流感病毒传播能力相关遗传机制的深度解析

研究进展评述

在人与人之间通过呼吸道高效传播的能力是新发流感病毒引起人流感大流行的先决条件，但流感病毒传播能力遗传决定因素至今并不完全清楚。揭示流感病毒传播能力遗传机制对人流感大流行的预警以及防控疫苗和药物研发都至关重要，因此一直是病毒学领域研究的重点。2013 年出现在我国的H7N9 亚型禽流感病毒已导致1560 多人感染，致死率近40 %。更重要的是，多项研究发现H7N9 病毒可在雪貂或豚鼠(注：雪貂和豚鼠是评估流感病毒传播能力的两个重要动物模型)之间通过呼吸道飞沫传播，表明H7N9 病毒具有在人之间水平传播的巨大潜力。陈化兰院士团队以具有不同传播能力的H7N9 病毒为模型研究并揭示了新的决定流感病毒传播能力的遗传标记，相关结果近日在《Journal of Virology》在线发表。

该研究团队首先比较了4 株H7N9 病毒在豚鼠之间的传播能力，发现一株病毒(AH/1)能有效传播，其余3 株病毒(SH/2，CK/S1053 和PG/S1421)不能在豚鼠之间传播。AH/1 与SH/2，PG/S141，CK/S1053之间分别有1 个，2 个和8 个氨基酸的差异。他们以高效传播的AH/1 株为背景，构建了一系列的单基因重配病毒或单个氨基酸突变病毒，并在豚鼠上评估了这些病毒的呼吸道飞沫传播能力。研究发现：NA 蛋白I26M 突变并不影响AH/1 的传播能力；CK/S1053 病毒NA 基因的替换会降低AH/1 的传播能力；而 PB2 蛋白 V292I 和 K627E 以及 M1 蛋白 D156E等3 个突变都可分别使AH/1 彻底失去在豚鼠间的传播能力。深入探究发现，此3 种影响传播能力的氨基酸突变以及NA 基因的替换都使得AH/1 在A549 细胞上的复制能力下降。PB2 蛋白V292I 突变使得病毒在DF-1 以及A549 细胞上的聚合酶活性显著下降，而PB2 蛋白K627E 突变使得病毒仅在A549细胞上的聚合酶活性显著下降，但在DF-1 细胞上并无变化。神经氨酸酶酶活性实验发现，CK/S1053的NA 蛋白的酶活性低于AH/1，可能是rAH/1-CK/1053-NA 传播能力减弱的原因。电镜观察发现AH/1病毒中丝状粒子仅有7 %，而CK/S1053 病毒中丝状粒子近33 %；而M1 蛋白156 位突变会影响病毒形态，因为AH/1-M1-156E 突变株中丝状粒子近35 %。

以上研究表明 H7N9 病毒 PB2 蛋白 I292V，E627K 以及 M1 蛋白 E156D 是确保 H7N9 病毒 AH/1在豚鼠之间高效传播能力不可或缺的遗传突变。该研究团队此前已发现PB2 蛋白E627K 突变影响流感病毒的传播能力，而PB2 蛋白I292V 和M1 蛋白的E156D 突变对流感病毒传播能力的贡献则是该研究的原创性发现。值得一提的是，与PB2 蛋白E627K 这一经典的哺乳动物适应性突变不同，PB2 蛋白I292V突变和M1 蛋白E156D 突变已经广泛存在于家禽的H7N9 以及 H9N2 病毒中。也就是说，自然界中H7N9 病毒和H9N2 病毒已经具备了这两个与在哺乳动物之间传播能力有关的突变。

流感病毒粒子具有多形性。以前发现H1N1 病毒的传播能力与丝状粒子比例呈正相关。而本研究发现H7N9 病毒的传播能力与丝状粒子比例呈负相关，M1 蛋白D156E 突变增加了病毒中丝状粒子比例而使H7N9 病毒彻底丧失了传播能力。这一发现颠覆了人们对流感病毒传播能力与病毒形态关系的传统认识。该研究强调流感病毒的传播能力受病毒多个基因的影响，是流感病毒多个病毒蛋白共同作用下实现的。