及一些噬菌体^{[2, 27]}。美国加州大学圣地亚哥分校研究人员采集了10名尿道感染(大肠埃希菌、粪肠球菌、鲍曼不动杆菌)和10名无尿道感染者的尿液样品, 发现每毫升样品大约含10⁷病毒样颗粒, 略低于唾液和粪便中数目。无论是否存在尿道感染, 都能够检出真核病毒如乳头瘤病毒、疱疹病毒和多瘤病毒。95%样品包含HPV序列, 包括多种不常见型别HPV96、HPV49、HPV121、HPV92、HPV178等。通过与非冗余数据库(non-redundant database, NR)比对, 约27%的共有序列(contig)与已知病毒序列同源, 其中绝大部分属于噬菌体序列, 包括大肠埃希菌、葡萄球菌、粪肠球菌等的特异噬菌体^[27]。

自从20世纪60年代发现部分肿瘤与病毒感染相关, 迄今已经确认7种肿瘤病毒, 分别是DNA病毒如EBV、HBV、HPV、人疱疹病毒8型(human herpesvirus 8, HHV-8)和Merkel细胞多瘤病毒(Merkel cell polyomavirus, MCPyV), RNA病毒HCV、HTLV-1。大约12%的人类肿瘤由病毒所致, 世界上大部分人群存在至少一种肿瘤病毒, 但只有少数个体发展成为肿瘤^[28]。

美国国家癌症研究所(National Cancer Institute, NCI)和国家人类基因组研究所(National Human Genome Research Institute, NHGRI)于2006年启动了癌症基因组图谱 (The Cancer Genome Atlas, TCGA)项目, 目的是提高癌症的诊断、治疗和预防。通过收集数千名癌症患者组织样品并进行深度测序, 从序列数据库中也可以调查肿瘤组织中存在病毒。经过10多年的工作, 不仅在所有宫颈癌及部分头颈部鳞状细胞癌样品中检测到HPV序列, 证明了HBV、HCV序列与部分肝癌有关, 以及部分胃癌中有EBV基因表达, 而且发现一些以前未认识到的癌症与病毒的相关性。最近, 有学者首次结合DNA(全基因组、全外显子组)和RNA序列数据, 调查了来自3 052名患者22类不同癌症样品中存在的病毒序列^[29]。经过人工排除噬菌体、植物病毒、昆虫病毒和真菌病毒之后, 确定5个科(乳头瘤病毒科、多瘤病毒科、嗜肝DNA病毒科、黄病毒科、疱疹病毒科)34种病毒存在于TCGA癌症样品中。除了少数样品包含低危型的HPV30、HPV73、HPV111之外, 所有宫颈癌样品存在高危型HPV, 其中HPV16、HPV18占89.4%。约20%头颈部肿瘤样品存在HPV, 以HPV16居多。肝癌患者样品中HBV、HCV序列检出率分别为30%和5.6%, 部分膀胱癌患者检出HPV, 在20种癌症组织中发现了疱疹病毒序列, 其中EBV、CMV、人疱疹病毒6型(human herpesvirus 6, HHV6)出现在17种癌症中。