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(jié)段的單股負鏈的RNA病毒。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(fā)性禽流感病毒（Avian influenza virus，AIV）感染人事件，嚴重威脅公共衛(wèi)生安全和社會經(jīng)濟發(fā)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(jīng)氨酸酶（Neuraminidase，NA）。不同亞型流感病毒與受體的結(jié)合主要是靠HA蛋白實現(xiàn)的，HA與受體的結(jié)合具有種屬特異性。
HA與受體的結(jié)合是流感病毒感染的第一步，因此HA受體結(jié)合偏好性的轉(zhuǎn)變是流感病毒跨種傳播的關(guān)鍵決定因素。根據(jù)前人在流感病毒跨種傳播領(lǐng)域的成果，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190和225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(jié)合特性，而在人中分離到的病毒主要是D190/D225，特異性結(jié)合人源受體。就H2和H3亞型IAV而言，主要由226和228位氨基酸決定，將Q226/G228突變成L226/S228即可使HA轉(zhuǎn)變成人源受體結(jié)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(zhuǎn)變以及158位糖基化的丟失等因素共同決定的。
自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(xiàn)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(jié)合的關(guān)鍵分子基礎(chǔ)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(jié)合特性的演化過程也仍不清楚。11月19日，中國科學院微生物研究所高福團隊在Cell Reports 雜志上發(fā)表了題為Avian-to-Human Receptor-Binding Adaption of Avian H7N9 Influenza Virus Hemagglutinin 的研究論文，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(jié)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(shù)、免疫熒光染色技術(shù)、反向遺傳學技術(shù)以及結(jié)構(gòu)生物學等技術(shù)，分析帶有不同氨基酸組合的HA突變體的受體結(jié)合特性、病毒復(fù)制能力及結(jié)構(gòu)等性質(zhì)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(fā)現(xiàn)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(jié)合特異性的SH1-H7N9 HA獲得人源受體結(jié)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(jié)合?；诮Y(jié)構(gòu)分析，186位氨基酸的側(cè)鏈可影響190-helix上E190側(cè)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，V186和P221）搭配的情況下會降低220-loop的穩(wěn)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(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，186位氨基酸是決定H7N9 HA獲得人源受體結(jié)合能力的關(guān)鍵；而226位并非關(guān)鍵位點。當L226與親水氨基酸搭配時，對兩種受體結(jié)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(fā)生變化，而后發(fā)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(guān)系，研究人員發(fā)現(xiàn)天然毒株中也存在這樣的演化趨勢。
總體而言，H7N9亞型流感病毒HA在演化過程中，首先由禽特異性結(jié)合的G186Q226變成雙受體結(jié)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(jié)合能力的關(guān)鍵氨基酸位點；而226位并非關(guān)鍵位點，在搭配親水氨基酸時，反而不利于兩種受體的結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)合特性以及其它可能因素共同選擇的結(jié)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(yù)防與控制具有重要指導作用。
據(jù)悉，中國科學技術(shù)大學博士徐穎為論文第一作者，中科院院士高福為論文通訊作者。另外，微生物所研究員施一、齊建勛、副研究員張蔚、助理研究員彭如超等在課題設(shè)計等方面給予了大量支持和幫助。
圖1 不同亞型流感病毒HA的跨種傳播分子基礎(chǔ)
圖2 H7N9 HA受體結(jié)合特性演化模式圖
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