范 博 虢紅梅
(陜西新藥技術(shù)開(kāi)發(fā)中心 陜西西安 710075)
禽流感病毒的概述及治療進(jìn)展
范 博 虢紅梅
(陜西新藥技術(shù)開(kāi)發(fā)中心 陜西西安 710075)
近年來(lái),禽流感病毒感染人的病例在中國(guó)不斷散發(fā)出現(xiàn),自2012年1月至2016年8月,全國(guó)共報(bào)告661例人感染禽流感病毒病例,其中死亡277例[1],禽流感的流行對(duì)畜牧業(yè)和公共衛(wèi)生事業(yè)存在巨大的威脅。本文從禽流感病毒的結(jié)構(gòu)特征、基因變異、致病性及預(yù)防和治療等多個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行綜述,以便為禽流感的防控提供參考。
禽流感病毒;基因重組;結(jié)構(gòu)特征;感染機(jī)理;防治
1997年5月,香港首次發(fā)現(xiàn)的人感染H5N1型禽流感病毒病例,研究發(fā)現(xiàn),H5N1的所有基因均來(lái)自禽流感病毒,表明禽流感病毒已經(jīng)能夠跨越種屬屏障感染人類(lèi),此后,又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)H5N6、H7N3、H7N7、H7N9、H9N2和H10N8感染人的病例。
禽流感病毒(avian influenza virus,AIV)隸屬正黏病毒科,流感病毒屬。國(guó)際病毒分類(lèi)委員會(huì)將正黏病毒科分為甲型(A)流感病毒屬、乙型(B)流感病毒屬、丙型(C)流感病毒屬、索戈托病毒屬和傳染性鮭魚(yú)貧血癥病毒屬。其中流感病毒屬內(nèi)各種病毒是根據(jù)它們的核蛋白和膜蛋白抗原以及基因特性進(jìn)行分類(lèi)的。甲型流感病毒含有血凝素(hemagglutinin,HA)和神經(jīng)氨酸酶(neural-minidase,NA)兩個(gè)表面蛋白,根據(jù)這兩個(gè)蛋白抗原性的不同,可分為16個(gè)HA亞型(H1~H16)和9個(gè)NA亞型(N1-N9),HA和NA的不同亞型以HxNx方式共可組合成近200種亞型。近一個(gè)世紀(jì),可感染人的AIV主要是H1、H2、H3和N1、N2幾種抗原構(gòu)成的亞型,其余大多數(shù)甲型流感病毒的宿主是禽類(lèi),稱(chēng)為禽流感病毒。
AIV病毒顆粒呈球狀或短桿狀,為單股負(fù)鏈分節(jié)段的RNA病毒,含有8個(gè)RNA節(jié)段,共編碼10種蛋白,分別為基質(zhì)蛋白(matrix protein,M)M1和M2,核蛋白NP(nucleocapsid protein,NP),非結(jié)構(gòu)蛋白(non-structural protein,NS)NS1和NS2,RNA聚合酶P蛋白復(fù)合體PB1(polymerase B1 protein)、PB2(polymeraseB2 protein)和PA(polymerase Aprotein,PA),以及病毒表面蛋白血凝素(hemagglutinin,HA)和神經(jīng)氨酸酶(neuraminidase,NA)。
M1和M2是由一個(gè)單鏈RNA片段通過(guò)RNA剪切編碼的兩個(gè)基質(zhì)蛋白。M1在內(nèi)部,位于病毒脂質(zhì)雙分子層下,為疏水性、富含精氨酸的蛋白,以二聚體形式存在,同時(shí)結(jié)合病毒囊膜和RNA。M2是質(zhì)子選擇性離子通道,是由97個(gè)氨基酸殘基組成的Ⅲ型膜內(nèi)在蛋白,蛋白單體以二聚體形式存在,二聚體通過(guò)疏水作用在膜上形成具有離子通道活性的四聚體,貫穿病毒膜并且暴露在病毒表面,涉及質(zhì)子傳導(dǎo),在病毒膜與內(nèi)涵體膜融合后的病毒脫殼及基因釋放過(guò)程發(fā)揮關(guān)鍵作用。HA蛋白是具有糖基化和乙?;Y(jié)構(gòu)的病毒表面抗原蛋白,是流感病毒的跨膜糖蛋白。HA在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成,以三聚體HA的前體(HA0)形式存在,HA0由3個(gè)HA1單體構(gòu)成的球狀頭部和3個(gè)HA2單體及HA1剩余部分組成的柄部構(gòu)成。球狀頭部區(qū)域含有受體結(jié)合位點(diǎn)和抗原決定簇,能夠與靶細(xì)胞膜上的唾液酸受體結(jié)合。NA是鑲嵌在病毒雙層脂膜上的Ⅱ型跨膜糖蛋白,胞內(nèi)段高度保守,但跨膜序列存在差異,由四個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的單位亞基組成同源四聚體。電鏡下觀察,NA單體呈蘑菇狀,由球狀頭部和細(xì)長(zhǎng)的莖部組成,其中頭部有與神經(jīng)氨酸的結(jié)合部位,莖部則負(fù)責(zé)將蛋白錨定在病毒包膜表面,幫助四聚體的形成。
病毒HA和NA糖蛋白對(duì)特定宿主的受體進(jìn)行特異性識(shí)別是高效復(fù)制的先決條件,這暗示著在種間傳遞過(guò)程中HA蛋白的受體結(jié)合單位要進(jìn)行重塑。AIV通常對(duì)NeuAcα2-3Gal具有高親和力,這種受體通常在禽類(lèi)消化道和肺的上皮組織表達(dá),相反,能感染人的流感病毒則結(jié)合主要表達(dá)在人呼吸道無(wú)纖毛上皮組織的NeuAcα2-6Gal上,這種受體結(jié)合的特異性是阻止AIV感染人的物種屏障的一部分[2]。然而,最近的研究發(fā)現(xiàn),人的氣管上的有纖毛上皮細(xì)胞表達(dá)有低密度的禽受體樣糖復(fù)合物[3],同樣,雞的上皮細(xì)胞上也有少量人唾液酸受體,由此或許可以解釋為什么人類(lèi)對(duì)于AIV感染不是完全絕緣的。在豬和鵪鶉體內(nèi),兩種受體的表達(dá)密度都很高,據(jù)此可以認(rèn)為這些物種是禽流感和人流感毒株的中間混合器。
AIV抗原變異率高,主要有抗原漂移和抗原轉(zhuǎn)變兩種形式。抗原漂移是由于病毒基因發(fā)生點(diǎn)突變所引起的??乖D(zhuǎn)變則是由于兩種不同的流感病毒共同感染同一個(gè)細(xì)胞后發(fā)生基因重配,產(chǎn)生了新的病毒亞型,導(dǎo)致病毒蛋白的抗原性發(fā)生大幅度改變。抗原漂移和抗原轉(zhuǎn)變能改變病毒表面血凝素蛋白和神經(jīng)氨酸酶的抗原性,同時(shí)有可能產(chǎn)生的新的AIV亞型,從而改變病毒的細(xì)胞嗜性,擴(kuò)大宿主范圍,獲得跨越種屬屏障引發(fā)流感大流行的潛力,并對(duì)抗群體免疫選擇或藥物壓力,對(duì)畜牧業(yè)和公共衛(wèi)生事業(yè)存在潛在的威脅。
禽流感病毒是在鳥(niǎo)類(lèi)中廣泛傳播的具有高傳染性和高變異性的病毒。野生鳥(niǎo)類(lèi)是AIV的天然貯存宿主,但是家禽類(lèi)也極易受到感染。按照對(duì)禽類(lèi)致病性大小,禽流感病毒可以分為高致病性(highly pathogenic avian influenza virus,HPAIV)和低致病性(1ow pathogenic avian influenza virus,LPAIV)兩類(lèi),LPAIV一般在野生水鳥(niǎo)中形成穩(wěn)定的循環(huán),除宿主間的直接傳播外,大多是通過(guò)糞口途徑經(jīng)消化道感染,而感染哺乳動(dòng)物(人、豬等)的流感病毒則主要以氣溶膠的方式傳播,大多數(shù)攜帶LPAIV的野生水禽很少發(fā)病或臨床癥狀不明顯,對(duì)家禽僅引起輕微的癥狀。相反,HPAIV可以感染禽類(lèi)的多種組織和人的呼吸系統(tǒng),引起多個(gè)器官發(fā)生炎癥和壞死。HPAIV通過(guò)某些LPAIV在禽類(lèi)種群中循環(huán)傳播變異而來(lái)。AIV經(jīng)禽類(lèi)感染人的途徑主要是呼吸道、糞口途徑及眼結(jié)膜。
5.1 疫苗
接種疫苗預(yù)防流感的有效措施。疫苗的組成根據(jù)每年流行的毒株而決定。推薦高風(fēng)險(xiǎn)人群使用針對(duì)流行的野生型流感毒的疫苗,包括65歲以上的老人以及患有慢性疾病,尤其是糖尿病、慢性呼吸系統(tǒng)疾病、心臟病及免疫功能不全的患者。多年來(lái)的研究表明對(duì)易感人群進(jìn)行大面積疫苗接種可以有效地預(yù)防流感病毒感染、減輕臨床癥狀及降低死亡率。因此開(kāi)發(fā)和研制有效的HPAIV疫苗亦是預(yù)防禽流感的重要一環(huán)。疫苗是現(xiàn)在預(yù)防流感感染最有效的方法,在發(fā)達(dá)國(guó)家每年有大量的季節(jié)性流感疫苗投入使用。
5.2 抗病毒藥物
使用抗病毒藥物是降低禽流感發(fā)病率及死亡率的重要手段之一,在流感爆發(fā)時(shí)的預(yù)防和治療方面都發(fā)揮著重要作用。目前FDA批準(zhǔn)用于抗流感病毒的藥物分為兩類(lèi),分別是M2離子通道抑制劑和神經(jīng)氨酸酶抑制劑。
5.2.1 M2離子通道抑制劑
金剛烷胺(Symmetrel)和金剛乙胺(Flumadine),是批準(zhǔn)用于治療和預(yù)防流感的第一代抗流感病毒藥物,通過(guò)阻斷M2離子通道(M2通道與病毒脫殼然后進(jìn)入細(xì)胞有直接聯(lián)系)的活性抑制病毒復(fù)制。
5.2.2 神經(jīng)氨酸酶抑制劑
神經(jīng)氨酸酶抑制劑(neuraminidase inhibitors;NAIs)的作用主要是結(jié)合在甲型和乙型流感病毒NA糖蛋白的酶切位點(diǎn)上,抑制神經(jīng)氨酸酶的正常功能,阻止病毒感染細(xì)胞,同時(shí)干擾病毒從細(xì)胞內(nèi)釋放的過(guò)程。1999至2000年,扎那米韋(Relenza)和奧司他韋(Tamiflu)兩種NAIs在許多國(guó)家相繼批準(zhǔn)應(yīng)用。NAIs類(lèi)藥物可抑制流感病毒的復(fù)制,降低其致病性,能夠減輕流感的發(fā)病癥狀,縮短病程,減少并發(fā)癥,但是這類(lèi)藥物也存在耐藥性的問(wèn)題。
5.3 血凝素融合抑制劑
禽流感具有感染性的必要條件之一是血凝素前體被水解成HA1和HA2兩個(gè)亞基,能夠阻止HA0被水解的分子就具有抗病毒感染的活性。一些絲氨酸蛋白酶抑制劑,如抗蛋白酶肽,亮肽酶素,e-aminocaproic酸,萘莫司他,肺部表面活性劑,人粘液蛋白酶抑制劑等都能在細(xì)胞模型和動(dòng)物模型上降低HA0的水解和AIV的感染。
5.4 抗體藥物
流感病毒防治的另一個(gè)研究方向是血凝素中和抗體,一種新型的人單克隆抗體CR6261已進(jìn)入臨床研究階段[4]。這種抗體和HA近胞膜段結(jié)合,通過(guò)阻斷流感病毒和宿主細(xì)胞的融合起到中和作用。HA廣譜中和抗體為流感病毒研究和防治提供了新的契機(jī),在人類(lèi)和流感病毒斗爭(zhēng)中樹(shù)立了新的里程碑。
對(duì)AIV的分子結(jié)構(gòu)、細(xì)胞嗜性、宿主范圍、治病機(jī)制等方面的研究,能使我們清晰而全面的了解AIV的生物學(xué)特性,為其預(yù)防和治療提供科學(xué)依據(jù)。雖然現(xiàn)有的疫苗和藥物不能對(duì)AIV進(jìn)行有效的干預(yù)和防治,但是很多新的治療靶點(diǎn)正在被發(fā)掘,一大批新藥正在研發(fā)過(guò)程中,相信隨著我們認(rèn)識(shí)和研究的不斷深入以及新技術(shù)的不斷運(yùn)用,人們會(huì)研制出高效的疫苗和治療藥物,為畜牧業(yè)和人類(lèi)的健康事業(yè)提供堅(jiān)實(shí)的保障。
[1]http://www.nhfpc.gov.cn/zhuzhan/yqxx/lists.shtml
[2]Skehel JJ,Wiley DC. Receptor binding and membrane fusion in virus entry: the influenza hemagglutinin[J]. Annu Rev Biochem,2000,69:531-569
[3]Matrosovich MN,Matrosovich TY,Gray T,et al.Human and avian influenza viruses target different cell types in cultures of human airway epithelium[J]. Proc Natl Acad Sci U S A,2004,101(13):4620-4624
[4]Shriver Z,Trevejo JM,Sasisekharan R. Antibodybased strategies to prevent and treat influenza. Front Immunol,6:315. doi: 10.3389/ fimmu. 2015.00315
[5]張偉,王承宇,楊松濤,等.流感病毒的分子生物學(xué)研究進(jìn)展[J].中國(guó)比較醫(yī)學(xué)雜志,2010,20(4):74-79
[6]World Organization for Animal Health,Chapter 2.7.12.Avian influenza in Manual of Diagnostic Tests and Vaccines for Terrestrail Animals(2004),http://www.oie.int/eng/norms/mmanual/A_00037.htm
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2095-9923(2016)-04