受體結(jié)合特性和表面糖蛋白在A型流感病毒致病性和跨種間傳播中的作用

于輝，苗連葉

（1.河南省動物衛(wèi)生監(jiān)督所，河南鄭州450008；2.河南省動物疫病預(yù)防控制中心）

受體結(jié)合特性和表面糖蛋白在A型流感病毒致病性和跨種間傳播中的作用

于輝1，苗連葉2

（1.河南省動物衛(wèi)生監(jiān)督所，河南鄭州450008；2.河南省動物疫病預(yù)防控制中心）

盡管A型流感病毒有很多種亞型，但僅是有限的病毒亞型能夠跨種間傳播。到目前為止，只有H1、H2、H3、H5、H7和H9亞型的流感曾經(jīng)感染過人群。評價一種流感病毒是否具有大流行潛力，該流行毒株需要具備3個基本條件：①人類缺乏對該類病毒的免疫力；②病毒具有一定致病性；③病毒具有高效的水平傳播能力。然而到目前為止，僅有人流感病毒中的3種亞型流感（H1-H3）具有了以上三個基本條件，在人群中持續(xù)流行了100多年。這其中包括1918年的H1N1流感、1957年的H2N2流感、1968年的H3N2流感、1977年的H1N1流感和2009年的H1N1/2009流感。雖然禽流感中的H5、H7、H9亞型流感曾經(jīng)感染過人，但沒在人群中造成人與人之間的高效傳播。影響流感病毒從一種宿主傳播到另一種宿主的原因包括病毒自身的特性和季節(jié)、周圍環(huán)境及宿主限制性等。所以怎樣預(yù)測一種新的流感病毒是否具有流行的潛力顯得尤其重要，研究A型流感病毒致病性和跨種間傳播的分子基礎(chǔ)迫在眉睫。

1 受體結(jié)合特性對流感病毒致病性和傳播特性的影響

A型流感病毒對宿主致病性和跨種間傳播特性是由多個基因和多種因素共同決定的，但血凝素HA起了非常重要的作用。病毒首先通過HA與細胞膜上的特異性受體結(jié)合，吸附于細胞表面，這是病毒感染宿主的第一步。宿主細胞上常見的流感病毒受體有兩種，一種為末端含有唾液酸α-2,6半乳糖苷（SAα2,6Gal）的受體，另一種為末端含有唾液酸α-2,3半乳糖苷（SAα2,3Gal）的受體。研究表明，在人的鼻腔黏膜、咽喉、氣管及支氣管的上皮細胞主要分布的是SAα2,6Gal受體，而在細支氣管細胞上則分布的主要是SAα2,3Gal受體；在野鴨腸道和馬呼吸道的黏膜細胞里唾液酸以α2,3Gal結(jié)合方式存在；豬的上呼吸道黏膜細胞中，α2,3Gal和α2,6Gal兩種結(jié)合方式的唾液酸都存在。HA受體結(jié)合位點與宿主細胞唾液酸受體種類在很大程度上決定了病毒的宿主范圍和組織嗜性。人流感病毒優(yōu)先與帶有唾液酸α-2,6半乳糖（SAα-2,6Gal）的受體結(jié)合，禽流感病毒則優(yōu)先與帶有唾液酸α-2,3半乳糖（SAα2, 3Gal）的受體結(jié)合。大量的研究表明，流感病毒的傳播能力是引起流感大流行的一個必要特性，病毒是否獲得SAα 2,6Gal受體結(jié)合特性是決定病毒能否在人群形成大流行的關(guān)鍵。HPH5、H7亞型禽流感雖然感染了人，但沒有獲得氣溶膠傳播的能力，推測可能的原因是禽流感病毒優(yōu)先結(jié)合的是SAα2,3Gal，不具有結(jié)合SAα-2,6Gal特性。另外，流感病毒HA受體結(jié)合位點附近糖基化的改變也能影響病毒受體結(jié)合特性，Gao等研究又證實，高致病性H5N1病毒HA蛋白160氨基酸從Thr160Ala的突變，病毒由同時識別SAα2,3Gal和SAα2,6Gal受體轉(zhuǎn)變?yōu)橹荒茏R別SAα2, 3Gal受體，受體結(jié)合特性的變化導(dǎo)致了該病毒不能在豚鼠間水平傳播。對人H1亞型流感病毒受體結(jié)合位點研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)先結(jié)合SAα-2,6Gal受體的人H1流感病毒，HA上Gln226,Gly228,Ser186,Asp190和Asp225。重構(gòu)的1918年流感病毒HA上190位氨基酸從Asp190Glu和225位氨基酸從Asp225Gly的突變能夠使突變的1918年流感病毒從結(jié)合SAα-2,6Gal受體轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合SAα2,3Gal受體從而使突變的流感病毒喪失了氣溶膠傳播特性，但另外的研究證實鴨源H1N1禽流感的HA上190位氨基酸從Glu190Asp的突變和225位氨基酸從Gly 225 Asp的突變能夠使HA從結(jié)合SAα2,3Gal轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合SAα-2,6Gal唾液酸受體，但突變的鴨源H1N1禽流感還是不能在雪貂中接觸傳播。并且對于少數(shù)HPH5、H7亞型禽流感雖然既具有結(jié)合SAα 2,3Gal，又具有結(jié)合SAα-2,6Gal特性，但仍沒有獲得氣溶膠傳播表型。這些結(jié)果說明，流感病毒從不能在人群中傳播到高效的人與人之間傳播，僅HA從結(jié)合SAα-2,3Gal轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合SAα-2,6Gal唾液酸受體的特性是不充分的。

2 血凝素HA對流感病毒致病性和傳播特性的影響

雖然大量的研究證實A型流感病毒對宿主的致病性是由多個基因和多種因素決定的，但在對HPH5、H7禽流感研究中發(fā)現(xiàn)HA能否被裂解為HA1和HA2兩部分是病毒感染細胞的先決條件，也是決定病毒致病力的主要因素。核苷酸序列分析表明，毒力突變株要么在HA裂解位點附近丟失糖基化位點，要么在HA裂解位點后面獲得一個額外的精氨酸。如HA易于被切割，則毒株具有較高的致病性；反之，則致病力較低。LPH5亞型禽流感病毒的HA的裂解位點只有少數(shù)的堿性氨基酸，而HPH5流感病毒的HA裂解位點存在多個堿性氨基酸。多個堿性氨基酸的存在使H5亞型流感病毒在禽類各組織臟器中都能很好地復(fù)制，從而導(dǎo)致感染禽類死亡。而LPH5毒株由于不容易侵入細胞，所以不能在宿主的多個器官中復(fù)制，只能在呼吸道與腸道中存在，引起輕微的臨床癥狀。除了在裂解位點引入多個堿性氨基酸能提高流感病毒的毒力以外，H7亞型禽流感病毒在HA基因的裂解位點引入其他基因，如宿主基因或者本身基因也可以導(dǎo)致H7亞型流感病毒變?yōu)楦咧虏⌒圆《尽?/p>

3 神經(jīng)氨酸酶NA對流感病毒致病性和傳播特性的影響

NA為唾液酸，位于病毒嚢膜表面，是流感病毒的一種重要糖蛋白。在病毒吸附到宿主細胞時，識別細胞受體末端的唾液酸殘基并介導(dǎo)病毒進入細胞，并且將病毒從感染細胞表面脫離，完成病毒的出芽成熟并釋放到組織中，并進一步防止病毒在細胞外發(fā)生自身凝集，有利于病毒在組織中的游離和擴散，完成下一個感染周期。

表面糖蛋白NA頸部長度能改變其功能的發(fā)揮。Castrucci等通過改變A/WSN/33病毒的NA頸部長度，發(fā)現(xiàn)其對病毒的感染性起了十分重要的作用。隨著NA頸部長度的增加（0,15,24,38和52aa），病毒在雞胚中的復(fù)制能力隨頸部長度的增加而增強，但在MDCK細胞中的復(fù)制能力沒有改變。NA頸部完全缺失時，病毒只局限在呼吸道細胞中復(fù)制。而對HP H5N1禽流感病毒的復(fù)制能力研究發(fā)現(xiàn)，NA頸部15或20aa的缺失提高了缺失病毒在MDCK細胞上的繁殖能力，并且在MDCK細胞上形成的空斑也明顯比長頸病毒大。而在雞胚中的復(fù)制能力不受影響，即NA頸部的長短并不影響病毒在雞胚中的繁殖性能。

不同病毒在不同研究中表現(xiàn)出來NA長短頸對復(fù)制能力的影響都不盡相同，可能的原因是缺失和增加氨基酸的位置、數(shù)量和組成影響了病毒NA蛋白空間結(jié)構(gòu)的不同，從而影響了病毒的復(fù)制能力。

4 HA/NA動態(tài)平衡對流感病毒致病性和傳播特性的影響

NA的受體解離特性與HA的受體結(jié)合特性是一個動態(tài)平衡，影響了病毒對靶細胞的吸附和釋放，進一步影響病毒的致病性和傳播特性。Hinshaw等通過自然重組將人流感H3N2病毒的NA基因替代鴨流感H2N2病毒的NA基因，得到的重組病毒在鴨體內(nèi)的復(fù)制能力大為降低。Hulse等利用反向遺傳技術(shù)將HP H5N1病毒的NA基因替代LP H5N1病毒的NA基因，發(fā)現(xiàn)重組病毒對雞的致病力明顯增強。這些研究均表明，NA基因?qū)α鞲胁《镜闹虏⌒杂泻艽笥绊憽Ａ硗獾难芯窟€發(fā)現(xiàn)利用反向遺傳技術(shù)將人流感病毒的表面基因HA、NA同時替換禽流感病毒的HA和NA基因，得到六個內(nèi)部基因是禽源而表面基因是人源的重排病毒能夠在雪貂間直接接觸傳播，但不能氣溶膠傳播。利用反向遺傳技術(shù)得到六個內(nèi)部基因是人源而表面基因是禽源的重排病毒亦不能氣溶膠傳播。這說明NA與HA之間的動態(tài)平衡對流感病毒的傳播起重要作用，但還有其他的特性影響著病毒的跨種間傳播。□