于輝，苗連葉

（1.河南省動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所，河南鄭州450008；2.河南省動(dòng)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(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所，河南鄭州450008；2.河南省動(dòng)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(guò)人群。評(píng)價(jià)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(gè)基本條件：①人類(lèi)缺乏對(duì)該類(lèi)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(gè)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(guò)人，但沒(méi)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?chē)h(huán)境及宿主限制性等。所以怎樣預(yù)測(cè)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(duì)流感病毒致病性和傳播特性的影響

A型流感病毒對(duì)宿主致病性和跨種間傳播特性是由多個(gè)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(guò)HA與細(xì)胞膜上的特異性受體結(jié)合，吸附于細(xì)胞表面，這是病毒感染宿主的第一步。宿主細(xì)胞上常見(jiàn)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(xì)胞主要分布的是SAα2,6Gal受體，而在細(xì)支氣管細(xì)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(xì)胞里唾液酸以α2,3Gal結(jié)合方式存在；豬的上呼吸道黏膜細(xì)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(diǎn)與宿主細(xì)胞唾液酸受體種類(lèi)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(gè)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(méi)有獲得氣溶膠傳播的能力，推測(cè)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(diǎn)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(shí)，高致病性H5N1病毒HA蛋白160氨基酸從Thr160Ala的突變，病毒由同時(shí)識(shí)別SAα2,3Gal和SAα2,6Gal受體轉(zhuǎn)變?yōu)橹荒茏R(shí)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(duì)人H1亞型流感病毒受體結(jié)合位點(diǎn)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(shí)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(duì)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(méi)有獲得氣溶膠傳播表型。這些結(jié)果說(shuō)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(duì)流感病毒致病性和傳播特性的影響

雖然大量的研究證實(shí)A型流感病毒對(duì)宿主的致病性是由多個(gè)基因和多種因素決定的，但在對(duì)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(xì)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(diǎn)附近丟失糖基化位點(diǎn)，要么在HA裂解位點(diǎn)后面獲得一個(gè)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(diǎn)只有少數(shù)的堿性氨基酸，而HPH5流感病毒的HA裂解位點(diǎn)存在多個(gè)堿性氨基酸。多個(gè)堿性氨基酸的存在使H5亞型流感病毒在禽類(lèi)各組織臟器中都能很好地復(fù)制，從而導(dǎo)致感染禽類(lèi)死亡。而LPH5毒株由于不容易侵入細(xì)胞，所以不能在宿主的多個(gè)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(diǎn)引入多個(gè)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(diǎn)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(duì)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(xì)胞時(shí)，識(shí)別細(xì)胞受體末端的唾液酸殘基并介導(dǎo)病毒進(jìn)入細(xì)胞，并且將病毒從感染細(xì)胞表面脫離，完成病毒的出芽成熟并釋放到組織中，并進(jìn)一步防止病毒在細(xì)胞外發(fā)生自身凝集，有利于病毒在組織中的游離和擴(kuò)散，完成下一個(gè)感染周期。

表面糖蛋白NA頸部長(zhǎng)度能改變其功能的發(fā)揮。Castrucci等通過(guò)改變A/WSN/33病毒的NA頸部長(zhǎng)度，發(fā)現(xiàn)其對(duì)病毒的感染性起了十分重要的作用。隨著NA頸部長(zhǎng)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(zhǎng)度的增加而增強(qiáng)，但在MDCK細(xì)胞中的復(fù)制能力沒(méi)有改變。NA頸部完全缺失時(shí)，病毒只局限在呼吸道細(xì)胞中復(fù)制。而對(duì)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(xì)胞上的繁殖能力，并且在MDCK細(xì)胞上形成的空斑也明顯比長(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)NA長(zhǎng)短頸對(duì)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(dòng)態(tài)平衡對(duì)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(gè)動(dòng)態(tài)平衡，影響了病毒對(duì)靶細(xì)胞的吸附和釋放，進(jìn)一步影響病毒的致病性和傳播特性。Hinshaw等通過(guò)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(duì)雞的致病力明顯增強(qiáng)。這些研究均表明，NA基因?qū)α鞲胁《镜闹虏⌒杂泻艽笥绊?。另外的研究還發(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(shí)替換禽流感病毒的HA和NA基因，得到六個(gè)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(gè)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(shuō)明NA與HA之間的動(dòng)態(tài)平衡對(duì)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?！?/p>