受体结合特性和表面糖蛋白在A型流感病毒致病性和跨种间传播中的作用

于辉，苗连叶

（1.河南省动物卫生监督所，河南郑州450008；2.河南省动物疫病预防控制中心）

受体结合特性和表面糖蛋白在A型流感病毒致病性和跨种间传播中的作用

于辉1，苗连叶2

（1.河南省动物卫生监督所，河南郑州450008；2.河南省动物疫病预防控制中心）

尽管A型流感病毒有很多种亚型，但仅是有限的病毒亚型能够跨种间传播。到目前为止，只有H1、H2、H3、H5、H7和H9亚型的流感曾经感染过人群。评价一种流感病毒是否具有大流行潜力，该流行毒株需要具备3个基本条件：①人类缺乏对该类病毒的免疫力；②病毒具有一定致病性；③病毒具有高效的水平传播能力。然而到目前为止，仅有人流感病毒中的3种亚型流感（H1-H3）具有了以上三个基本条件，在人群中持续流行了100多年。这其中包括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。虽然禽流感中的H5、H7、H9亚型流感曾经感染过人，但没在人群中造成人与人之间的高效传播。影响流感病毒从一种宿主传播到另一种宿主的原因包括病毒自身的特性和季节、周围环境及宿主限制性等。所以怎样预测一种新的流感病毒是否具有流行的潜力显得尤其重要，研究A型流感病毒致病性和跨种间传播的分子基础迫在眉睫。

1 受体结合特性对流感病毒致病性和传播特性的影响

A型流感病毒对宿主致病性和跨种间传播特性是由多个基因和多种因素共同决定的，但血凝素HA起了非常重要的作用。病毒首先通过HA与细胞膜上的特异性受体结合，吸附于细胞表面，这是病毒感染宿主的第一步。宿主细胞上常见的流感病毒受体有两种，一种为末端含有唾液酸α-2,6半乳糖苷（SAα2,6Gal）的受体，另一种为末端含有唾液酸α-2,3半乳糖苷（SAα2,3Gal）的受体。研究表明，在人的鼻腔黏膜、咽喉、气管及支气管的上皮细胞主要分布的是SAα2,6Gal受体，而在细支气管细胞上则分布的主要是SAα2,3Gal受体；在野鸭肠道和马呼吸道的黏膜细胞里唾液酸以α2,3Gal结合方式存在；猪的上呼吸道黏膜细胞中，α2,3Gal和α2,6Gal两种结合方式的唾液酸都存在。HA受体结合位点与宿主细胞唾液酸受体种类在很大程度上决定了病毒的宿主范围和组织嗜性。人流感病毒优先与带有唾液酸α-2,6半乳糖（SAα-2,6Gal）的受体结合，禽流感病毒则优先与带有唾液酸α-2,3半乳糖（SAα2, 3Gal）的受体结合。大量的研究表明，流感病毒的传播能力是引起流感大流行的一个必要特性，病毒是否获得SAα 2,6Gal受体结合特性是决定病毒能否在人群形成大流行的关键。HPH5、H7亚型禽流感虽然感染了人，但没有获得气溶胶传播的能力，推测可能的原因是禽流感病毒优先结合的是SAα2,3Gal，不具有结合SAα-2,6Gal特性。另外，流感病毒HA受体结合位点附近糖基化的改变也能影响病毒受体结合特性，Gao等研究又证实，高致病性H5N1病毒HA蛋白160氨基酸从Thr160Ala的突变，病毒由同时识别SAα2,3Gal和SAα2,6Gal受体转变为只能识别SAα2, 3Gal受体，受体结合特性的变化导致了该病毒不能在豚鼠间水平传播。对人H1亚型流感病毒受体结合位点研究发现，优先结合SAα-2,6Gal受体的人H1流感病毒，HA上Gln226,Gly228,Ser186,Asp190和Asp225。重构的1918年流感病毒HA上190位氨基酸从Asp190Glu和225位氨基酸从Asp225Gly的突变能够使突变的1918年流感病毒从结合SAα-2,6Gal受体转变为结合SAα2,3Gal受体从而使突变的流感病毒丧失了气溶胶传播特性，但另外的研究证实鸭源H1N1禽流感的HA上190位氨基酸从Glu190Asp的突变和225位氨基酸从Gly 225 Asp的突变能够使HA从结合SAα2,3Gal转变为结合SAα-2,6Gal唾液酸受体，但突变的鸭源H1N1禽流感还是不能在雪貂中接触传播。并且对于少数HPH5、H7亚型禽流感虽然既具有结合SAα 2,3Gal，又具有结合SAα-2,6Gal特性，但仍没有获得气溶胶传播表型。这些结果说明，流感病毒从不能在人群中传播到高效的人与人之间传播，仅HA从结合SAα-2,3Gal转变为结合SAα-2,6Gal唾液酸受体的特性是不充分的。

2 血凝素HA对流感病毒致病性和传播特性的影响

虽然大量的研究证实A型流感病毒对宿主的致病性是由多个基因和多种因素决定的，但在对HPH5、H7禽流感研究中发现HA能否被裂解为HA1和HA2两部分是病毒感染细胞的先决条件，也是决定病毒致病力的主要因素。核苷酸序列分析表明，毒力突变株要么在HA裂解位点附近丢失糖基化位点，要么在HA裂解位点后面获得一个额外的精氨酸。如HA易于被切割，则毒株具有较高的致病性；反之，则致病力较低。LPH5亚型禽流感病毒的HA的裂解位点只有少数的碱性氨基酸，而HPH5流感病毒的HA裂解位点存在多个碱性氨基酸。多个碱性氨基酸的存在使H5亚型流感病毒在禽类各组织脏器中都能很好地复制，从而导致感染禽类死亡。而LPH5毒株由于不容易侵入细胞，所以不能在宿主的多个器官中复制，只能在呼吸道与肠道中存在，引起轻微的临床症状。除了在裂解位点引入多个碱性氨基酸能提高流感病毒的毒力以外，H7亚型禽流感病毒在HA基因的裂解位点引入其他基因，如宿主基因或者本身基因也可以导致H7亚型流感病毒变为高致病性病毒。

3 神经氨酸酶NA对流感病毒致病性和传播特性的影响

NA为唾液酸，位于病毒嚢膜表面，是流感病毒的一种重要糖蛋白。在病毒吸附到宿主细胞时，识别细胞受体末端的唾液酸残基并介导病毒进入细胞，并且将病毒从感染细胞表面脱离，完成病毒的出芽成熟并释放到组织中，并进一步防止病毒在细胞外发生自身凝集，有利于病毒在组织中的游离和扩散，完成下一个感染周期。

表面糖蛋白NA颈部长度能改变其功能的发挥。Castrucci等通过改变A/WSN/33病毒的NA颈部长度，发现其对病毒的感染性起了十分重要的作用。随着NA颈部长度的增加（0,15,24,38和52aa），病毒在鸡胚中的复制能力随颈部长度的增加而增强，但在MDCK细胞中的复制能力没有改变。NA颈部完全缺失时，病毒只局限在呼吸道细胞中复制。而对HP H5N1禽流感病毒的复制能力研究发现，NA颈部15或20aa的缺失提高了缺失病毒在MDCK细胞上的繁殖能力，并且在MDCK细胞上形成的空斑也明显比长颈病毒大。而在鸡胚中的复制能力不受影响，即NA颈部的长短并不影响病毒在鸡胚中的繁殖性能。

不同病毒在不同研究中表现出来NA长短颈对复制能力的影响都不尽相同，可能的原因是缺失和增加氨基酸的位置、数量和组成影响了病毒NA蛋白空间结构的不同，从而影响了病毒的复制能力。

4 HA/NA动态平衡对流感病毒致病性和传播特性的影响

NA的受体解离特性与HA的受体结合特性是一个动态平衡，影响了病毒对靶细胞的吸附和释放，进一步影响病毒的致病性和传播特性。Hinshaw等通过自然重组将人流感H3N2病毒的NA基因替代鸭流感H2N2病毒的NA基因，得到的重组病毒在鸭体内的复制能力大为降低。Hulse等利用反向遗传技术将HP H5N1病毒的NA基因替代LP H5N1病毒的NA基因，发现重组病毒对鸡的致病力明显增强。这些研究均表明，NA基因对流感病毒的致病性有很大影响。另外的研究还发现利用反向遗传技术将人流感病毒的表面基因HA、NA同时替换禽流感病毒的HA和NA基因，得到六个内部基因是禽源而表面基因是人源的重排病毒能够在雪貂间直接接触传播，但不能气溶胶传播。利用反向遗传技术得到六个内部基因是人源而表面基因是禽源的重排病毒亦不能气溶胶传播。这说明NA与HA之间的动态平衡对流感病毒的传播起重要作用，但还有其他的特性影响着病毒的跨种间传播。□