甲型流感病毒宿主適應(yīng)的分子基礎(chǔ)及其相關(guān)宿主因子的研究進(jìn)展

孫婷婷，岑山，王靜

綜 述

甲型流感病毒宿主適應(yīng)的分子基礎(chǔ)及其相關(guān)宿主因子的研究進(jìn)展

孫婷婷，岑山，王靜

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)藥生物技術(shù)研究所，北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院醫(yī)藥生物技術(shù)研究所，北京 100050

甲型流感病毒宿主廣泛，傳染性強(qiáng)，可引起人畜共患病，嚴(yán)重威脅人類健康和公共衛(wèi)生安全。甲型流感病毒可以通過基因突變和基因重配等機(jī)制不斷變異，如果新毒株打破宿主限制獲得在人類傳播的能力，有可能造成流感大流行。理解流感病毒突破種間屏障的遺傳學(xué)基礎(chǔ)和分子機(jī)制，是科學(xué)界亟待解決的問題，對有效監(jiān)控和預(yù)防潛在流感大爆發(fā)的具有重要的提示作用。本文對目前研究流感病毒宿主適應(yīng)的分子決定因素展開了綜述，著重介紹了病毒本身的遺傳變異以及和病毒相互作用的宿主因子的作用，以便為應(yīng)對下次流感大流行做好理論儲(chǔ)備，為抵抗流感尋找新策略。

甲型流感病毒；跨種傳播；宿主適應(yīng)；分子基礎(chǔ)；宿主因子

甲型流感病毒(influenza A virus，IAV)是一種嚴(yán)重影響人類健康和家禽業(yè)的主要病原體，具有廣泛的宿主適應(yīng)性，能夠感染包括野禽、豬、蝙蝠和人類等多種宿主[1]。甲型流感病毒是一種有包膜的單股負(fù)鏈RNA病毒，屬于正黏病毒科，其基因組包含8個(gè)片段(聚合酶酸性蛋白(polymerase acid protein，PA)、聚合酶喊性蛋白1(polymerase basic protein 1，PB1)、聚合酶堿性蛋白2(polymerase basic protein 2，PB2)、血凝素(hemagglutinin，HA)、核蛋白(nucleoprotein，NP)、神經(jīng)氨酸酶(neuraminidase，NA)、基質(zhì)蛋白(matrix, M)、非結(jié)構(gòu)蛋白(nonstructural proteins，NS))，可以編碼至少16種蛋白[2]。IAV的兩個(gè)主要表面蛋白HA和NA，被用來根據(jù)其序列相似性對IAV亞型進(jìn)行分類，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了18種HA和11種NA亞型。其中，H1～16和N1～9亞型主要在禽類中流行[3]，但也會(huì)感染豬等動(dòng)物；H17N10和H18N11亞型流感病毒目前僅在蝙蝠中發(fā)現(xiàn)。IAV的遺傳多樣性是由基因突變以及基因重配事件決定的，基因突變是病毒由于缺乏校對功能容易在復(fù)制或轉(zhuǎn)錄過程中出錯(cuò)而發(fā)生的遺傳變異，基因重配則是具有不同遺傳背景的病毒共同感染同一宿主細(xì)胞，病毒片段發(fā)生隨機(jī)交換，從而產(chǎn)生新亞型毒株，因此當(dāng)禽流感病毒(avian influenza virus，AIV)變體獲得傳播到水生或陸生哺乳動(dòng)物的能力時(shí)，會(huì)發(fā)生跨物種傳播[4]。雖然打破跨物種屏障是困難的，但隨著AIV儲(chǔ)庫的擴(kuò)大，發(fā)生的可能性也隨之增高。世界衛(wèi)生組織報(bào)告顯示，2003～2023年期間全球感染H5N1有874例，其中458例死亡[5]。了解IAV宿主特異性的遺傳學(xué)基礎(chǔ)和分子機(jī)制，探討跨種傳播的形成，可以為應(yīng)對未來流感的大流行做準(zhǔn)備。

流感病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后，病毒基因組被釋放到宿主細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，隨后被輸送到細(xì)胞核中，在細(xì)胞核中進(jìn)行基因組的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制，新合成的病毒核糖核蛋白(viral ribonucleoprotein，vRNP)復(fù)合物被輸送到細(xì)胞質(zhì)中，隨后轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜上完成組裝和出芽釋放過程[6]，具體過程見圖1。流感病毒的順利復(fù)制依賴于病毒與宿主之間大量的相互作用，由于不同宿主間細(xì)胞結(jié)構(gòu)及宿主因子的角色或表達(dá)模式的差異造成了流感病毒跨物種傳播障礙，這也推動(dòng)了流感病毒在宿主適應(yīng)性上的進(jìn)化[7]。本文將就流感病毒對人類宿主適應(yīng)性進(jìn)化的分子基礎(chǔ)及其相關(guān)宿主遺傳因素在該過程中的作用進(jìn)行綜述。

圖1 甲型流感病毒生命周期與宿主遺傳因素

1 病毒表面蛋白

1.1 HA蛋白

流感病毒想要進(jìn)入宿主細(xì)胞，需要病毒的HA蛋白和唾液酸受體(sialic acid, SA)結(jié)合，這是第一個(gè)需要克服的物種屏障。唾液酸是一個(gè)帶負(fù)電荷的具有共同九碳骨架的單糖家族,大多通過糖苷鍵連接在細(xì)胞表面糖蛋白和糖脂的較大聚糖的末端。物種間唾液酸化糖綴合物的結(jié)構(gòu)差異決定了流感病毒易感的物種特異性。來自人類流感病毒的HA可以較好地識別α-2，6連接的唾液酸受體，而來自禽類的HA對α-2,3連接的唾液酸受體表現(xiàn)出更高的結(jié)合親和力[8]。這種識別模式與SA在人體組織中的分布相關(guān)，在人類中α-2,6受體主要表達(dá)在沿上呼吸道的纖毛上皮細(xì)胞上，而α-2,3受體主要存在于下呼吸道，這解釋了為什么禽流感病毒通常不能感染人類[9]。相比之下，豬的氣管同時(shí)存在α-2,3和α-2,6受體，正是因?yàn)樨i的這種特性，使它容易感染人類和禽類病毒，這就導(dǎo)致豬可以成為一個(gè)混合容器，能夠通過不同來源的親代病毒的重新組合產(chǎn)生新的病毒。研究發(fā)現(xiàn)，除了唾液酸糖苷鍵之外，唾液酸變體、唾液酸化糖的長度、唾液酸化糖內(nèi)Gal-GlcNAc連接的糖苷鍵以及唾液酸化糖內(nèi)GlcNAc的硫酸化/巖藻酸化都會(huì)影響流感病毒與唾液酸受體的結(jié)合特性，從而間接影響流感病毒的宿主特異性[10]。

有研究揭示了HA及其相應(yīng)的唾液酸受體之間的相互作用模式[4]。受體結(jié)合位點(diǎn)(receptor binding site, RBS)是人類適應(yīng)的HA與α-2，6 唾液酸受體連接的基礎(chǔ)，禽類RBS中的幾個(gè)適應(yīng)性突變是引起結(jié)合特異性的開關(guān)，例如H1 HA中的E190D/G225D和A138S，以及H2和H3亞型中HA中的Q226L/G228S[11]。這些突變增加了與人類受體的結(jié)合親和力，而降低了與禽類受體的結(jié)合。高致病性的H7N9禽流感病毒的HA蛋白雖然還是更易與禽類受體結(jié)合，但也獲得了與人類受體結(jié)合的能力[12]。這種變化在安徽-H7N9病毒中表現(xiàn)得尤為明顯，它在RBS上存在四個(gè)突變，即S138A、G186V、T221P和Q226L，這是受體結(jié)合偏好變化的原因[11]。對于H5N1病毒，雖偏向結(jié)合禽類受體但也會(huì)引起人類感染，可能是因?yàn)榈?26和228位的HA突變，這也是引起空氣傳播的原因[13]。與病毒宿主適應(yīng)性有關(guān)的遺傳變異位點(diǎn)總結(jié)于表1?？傮w而言，到目前為止，典型的AIV毒株還沒有在人類之間獲得傳播性，但不能排除禽流感病毒突破這一障礙的可能性，特別是多種遺傳類型的HA可以在哺乳動(dòng)物模型系統(tǒng)中獲得空氣傳播能力[14]。

表1 流感病毒適應(yīng)性進(jìn)化的病毒遺傳變異

1.2 NA蛋白

與HA相似，NA是另一種主要的病毒表面糖蛋白，由一個(gè)球形頭部和一個(gè)莖結(jié)構(gòu)域組成的同源四聚體，具有唾液酸酶的活性，負(fù)責(zé)從細(xì)胞表面裂解唾液酸以促進(jìn)后代病毒顆粒的釋放[15]。來自于家禽的IAV是短莖長的NA，這被推測為與連接唾液酸受體的短糖長度相匹配[16]。有人提出，HA的SA結(jié)合和NA的唾液酸酶活性之間的功能平衡是參與IAV宿主適應(yīng)性的關(guān)鍵因素[17]。有研究報(bào)道，NA的抗體壓力會(huì)引起HA的突變，改變與受體的親和性，有利于HA的進(jìn)化，幫助病毒逃逸[18]。有趣的是，在一些NA上發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)HA結(jié)合位點(diǎn)，有助于它們的血吸附(hemadsorption，Hd)活性。這種Hd位點(diǎn)最初被認(rèn)為是正面調(diào)節(jié)NA的催化活性，但最近對來自H7N9病毒的NA蛋白的表征表明，它的存在可能允許增強(qiáng)受體結(jié)合，特別是與人類類似的α-2,6連接的唾液酸[19]。但關(guān)于Hd位點(diǎn)是否是促進(jìn)H7N9病毒感染人類的遺傳因素還有待確定。

2 聚合酶蛋白

RNA依賴的RNA聚合酶是病毒基因組轉(zhuǎn)錄和復(fù)制的核心成分，也是IAV適應(yīng)新宿主過程中需要克服的一個(gè)關(guān)鍵障礙。它由PB1、PB2和PA組成，與病毒的RNA和NP共同形成vRNP[20]。

2.1 PB2蛋白

PB2包括2316個(gè)核苷酸，其編碼的蛋白質(zhì)是RNA聚合酶中最大的亞基，有759個(gè)氨基酸，主要負(fù)責(zé)與宿主前mRNA帽結(jié)構(gòu)結(jié)合，是決定IAV毒力和致病性的主要遺傳因素[21]。PB2的多個(gè)點(diǎn)突變被證明在促進(jìn)禽流感病毒向哺乳動(dòng)物宿主適應(yīng)過程中發(fā)揮重要作用，其中以PB2蛋白中的E627K和D701N的適應(yīng)性突變最具代表性[22]。有人認(rèn)為1918年大流行的流感病毒可能在大流行的早期獲得了E627K的突變[23]。1957年的H2N2和1968年的H3N2大流行病毒保留了這一遺傳變異，表明這些病毒有一個(gè)含有1918年大流行病毒的PB2基因的重配基因組。同樣，據(jù)報(bào)道，PB2蛋白中的D701N突變將H5N1病毒的宿主范圍擴(kuò)大到人類[24]。此外有研究表明在歐洲豬群中流通的大多數(shù)禽類H3N2病毒株都擁有PB2蛋白中的701N[25]。其他突變，包括PB2中的T271A[26]、G590S和Q591R[27]，也被認(rèn)為與決定IAV宿主范圍有關(guān)。

A型流感病毒在改變其宿主嗜性以適應(yīng)新的宿主類型過程中離不開病毒自身蛋白和宿主遺傳因素的共同作用，現(xiàn)將宿主因子的相關(guān)作用總結(jié)于圖1及表2。研究顯示流感病毒的跨種傳播需要病毒聚合酶對宿主importin-α的適應(yīng)。importin-α是一種適配蛋白，介導(dǎo)了經(jīng)典的核輸入途徑，通過識別貨物蛋白的核定位信號(nuclear localization sequence, NLS)，并與importin-β受體以三元復(fù)合物的形式將其運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞核。不同的importin-α亞型可幫助禽流感病毒和人流感病毒實(shí)現(xiàn)有效的病毒復(fù)制，禽類病毒更依賴importin-α3，而人類病毒則顯示出對importin-α7的依賴[28]。2009年H1N1大流行的IAV則顯示出對importin-α3和importin-α7的雙重依賴，可能此時(shí)正在進(jìn)行病毒宿主適應(yīng)[29]。與病毒復(fù)制數(shù)據(jù)一致，發(fā)現(xiàn)禽和人流感病毒的PB2蛋白分別優(yōu)先與importin-α3和importin-α7結(jié)合[28]。研究發(fā)現(xiàn)具有禽型聚合酶特征(PB2 627E和701D)的高致病性禽流感，可能是通過NF-κB誘導(dǎo)增加Importin-α3 mRNA的表達(dá)。相反，那些具有人型聚合酶特征(PB2 627K和701N)的高致病性禽流感，以一種未知的機(jī)制顯著降低importin-α3 mRNA的表達(dá)水平[30]。PB2的D701N突變和NP的D319K突變增強(qiáng)了其importin-α7之間的相互作用[28]，這些都表明病毒聚合酶通過增強(qiáng)其與宿主importin-α的相互作用來提高禽流感病毒在人類細(xì)胞的復(fù)制能力。

表2 流感病毒適應(yīng)性進(jìn)化的宿主遺傳因素

宿主ANP32A是酸性核磷蛋白家族成員，在促進(jìn)流感病毒基因的復(fù)制中發(fā)揮重要作用，ANP32A的物種差異決定了病毒RNA聚合酶的宿主特異性。ANP32蛋白具有保守的N端結(jié)構(gòu)，由富含亮氨酸的重復(fù)序列和由60%～75%谷氨酸或天冬氨酸組成的C端低復(fù)雜性酸區(qū)組成，其中獨(dú)特的33個(gè)氨基酸只存在于禽類(大鼠除外) ANP32A中，哺乳動(dòng)物ANP32A中缺少該氨基酸序列。當(dāng)雞源ANP32A (chANP32A)中刪除這33個(gè)氨基酸時(shí)，不能支持禽類流感病毒聚合酶活性。而在人源ANP32 (huANP32)插入這一序列，使huANP32A或huANP32B獲得支持禽類病毒聚合酶的能力[31]。還有研究發(fā)現(xiàn)人類ANP32A和ANP32B是決定病毒聚合酶活性和病毒復(fù)制的關(guān)鍵宿主因子，只有同時(shí)敲低ANP32A和ANP32B，病毒的聚合酶活性被阻斷，單獨(dú)敲除并不影響病毒的聚合酶活性[32]。相似的研究顯示，在人類細(xì)胞中表達(dá)chANP32A可挽救禽流感病毒的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制，當(dāng)PB2發(fā)生E627K適應(yīng)性突變時(shí)，可使流感病毒利用人類細(xì)胞中的ANP32蛋白進(jìn)行病毒基因復(fù)制[22]。有研究發(fā)現(xiàn)，豬作為一個(gè)“混合容器”，它的ANP32A蛋白和其他哺乳動(dòng)物的ANP32A不同，具有獨(dú)特的106V/156S特征，這種特征使得其可以與禽流感聚合酶結(jié)合，進(jìn)而促進(jìn)禽流感病毒復(fù)制[33]。

DDX17屬于DEAD-box解旋酶家族，是一類依賴ATP的RNA解旋酶分子，可以異源二聚并催化RNA解離和重排。DDX17促進(jìn)了人類適應(yīng)性(PB2 627K)H5N1病毒mRNA和vRNA在人類細(xì)胞中的合成。同樣，雞的DDX17同源物也需要在雞的DF-1成纖維細(xì)胞中進(jìn)行有效的禽類(PB2 627E)H5N1感染，表明這種保守的病毒-宿主互作有助于流感病毒的PB2依賴性宿主物種特異性，并最終影響人類高致病性禽流感感染的結(jié)果[34]。

2.2 PB1蛋白

PB1蛋白是RNA聚合酶的核心亞基，具有聚合酶活性，負(fù)責(zé)催化新合成RNA鏈的延伸。據(jù)報(bào)道，禽類和人類流感病毒之間PB1的重新組合促進(jìn)了1957年H2N2和1968年H3N2流感大流行的出現(xiàn)[35]。PB1中自然發(fā)生的S216G突變降低了病毒復(fù)制的保真性和毒力，促進(jìn)了對人類的適應(yīng)，造成2009年H1N1流感大流行[36]。此外，最近從野鳥身上獲得了8種禽源H3N8病毒，這些病毒都存在PB1蛋白的S524G突變。有趣的是，其中的三種病毒可以在沒有事先適應(yīng)的情況下在豚鼠()中表現(xiàn)出有效的直接接觸傳播[37]，這表明這些禽源性H3N8病毒突變體增加了傳播和感染風(fēng)險(xiǎn)。PB1基因除編碼PB1蛋白外，還編碼PB1-F2蛋白。研究表明，高致病性IAV毒株(如H5N1病毒)的PB1基因，編碼一個(gè)相對較長的PB1-F2多肽，包括大約90個(gè)氨基酸[38]。相反，低致病性IAV毒株的PB1-F2蛋白表達(dá)的多肽稍短一些[38]。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了PB1基因?qū)τ贗AV的種間傳播和適應(yīng)的重要性。

2.3 PA蛋白

PA蛋白具有核酸內(nèi)切酶功能，主要負(fù)責(zé)前mRNA帽結(jié)構(gòu)的剪切過程[39]。PA蛋白也被認(rèn)為與IAV宿主適應(yīng)性有關(guān)，如PA中的氨基酸突變T522S與1918年流感大流行有關(guān)，促進(jìn)了 1918 年禽流感病毒從禽類到人的傳播[23]。研究發(fā)現(xiàn)，PA的E349G和T97I突變對哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的病毒聚合酶活性有積極影響，從而使宿主適應(yīng)性偏向人類[40]。不同RdRp亞基和NP蛋白突變會(huì)產(chǎn)生協(xié)同作用，以增強(qiáng)人類適應(yīng)能力。Gabriel等[41]報(bào)道PB2、PA和NP的突變，即PB2 701N和714R，PA 615N和NP 319K，協(xié)同增強(qiáng)H7N7聚合酶活性，使之能夠在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中有效復(fù)制。PB2 D701N和NP D319K突變之間的聯(lián)合作用在其他研究中得到了證實(shí)[28]，但這些遺傳變異在增強(qiáng)AIV哺乳動(dòng)物適應(yīng)性方面的協(xié)同作用的分子機(jī)制尚未完全闡明。另外，Jagger等[42]表明PA中的核糖體移碼會(huì)產(chǎn)生表達(dá)252個(gè)氨基酸的第二個(gè)開放閱讀框(open reading frame, ORF)，稱為PA-X多肽。所有報(bào)道的IAV基因組中大約75%表達(dá)了全長PA-X多肽，而只有25%表達(dá)了只有232個(gè)密碼子的截短體。值得注意的是，PA-X多肽的截短體主要存在于2009年大流行病毒的豬IAV毒株中，以及一小部分存在2009年大流行病毒出現(xiàn)的豬H3N2和豬H1N2病毒[43]。有研究證明，PA-X R195K在所有人H7N9和H1N1/2009病毒中都存在，在H1N1/2009年H1N1/2009病毒中，195K比195R具有復(fù)制優(yōu)勢。相比之下，PA-X 195K對H9N2 AIV在雞體內(nèi)的毒力沒有影響，表明該替代的作用是哺乳動(dòng)物特有的，PA-X 195K可能導(dǎo)致了H7N9、H5N6和H1N1/2009病毒從動(dòng)物宿主向人類的跨物種傳播[44]。

3 NP蛋白

NP是IAV感染細(xì)胞中表達(dá)最豐富的蛋白質(zhì)[45]，在病毒復(fù)制與宿主適應(yīng)中有重要作用。研究顯示NP的N319K突變能夠增強(qiáng)vRNP與人源importin-α1的結(jié)合，增加vRNP的入核效率，進(jìn)而促進(jìn)了禽流感病毒對哺乳動(dòng)物的適應(yīng)[46]。Zimmermann等[47]提出，人類中干擾素誘導(dǎo)的抗病毒蛋白MxA會(huì)限制種間IAV從禽類儲(chǔ)庫向人類的傳播，然而，IAV的適應(yīng)性突變會(huì)使它們能夠逃避MxA的限制，從而促進(jìn)種間傳播。例如，他們證明了2009年大流行的流感病毒NP的適應(yīng)性突變使病毒能夠逃避MxA的限制，而在IAV的宿主特異性中發(fā)揮了重要作用[47]。

4 M蛋白

M基因可編碼三種蛋白：M1、M2和M42。M1基質(zhì)蛋白是流感病毒顆粒中含量最高的IAV蛋白，直接在脂膜下面形成一層薄薄的膜[48]。M2為離子通道蛋白，兩者在病毒侵入、子代病毒組裝及釋放過程中起著關(guān)鍵作用[40]。來自不同地域及不同宿主的多種流感病毒的M基因進(jìn)化分析結(jié)果顯示相比于流感病毒其他蛋白，M1和M2蛋白的進(jìn)化速度是較慢的[51]。感染人類的高致病性禽流感病毒H5N6中有40%攜帶H9N2病毒衍生的內(nèi)部基因，源自H9N2病毒的M1蛋白能夠提高H5N6病毒在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的復(fù)制能力，其中宿主GNB1蛋白是H5N6病毒跨物種感染的宿主遺傳因素[52]。GNB1是G蛋白家族的β亞單位，在調(diào)控跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方面發(fā)揮著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，敲低GNB1會(huì)降低來源于H9N2病毒的M1蛋白和HA蛋白之間的結(jié)合，因此GNB1蛋白可以促進(jìn)哺乳動(dòng)物細(xì)胞中來源于H9N2病毒的M1蛋白和HA蛋白的相互作用[52]。GNB1在流感病毒顆粒組裝和釋放中也發(fā)揮作用，GNB1基因敲除減少了流感VLP的釋放，也顯著降低了擁有H9N2 M1蛋白的H5N6的病毒滴度[52]。此外，還有研究表明GNB1通過與聚合酶亞基相互作用并促進(jìn)PB2的核輸入來調(diào)節(jié)病毒復(fù)制[53]。

5 NS蛋白

以干擾素(interferon, IFN)為中心的先天免疫反應(yīng)是抵御病毒感染的第一道防線，病毒通過NS1蛋白來突破這道防線。非結(jié)構(gòu)(NS)基因編碼三種蛋白質(zhì)：NS1、NS2或核輸出蛋白(nuclear export protein, NEP)和NS3。NS1是一種多功能的非結(jié)構(gòu)蛋白，在IAV感染后的宿主細(xì)胞中高表達(dá)[54]。NS1通過抑制干擾素和其他宿主抗病毒蛋白來抑制宿主抗病毒反應(yīng)[55]。自然發(fā)生的多個(gè)NS1突變(包括D92E，P42S和80-84位殘基缺失)都被證明與增強(qiáng)的病毒復(fù)制和病原性相關(guān)。NS2是IAV病毒粒子的結(jié)構(gòu)成分，具有介導(dǎo)M1蛋白與vRNP復(fù)合體結(jié)合，促進(jìn)vRNP從宿主細(xì)胞核輸出等方面的作用[56]。NS2蛋白C-末端結(jié)構(gòu)域的三個(gè)高度保守的氨基酸殘基(包括M16I、Y41C和E75G)的適應(yīng)性突變可以在34℃增強(qiáng)人源的高致病性H5N1病毒的聚合酶活性。這些突變導(dǎo)致H5N1病毒在較低溫度下在人類上呼吸道高效復(fù)制，從而促進(jìn)H5N1病毒對哺乳動(dòng)物的適應(yīng)[57]。Selman等[58]發(fā)現(xiàn)在從禽跨種傳播到哺乳動(dòng)物宿主的一些流感病毒中表達(dá)一種新的NS1蛋白變體NS3，它是由于在A374G核苷酸替換(GAT到GGT)時(shí)激活了一個(gè)新的供體剪接位點(diǎn)而表達(dá)的。此外，該突變位點(diǎn)(D125G)在包括1997年H5N1和1999年H9N2病毒等33個(gè)野生IAV株中被發(fā)現(xiàn)，其與宿主從各種禽類跳躍到豬、人和狗有關(guān)[59]，這表明NS3的表達(dá)可能與IAV的種間傳播和適應(yīng)有關(guān)。最近有研究顯示NS3能通過抑制宿主抗病毒蛋白PKR活性來增強(qiáng)哺乳動(dòng)物系統(tǒng)中的病毒復(fù)制和致病性[60]。

6 結(jié)語與展望

對于流感病毒的高突變率，預(yù)測可能出現(xiàn)的流感突變株及與突變相關(guān)的功能改變，是一種預(yù)防和控制流感大流行的有效方法。人們?yōu)榇碎_發(fā)了多種方法來預(yù)測流感病毒的基因和抗原演變。Rouzine等[61]在通過將標(biāo)準(zhǔn)流行病學(xué)方法與現(xiàn)代病毒進(jìn)化理論相結(jié)合，預(yù)測了長期交叉免疫、病毒抗原多樣性、病毒進(jìn)化速度、感染率之間的關(guān)系。將這些理論發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于現(xiàn)有的流感病毒數(shù)據(jù)，對已有流感預(yù)測模型進(jìn)行優(yōu)化和確定[62]，實(shí)現(xiàn)從基因組數(shù)據(jù)中預(yù)測流感的進(jìn)化。Yin等[63]利用遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(recursive neural network, RNN)來預(yù)測下一季度潛在流行流感病毒。深度突變掃描(deep mutational scanning, DMS)是蛋白質(zhì)科學(xué)的一種相對新穎的形式，它可以對病毒基因或基因組中的每個(gè)核苷酸進(jìn)行深入的功能分析，揭示重要區(qū)域、靈活性和突變潛力。多個(gè)研究組利用DMS技術(shù)對流感病毒突變及其關(guān)鍵表型進(jìn)行研究，例如HA蛋白突變對抗體中和作用的影響，抗病毒選擇壓力下的IAV抗性突變、宿主適應(yīng)性的遺傳變異及病毒對先天免疫反應(yīng)敏感性的決定因素分析等[64,65]。通過深度突變掃描發(fā)現(xiàn)的許多逃逸變異病毒可能存在其他適應(yīng)性缺陷，如傳播性降低，從而限制了它們在人類中出現(xiàn)和傳播的能力。隨著近幾年新冠病毒的大流行，研究人員利用DMS等技術(shù)較為系統(tǒng)的描述了新冠病毒變異與關(guān)鍵表型之間的關(guān)聯(lián)性[66,67]。這些技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用也可以進(jìn)一步促進(jìn)流感病毒變異與功能改變的關(guān)系研究，幫助人們更好地了解流感和其他抗原可變病毒逃避免疫及跨種傳播的復(fù)雜性。

流感病毒的跨種傳播，一方面和病毒基因上相關(guān)位點(diǎn)的遺傳變異有關(guān)，另一方面，一些參與病毒生命周期的宿主因子與病毒之間的相互作用也會(huì)導(dǎo)致流感的跨種傳播。除此之外，也和環(huán)境和生理因素有關(guān)，如宿主細(xì)胞表面PH值的不同，與病毒表面HA蛋白的融合效率也會(huì)不同。雖然流感病毒進(jìn)化的分子機(jī)制已闡明一部分，但流感病毒跨種傳播的研究缺乏對宿主適應(yīng)性變化原因規(guī)律的整體把握，且不同亞型流感病毒改變宿主嗜性的分子機(jī)制并不相同，因此該部分的研究工作有待進(jìn)一步深入。了解流感病毒宿主適應(yīng)性的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，可以提高針對未來流行病來源及性質(zhì)的預(yù)測能力，依據(jù)跨種傳播的具體發(fā)生機(jī)制來采取應(yīng)對措施，同時(shí)還將揭示流感病毒與宿主間互作的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)及機(jī)制，促進(jìn)研發(fā)新的治療方法和抗病毒策略，為下次流感的大流行做好準(zhǔn)備。

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Progress on viral and host determinants of influenza A virus species specificity

Tingting Sun, Shan Cen, Jing Wang

Influenza A viruses have a wide range of hosts and are highly infectious, which can cause zoonotic diseases and pose a serious public health threat to human safety. An influenza pandemic could outbreak if new strains gain the ability of human-to-human transmission, either by genetic mutation or by gene reassortment. It is an urgent issue for the scientific community to reveal the genetic basis and molecular mechanisms underlying the interspecies transmission of influenza viruses, which will provide important implications for the effective monitoring and prevention of potential influenza pandemics. In this review, we summarize the molecular determinants of influenza viruses for host adaptation, and highlight the advances in the gene mutations of the virus itself and the interaction between virus and host factors. This will help to make a theoretical reserve for the next influenza pandemic and find new strategies to fight against influenza.

influenza A virus; interspecies transmission; host adaptation; molecular basis; host factors

2023-06-26;

2023-08-25;

2023-09-20

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(編號：81971950)和中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目(編號：2021-I2M-1-038)資助[Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 81971950),and CAMS Innovation Fund for Medical Sciences (No. 2021-I2M-1-038)]

孫婷婷，碩士研究生，專業(yè)方向：微生物與生化藥學(xué)。E-mail: 1165852674@qq.com.

王靜，博士，副研究員，研究方向：病毒學(xué)基礎(chǔ)研究和藥物應(yīng)用。E-mail: jingwang@imb.pumc.edu.cn

岑山，博士，研究員，研究方向：病毒學(xué)基礎(chǔ)研究和藥物應(yīng)用。E-mail: shancen@imb.pumc.edu.cn

10.16288/j.yczz.23-173

(責(zé)任編委: 謝建平)