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法兰克福机场免税店购物攻略:高福院士團隊深度解析H7N9亞型禽流感病毒血凝素蛋白的跨種傳播機制

作者: 發布時間:2019.11.20 文章來源:

法兰克福旅游攻略 www.ktpbx.com.cn   A型流感病毒(Influenza A virus,IAV)屬于正黏病毒科,是一個有囊膜的、分節段的單股負鏈的RNA病毒[1]。它是一種重要的人畜共患病原,在歷史上曾引起多次流感大流行事件以及散發性禽流感病毒(Avian influenza virus,AIV)感染人事件,嚴重威脅公共衛生安全和社會經濟發展。流感病毒表面有兩個重要的囊膜蛋白——血凝素蛋白(Hemagglutinin,HA)和神經氨酸酶(Neuraminidase,NA)。不同亞型流感病毒與受體的結合主要是靠HA蛋白實現的,HA與受體的結合具有種屬特異性。 

 

    HA與受體的結合是流感病毒感染的第一步,因此HA受體結合偏好性的轉變是流感病毒跨種傳播的關鍵決定因素。根據前人在流感病毒跨種傳播領域的成果[2],目前已知不同亞型流感病毒HA分子跨種傳播的分子機制有所差別【圖1。就H1亞型IAV而言,主要是由190225位氨基酸起決定作用,在禽中分離的病毒主要是E190/G225,具有雙受體結合特性,而在人中分離到的病毒主要是D190/D225,特異性結合人源受體。就H2H3亞型IAV而言,主要由226228位氨基酸決定,將Q226/G228突變成L226/S228即可使HA轉變成人源受體結合偏好性。而在H5亞型IAV中,主要是226位氨基酸由谷氨酰胺(Glutamine,Q)到亮氨酸(Leucine,L)的轉變以及158位糖基化的丟失等因素共同決定的。

 

  

圖1 不同亞型流感病毒HA的跨種傳播分子基礎[2] 

 

 

  2013年起,H7N9亞型禽流感病毒已引起1600多人感染,并于2017年出現一些高致病性禽流感毒株。然而到目前為止,H7亞型與受體結合的關鍵分子基礎尚未被完全闡明,各個氨基酸在其中所起的作用以及病毒獲得人源受體結合特性的演化過程也仍不清楚。20191119日,中國科學院微生物研究所高福院士團隊在Cell Reports雜志上發表了題為“Avian-to-Human Receptor-Binding Adaption of Avian H7N9 Influenza Virus Hemagglutinin”的研究論文[4],詳細地闡述了H7N9亞型禽流感病毒血凝素蛋白由禽源受體偏好性向雙受體結合特性演化的過程,該項成果對流感病毒防控工作具有重要指導意義。 

 

  研究人員通過序列分析、PCR定點突變、表面等離子共振技術、免疫熒光染色技術、反向遺傳學技術以及結構生物學等技術,分析帶有不同氨基酸組合的HA突變體的受體結合特性、病毒復制能力及結構等性質的變化,從分子層面詳盡地闡明了H7N9亞型HA的跨種傳播機制。他們發現僅186位氨基酸由甘氨酸(Glycine,G)變成纈氨酸(Valine,V,即可使禽受體結合特異性的SH1-H7N9 HA獲得人源受體結合能力。而L226在其他三個位點存在親水氨基酸時,是不利于人源受體和禽源受體的結合?;誚峁狗治?,186位氨基酸的側鏈可影響190-helixE190側鏈的走向,從而影響HA與受體的相互作用,而L226在沒有其它三個疏水氨基酸(A138,V186P221)搭配的情況下會降低220-loop的穩定性,從而降低HA對于人源和禽源兩種受體的親和力。 

 

  生化實驗和結構分析結構表明,186位氨基酸是決定H7N9 HA獲得人源受體結合能力的關鍵;而226位并非關鍵位點。當L226與親水氨基酸搭配時,對兩種受體結合都是有不利影響的,因此推測在演化上,很可能需要186位氨基酸先發生變化,而后發生Q226L的突變。通過分析所有H7亞型流感病毒的HA序列的進化關系,研究人員發現天然毒株中也存在這樣的演化趨勢。 

 

  總體而言,在H7N9亞型流感病毒HA在演化過程中,它首先由禽特異性結合的G186Q226變成雙受體結合特性的V186Q226,最后演變成V186L226【圖2。其中186位氨基酸是H7N9 HA獲得人源受體結合能力的關鍵氨基酸位點;而226位并非關鍵位點,在搭配親水氨基酸時,反而不利于兩種受體的結合。該項成果整合了生物化學、分子生物學、病毒學、生物信息學以及結構生物學等方法,闡明了H7N9亞型禽流感病毒的跨種傳播機制及其獨特的演化途徑,從分子層面闡明H7N9 禽流感病毒的進化可能是由受體結合特性以及其它可能因素共同選擇的結果。這些研究有利于深入理解H7亞型禽流感病毒跨種傳播的分子機制,對于流感病毒疫情的預防與控制具有重要指導作用。

 

 

2 H7N9 HA受體結合特性演化模式圖[3] 

  據悉,中國科學技術大學徐穎博士為論文第一作者,中國科學院微生物研究所高福院士為論文通訊作者。另外,中國科學院微生物研究所的施一研究員、齊建勛研究員、張蔚副研究員、彭如超助理研究員等人在課題設計等方面給與了大量支持和幫助。 

    

  1.  Dowdle, W.R., et al., Orthomyxoviridae. Intervirology, 1975. 5(5): p. 245-51. 

  2.  Shi, Y., et al., Enabling the 'host jump': structural determinants of receptor-binding specificity in influenza A viruses. Nat Rev Microbiol, 2014. 12(12): p. 822-31. 

  3.  Xu Y., et al., Avian-to-Human Receptor-Binding Adaption of Avian H7N9 Influenza Virus Hemagglutinin. Cell Reports, 2019. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.10.047. 

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