A型流感病毒研究進展

鄒積振 程凱慧 陳為京 于志君

摘要從A型流感病毒宿主范圍、病毒結(jié)構(gòu)、病毒蛋白種類及功能、流感大流行、禽流感病毒跨種傳播等方面綜述了目前A型流感病毒研究的最新進展，旨在為今后A型流感病毒的研究提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞A型流感病毒；宿主；病毒蛋白；流感大流行；跨種傳播

中圖分類號S855文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）32-0099-04

Research Progress on Influenza A Virus

ZOU Jizhen1，2， CHENG Kaihui3， CHEN Weijing1*， YU Zhijun1*

（1.Institute of Poultry Science， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan，Shandong 250023；2.Song Village Animal Husbandry and Veterinary Workstation， Weihai，Shandong 264400；3.Dairy Cattle Research Center， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan，Shandong 250132）

AbstractThe recent research progresses on influenza A virus were reviewed from the host range， viral structure， viral protein kinds and functions， influenza pandemic of influenza A virus， and avian influenza viruss crossspecies transmission and other aspects， so as to provide references for the future study about influenza A virus.

Key wordsInfluenza A virus；Host；Viral protein； Influenza pandemic；Crossspecies transmission

流感病毒（Influenza virus，IV）是正黏病毒科（Orthomyxoviridae）家族成員之一，宿主范圍包括禽類、哺乳動物（豬、犬、貓、虎、熊貓、牛、海豹和鯨魚等）和人類，可引發(fā)禽流感、季節(jié)性流感疫情；每年季節(jié)性流感在全世界可以引起25萬～50萬人死亡，僅美國一年就有約3 000～49 000人死于流感病毒感染[1]，此外每隔幾十年還會引發(fā)一次全球流感大流行，嚴重威脅公共衛(wèi)生安全[2]。筆者從A型流感病毒宿主范圍、病毒結(jié)構(gòu)、病毒蛋白種類及功能、流感大流行、禽流感病毒跨種傳播等方面綜述了目前A型流感病毒研究的最新進展，旨在為今后A型流感病毒的研究提供借鑒和參考。

1流感病毒分型和宿主范圍

根據(jù)流感病毒核蛋白（Nucleoprotein，NP）和膜蛋白1（Matrix 1，M1）抗原性的不同，流感病毒分為A、B、C和D 4型。根據(jù)表面糖蛋白血凝素（Hemagglutinin，HA）和神經(jīng)氨酸酶（Neuraminidase，NA）的不同，A型流感病毒（Influenza A virus，IAV）分為18種HA亞型和11種NA亞型[3]。A型流感病毒的感染宿主種類最多，包括人類、哺乳動物和禽類[4]；B型流感病毒（Influenza B virus，IBV）的宿主范圍包括人類和海豹[4-5]；C型流感病毒（Influenza C virus，ICV）的宿主范圍包括人類和豬[6-7]；D型流感病毒（Influenza D virus，IDV）是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種流感病毒，宿主范圍包括牛和豬[3]。A型流感病毒具有感染宿主范圍廣、頻繁在人和動物間引發(fā)流感疫情以及對公共衛(wèi)生安全的威脅最大等特點[8]，對A型流感病毒的研究是目前流感病毒研究領(lǐng)域的熱點之一。

2A型流感病毒的病毒結(jié)構(gòu)

大部分A型流感病毒呈球狀，由包含HA、NA和膜蛋白2（Matrix 2，M2）3種跨膜蛋白的脂質(zhì)雙分子層組成病毒的外殼；M2蛋白數(shù)量較少，一個流感病毒粒子只有16～20個M2蛋白；HA和NA為突出病毒表面的糖蛋白，其中 HA約占跨膜蛋白總量的80%，NA約占跨膜蛋白總量的17%。病毒的外殼下面是病毒的M1蛋白，M1蛋白下層連有包含病毒基因組的病毒核糖核蛋白（Viral ribonucleoproteins，vRNPs）。病毒基因組是分節(jié)段的，由8個單鏈負義的病毒RNA（vRNA）組成。vRNPs由vRNA、NP和少量出核轉(zhuǎn)運蛋白（Nuclear export protein，NEP）、堿性聚合酶蛋白2（Polymerase basic protein 2，PB2）、堿性聚合酶蛋白1（Polymerase basic protein 1，PB1）和酸性聚合酶蛋白（Polymerase acidic protein，PA）組成，其中vRNA由NP和NEP包裹，而vRNA的另一端則連有PB2、PB1和PA 3種聚合酶蛋白[9-10]。

3A型流感病毒的病毒蛋白種類

A型流感病毒的病毒基因組主要編碼11種病毒蛋白，分別命名為PB2、PB1、堿性聚合酶蛋白1-F2蛋白（Polymerase basic protein 1F2，PB1-F2）、PA、HA、NP、NA、M1、M2、非結(jié)構(gòu)蛋白1（Non-structural protein 1，NS1）和NEP [11]。此外，近年來還陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了6個全新的流感病毒蛋白，分別為PB1-N40、PA-X、PA-N155、PA-N182、M42和NS3蛋白，但這些病毒蛋白的功能尚不清楚[12-13]。

4A型流感病毒的病毒蛋白功能

4.1病毒聚合酶蛋白的功能

病毒聚合酶蛋白包括PB2、PB1和PA 3種蛋白。病毒聚合酶蛋白主要在vRNPs入核、病毒復制和轉(zhuǎn)錄過程中發(fā)揮作用[14]。vRNPs需要進入細胞核后才能開啟病毒的轉(zhuǎn)錄和復制過程。通過Crm1依賴途徑，PB2、PB1和PA蛋白上的核定位信號（Nuclear localization signals，NLSs）可與細胞內(nèi)不同類型的核轉(zhuǎn)運蛋白（Karyopherins）結(jié)合，幫助vRNPs進入細胞核內(nèi)部[14]。vRNPs進入細胞核后，病毒聚合酶蛋白開始指導病毒的轉(zhuǎn)錄和復制。PB2、PB1和PA構(gòu)成病毒的RNA，依賴RNA聚合酶（RNA dependent RNA polymerase，RdRp）指導病毒的正義RNA合成和vRNA復制；此外，PB2有核酸內(nèi)切酶活性，PB2結(jié)合到成熟的細胞信使RNA（mRNA）的5′ 甲基化帽上，通過“搶帽機制”從細胞mRNA帽結(jié)構(gòu)的3′ 端切除10～15個核苷酸作為病毒轉(zhuǎn)錄所需的引物，使病毒的mRNA攜帶5′ 帽結(jié)構(gòu)[11]。

4.2病毒HA和NA蛋白的功能

HA蛋白在決定流感病毒抗原性、病毒進入宿主細胞過程等方面起作用，NA蛋白則幫助成熟的子代病毒從宿主細胞表面釋放[15]。

HA蛋白在決定流感病毒抗原性方面起到重要作用。流感病毒的HA上存在抗原決定簇（Antigenic determinant），抗原決定簇是一些能激發(fā)宿主產(chǎn)生抗流感病毒抗體的氨基酸區(qū)域；依據(jù)空間位置不同，抗原決定簇被分成4個區(qū)域：Ca區(qū)、Cb區(qū)、Sa區(qū)和Sb區(qū)；抗原決定簇內(nèi)氨基酸位點發(fā)生變化可導致流感病毒的抗原性發(fā)生改變，其中抗原性變化程度較小的抗原性改變被稱為抗原漂移（Antigenic drift），而抗原性變化程度較大的抗原性改變被稱為抗原轉(zhuǎn)換（Antigenic shift）[16]。除了決定病毒抗原性以外，HA蛋白還介導病毒進入宿主細胞過程。HA前體（HA0）由HA1和HA2 2個亞單位組成，HA1和HA2這2個亞單位之間由二硫鍵相連，其中HA1上包含受體結(jié)合區(qū)，HA2上包含融合肽；流感病毒通過HA1上的受體結(jié)合區(qū)與分布于宿主細胞表面的唾液酸受體結(jié)合，介導病毒與宿主細胞最初的黏附[17]。宿主細胞表面的唾液酸受體分為α（2，3）交聯(lián)唾液酸受體和α（2，6）交聯(lián)唾液酸受體，其中α（2，6）交聯(lián)唾液酸受體被稱為“人型”受體，主要與人流感病毒結(jié)合；α（2，3）交聯(lián)唾液酸受體被稱為“禽型”受體，主要與禽流感病毒結(jié)合。HA與唾液酸受體結(jié)合后，發(fā)生受體-配體介導的內(nèi)吞（Endocytosis）過程，最終使病毒進入宿主細胞。

NA蛋白幫助裝配完成后的子代病毒離開宿主細胞表面。當子代流感病毒出芽后，NA蛋白通過裂解宿主細胞表面糖蛋白與糖脂上唾液酸殘基，分離子代流感病毒HA蛋白與宿主細胞表面的唾液酸受體連接，最終協(xié)助子代流感病毒脫離宿主細胞表面[18]。

4.3病毒M1和M2蛋白的功能

M1蛋白和M2蛋白在vRNPs進入細胞質(zhì)的過程中發(fā)揮作用[15]。侵入宿主細胞后的流感病毒被包含在內(nèi)吞體（Endosome）中。內(nèi)吞體中的低pH液體環(huán)境促使內(nèi)吞體膜與流感病毒囊膜發(fā)生融合后，導致M2離子通道開放，M2離子通道是一種 Ⅱ 型跨膜蛋白，M2離子通道開放會導致流感病毒內(nèi)核發(fā)生酸化；M1蛋白形成流感病毒的外殼并固定vRNPs，而病毒粒子內(nèi)部的酸化環(huán)境導致vRNPs從病毒的M1蛋白上釋放下來，最終進入到細胞質(zhì)中[19-20]。

4.4病毒NS1蛋白和NEP蛋白的功能

病毒NS1蛋白是病毒的干擾素拮抗劑，通過以下2種方式發(fā)揮抗宿主免疫的功能：①NS1蛋白與雙鏈RNA結(jié)合，抑制雙鏈RNA激活蛋白激酶的I型干擾素激活物的活化，拮抗干擾素；②阻止病原體相關(guān)分子模式（Pathogenassociated molecular patterns，PAMPs）識別類維生素A誘導基因1（Retinoid inducible gene-1，RIG-1），抑制刺激干擾素合成的轉(zhuǎn)錄因子活化，拮抗干擾素[21]。NEP則主要介導vRNPs通過CRM1依賴途徑從細胞核中輸出的過程[10]。

4.5病毒PB1-F2蛋白的功能

PB1-F2蛋白由PB1基因+1閱讀框編碼而成，由約90個氨基酸組成。PB1-F2蛋白與線粒體電依賴陰離子通道1及腺嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)運蛋白3相互作用，通過破壞細胞線粒體來誘發(fā)免疫細胞凋亡，從而達到抗宿主免疫的功能[22]。

5流感大流行

人類歷史上共發(fā)生過4次流感大流行疫情，均由A型流感病毒引發(fā)，分別為1918年西班牙流感、1957年亞洲流感、1968年香港流感和2009年甲型H1N1流感，其中以1918年西班牙流感疫情最為嚴重[23]。

5.11918年西班牙流感疫情

1918—1919年，人類流感史上最嚴重的一次流感疫情在全球暴發(fā)，此次流感疫情被稱為1918年西班牙流感。全世界約30%的人口被感染，據(jù)估計死亡人數(shù)為5 000萬至1億[24]。1918年西班牙流感的流感大流行株為H1N1亞型流感病毒，病毒基因組完全來源于禽流感病毒[25]。病毒感染者大多死于繼發(fā)性細菌感染，其次死于病毒性肺炎，患者通常在感染后5 d內(nèi)死亡[26]。1918年西班牙流感疫情的特征如下：①患者死亡率高。通常季節(jié)性流感疫情的死亡率不超過0.1%，然而1918年西班牙流感疫情的死亡率則要高出數(shù)十倍，超過2.5%[23]。②青壯年是1918年西班牙流感疫情的易感人群；在一般的季節(jié)性流感疫情中，15～34歲的青壯年死亡率很低，然而1918年西班牙流感病毒感染青壯年后，青壯年的死亡率明顯提高，與感染季節(jié)性流感病毒相比，青壯年人群感染1918年西班牙流感病毒的死亡率提高約20倍[26-27]。③1918年西班牙流感病毒的毒力很強。季節(jié)性流感病毒的致病性通常很低，對小鼠和獼猴不具有致死性，或者需要較高病毒量才能導致易感動物死亡，然而1918年西班牙流感病毒的致病性卻很高，在試驗條件下將1918年西班牙流感病毒感染小鼠和獼猴后發(fā)現(xiàn)，該病毒對小鼠和獼猴有極強的致病性，甚至可引發(fā)小鼠和獼猴發(fā)病死亡[28-29]。

5.21957年亞洲流感疫情

1957年亞洲流感最先暴發(fā)于我國南方，是由H2N2亞型流感病毒引發(fā)的一次流感大流行疫情。引發(fā)此次流感疫情的流感大流行株的病毒基因組來源于禽流感病毒與人流感病毒，PB1、HA和NA基因來源于禽流感病毒，PB2、PA、NP、M和NS基因來源于人流感病毒。此次流感大流行疫情在全球共造成約110萬人死亡，大流行疫情結(jié)束后，1957年亞洲流感病毒演化成H2N2亞型季節(jié)性流感病毒，在人群中一直循環(huán)至1968年，隨后H2N2亞型季節(jié)性流感病毒從人群中消失[25，30]。

5.31968年香港流感疫情

1968年香港流感疫情最早暴發(fā)于我國香港，是由H3N2亞型流感病毒引發(fā)的20世紀最后一次流感全球大流行。引發(fā)此次流感疫情的流感大流行株的病毒基因組來源于禽流感病毒與人流感病毒，PB1和HA基因來源于禽流感病毒，PB2、PA、NP、NA、M和NS基因來源于人流感病毒。1968年香港流感疫情在全世界共造成約70萬人死亡，隨后1968年香港流感病毒成為季節(jié)性流感病毒并一直在人群中循環(huán)至今，每年在全球各國引發(fā)H3N2亞型季節(jié)性流感疫情[31-32]。

5.42009年甲型H1N1流感疫情

2009年甲型H1N1流感疫情是最近暴發(fā)的一次人間流感大流行疫情。2009年3月開始，墨西哥、美國等地首先報道出現(xiàn)大量流感患者，疑似出現(xiàn)一種新型的流感病毒，隨后該新型流感病毒被實驗室鑒定為2009年甲型H1N1亞型流感病毒；隨后由2009年甲型H1N1流感病毒引發(fā)的甲型H1N1流感疫情迅速席卷全球；2009年6月11日，考慮到甲型H1N1流感疫情已經(jīng)擴散到全球74個國家（或地區(qū)），感染人數(shù)達到2.9萬名，世界衛(wèi)生組織宣布將全球流感大流行警報級別升至最高等級（第6級），同時宣告全球進入人間流感大流行；截至2010年8月，全球共有214個國家（或地區(qū)）暴發(fā)甲型H1N1流感疫情，至少1.8萬人死亡，給全世界造成了巨大損失。目前，2009年甲型H1N1流感病毒已經(jīng)取代2009年之前的H1N1亞型季節(jié)性流感病毒，以新的季節(jié)性流感病毒的形式在人群中廣泛傳播，每年引發(fā)季節(jié)性流感疫情[33-34]。

通過對2009年甲型H1N1流感病毒的基因組進行測序分析發(fā)現(xiàn)，2009年甲型H1N1流感病毒為人流感病毒、禽流感病毒和豬流感病毒3種來源的三源重配病毒。遺傳進化分析發(fā)現(xiàn)，甲型H1N1流感病毒的PB2基因和PA基因來源于禽流感病毒，PB1基因來源于H3N2亞型人流感病毒，HA、NP、NA、M和NS基因來源于豬流感病毒[33]。

研究發(fā)現(xiàn)，2009年甲型H1N1流感病毒對人的致病性以及患者感染該病毒后的臨床癥狀都與2009年之前的季節(jié)性流感病毒基本相同，但與以往的季節(jié)性流感病毒相比，2009年甲型H1N1流感病毒具有2個新特點：第一，人類感染以往的季節(jié)性流感病毒后，感染者中表現(xiàn)出胃腸道癥狀的很少，然而人感染2009年甲型H1N1流感病毒后卻常表現(xiàn)出并發(fā)胃腸道癥狀[25]。第二，季節(jié)性流感病毒的易感人群以老人為主，然而2009年甲型H1N1流感病毒的易感人群卻是青壯年。針對這一現(xiàn)象，有學者推測青壯年患者的數(shù)量多于老年患者是因為老年人大多曾感染過1918年西班牙流感病毒，許多老年人體內(nèi)都有1918年西班牙流感病毒的抗體，而后續(xù)的試驗研究表明1918年西班牙流感病毒與2009年甲型H1N1流感病毒之間存在交叉抗原性（1918年西班牙流感病毒的抗體也能中和2009年甲型H1N1流感病毒），導致老年人對2009年甲型H1N1流感病毒的抵抗能力要強于青壯年，因此2009年甲型H1N1流感病毒的老年患者數(shù)量要遠遠低于青壯年患者[16]；進一步研究發(fā)現(xiàn)，1918年西班牙流感病毒和2009年甲型H1N1流感病毒的HA糖基化位點數(shù)量與季節(jié)性H1N1亞型流感病毒不同，1918年西班牙流感病毒和2009年甲型H1N1流感病毒HA上缺失了多個糖基化位點，這些缺失的糖基化位點有屏蔽HA表面中和位點的功能，因此1918年西班牙流感病毒與2009年甲型H1N1流感病毒的抗原性極其相似，Xu等[16]從抗原性角度解釋了體內(nèi)具有1918年西班牙流感病毒抗體的老年人不容易感染2009年甲型H1N1流感病毒的原因。

45卷32期鄒積振等A型流感病毒研究進展

6禽流感病毒跨種傳播

禽流感病毒（Avian influenza virus，AIV）是一種能夠在禽類的呼吸道和腸道中復制，并能引起禽類呼吸道癥狀的流感病毒。所有AIV都是A型流感病毒；根據(jù)HA和NA的不同，AIV分為16種HA亞型和9種NA亞型；根據(jù)對雞致病性的強弱，AIV可分為高致病性禽流感病毒（Highly pathogenic avian influenza virus，HPAIV）和低致病性禽流感病毒（Low pathogenic avian influenza virus，LPAIV）；Verdugo等[35]研究發(fā)現(xiàn)，除了H5和H7亞型的部分AIV為HPAIV外，其余AIV都是LPAIV。AIV的自然宿主是禽類，AIV一般只感染其自然宿主，然而近年來AIV頻繁跨越種屬障礙感染哺乳動物甚至人類，對公共衛(wèi)生安全構(gòu)成嚴重威脅[36]。1997年在香港暴發(fā)H5N1亞型HPAIV感染人事件，造成18人感染，6人死亡[37]，從2003年開始H5N1亞型HPAIV每年都會引發(fā)新的人感染病例，目前H5N1亞型HPAIV人感染病例已超過800例，死亡率超過50%[38]。2013年在我國上海出現(xiàn)新型H7N9亞型LPAIV感染人病例，引起全球廣泛關(guān)注，目前新型H7N9亞型AIV的感染病例主要集中在我國，總感染病例數(shù)已超過1 200例，死亡率約30%[36]。研究發(fā)現(xiàn)，新型H7N9亞型AIV是一種三源重配病毒，HA基因來源于H7N3亞型AIV，NA基因來源于H4N9或H11N9亞型AIV，PB2、PB1、PA、NP、M和NS基因來源于H9N2亞型AIV[39]。除了H5N1和H7N9亞型AIV能夠感染人以外，近年來還偶見H5N6、H6N1、H7N3、H7N7、H9N2和H10N8等亞型AIV感染人病例[38]。

7展望

近年來，流感疫情頻發(fā)，例如2009年的甲型H1N1流感全球大流行疫情，對公眾健康和公共衛(wèi)生安全構(gòu)成嚴重威脅。盡管目前全球已經(jīng)進入“（大流感）后流行時期”，但甲型H1N1流感病毒并沒有消失，仍以季節(jié)性H1N1亞型流感病毒的形式在人群中傳播，危害公眾健康。與此同時，禽流感疫情也卷土重來，全球各地的禽流感疫情頻頻暴發(fā)，如從2014年至今席卷亞洲、歐洲和北美洲多個國家（或地區(qū)）的H5N2、H5N6和H5N8亞型禽流感疫情，引起疫情的禽流感病毒是一種新出現(xiàn)的2.3.4.4分支H5亞型禽流感病毒，該分支的H5亞型禽流感病毒與之前在家禽中流行的H5亞型禽流感病毒的抗原性差異顯著，給養(yǎng)禽業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。除了感染野鳥和家禽外，禽流感病毒還頻頻跨過種屬障礙，感染多種哺乳動物和人，引發(fā)感染者發(fā)病死亡。目前，已跨種感染人的禽流感病毒主要集中在H5亞型和H7亞型，特別是H5N1亞型高致病性禽流感病毒和H7N9亞型低致病性禽流感病毒，曾在1997年和2013年分別在我國引發(fā)過人感染禽流感疫情；另外，除了H5亞型和H7亞型禽流感病毒外，H6亞型、H9亞型和H10亞型禽流感病毒感染人事件也時有發(fā)生。禽流感病毒跨種傳播事件的頻頻發(fā)生，對公共衛(wèi)生安全提出了新的挑戰(zhàn)。由于引起以上疫情的病原都是A型流感病毒，加強對A型流感病毒尤其是A型流感病毒對哺乳動物的致病機制研究刻不容緩。

開展A型流感病毒對哺乳動物的致病機理研究，將有助于加深對流感病毒致病新表型變異機制的理解和認識，提升應對流感大流行疫情的能力。A型流感病毒對哺乳動物的致病性往往受到不同病毒蛋白上氨基酸突變調(diào)控。據(jù)報道，H7N1亞型和H7N7亞型高致病性禽流感病毒PB2蛋白上的第627位氨基酸殘基如果由谷氨酸突變?yōu)橘嚢彼幔≒B2-E627K），則病毒對小鼠的毒力會顯著增強[40-41]；H6N1亞型低致病性禽流感病毒的PA蛋白上的第97位氨基酸殘基如果由蘇氨酸突變?yōu)楫惲涟彼幔≒A-T97I），則病毒對小鼠的毒力以及病毒的體外和體內(nèi)復制能力會顯著增強[42]。以往的研究表明，不同亞型A型流感病毒對哺乳動物的致病機理并不完全相同，繼續(xù)加強對A型流感病毒致病機理的研究有利于及時發(fā)現(xiàn)新出現(xiàn)的對哺乳動物具有強致病性的A型流感病毒，提高流感病毒跨種傳播監(jiān)測和預警能力。

A型流感病毒在不同宿主之間頻頻發(fā)生跨種傳播的現(xiàn)象，表明A型流感病毒對公共衛(wèi)生安全危害巨大。因此，繼續(xù)加強對A型流感病毒的研究十分必要。開展對A型流感病毒的研究，不僅能豐富關(guān)于流感病原學的知識儲備，也能為科學防控A型流感疫情提供指導與幫助。

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