甲型流感病毒重要蛋白研究获突破

2010-9-20 08:57 来源: 科学时报
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解释了2009年甲型H1N1流感病毒引发大流行的部分原因

  经过近一年的攻关,中国科学院微生物研究所研究员高福研究组对2009甲型H1N1流感病毒表面的两个重要蛋白——血凝素(HA)和神经氨酸苷酶(NA)的研究取得重要突破。

  基于结构生物学信息,研究者发现2009甲型H1N1流感病毒与季节性流感病毒的HA和NA有很大的差别,这解释了2009年甲型H1N1流感病毒引发大流行的部分原因。该发现对于甲型H1N1流感相关药物的设计和开发具有重要的指导意义。

  有关HA的研究成果发表在今年5月的《蛋白质与细胞》(Protein & Cell)杂志上;NA的研究成果则于9月19日在线发表在《自然—结构和分子生物学》(Nature Structural & Molecular Biology)杂志上。

  流感病毒是引起季节性、流行性流感和偶发的流感大流行的致病因子,病毒表面有两类重要的囊膜蛋白:HA和NA。从结构上讲,HA有1~16型,NA有1~9型,两者排列组合成多种病毒亚型,2009甲型H1N1流感病毒即为HA第1型与NA第1型的组合。

  两种蛋白的功能各不相同。HA负责识别宿主细胞表面的唾液酸受体,协助病毒囊膜与宿主细胞膜的融合,在病毒导入宿主细胞的过程中发挥重要作用。HA还是一个重要的表面抗原,抗HA的抗体可以中和流感病毒。

  NA则负责移去细胞受体末端与HA结合的唾液酸,有助于新生病毒粒子的释放和迁移,防止病毒聚集。目前,临床上广泛使用的抗流感病药物扎那米韦(Zanamivir,瑞乐沙)、奥塞米韦(Oseltamivi,达菲)就是针对NA酶活性中心设计的。因此,研究这两类蛋白对于揭示特定病毒株的致病性、疫苗与药物研发等具有重要意义。

  2009年3月在墨西哥暴发的甲型H1N1流感病毒,迄今仍在世界范围内广泛传播,造成了巨大的经济和社会损失。2009甲型H1N1病毒基因片段由禽源、人源及猪源流感病毒基因重排而成,它与1918大流行流感病毒在许多方面有很高的相似性。

  该研究组选取2009甲型H1N1流感病毒典型毒株A/California/04/2009(H1N1)的HA和NA作为研究对象,表达纯化了这两种蛋白并通过X-射线衍射的方法解析了它们的晶体结构,分辨率分别达到了2.9?魡和1.9?魡。

  对2009HA结构的分析发现,它与1918年大流行HA的整体结构以及抗原位点(包括5个确定的抗体识别表位:Sa,Sb,Ca1,Ca2和Cb)高度相似,但与季节性流感差别很大。研究者推测,2009HA可被1918流感患者或病毒携带者的血清中和,该观点解释了年轻人对2009甲型H1N1流感易感,而老年人则具备更强的抵抗力这一现象。

  研究组还发现,2009HA有增强的碱性区,可提高病毒侵染力。但2009HA碱性区附近第N279位与季节性流感及1918HA相比,多了一个糖基化位点,这个糖基化位点可以阻碍碱性区作用,并可能干扰抗体识别,可导致病毒毒力减弱,对宿主细胞的致死性减弱,病毒毒力达到动态平衡,从而有利于自己在宿主体内的大量扩增与侵染。

  A型流感病毒的NA共有9个亚型,按照其一级序列可被分为两组:N1、N4、N5和N8被分为第1组,而N2、N3、N6、N7和N9被归类为第2组。第1组NA的主要结构特点在于它的催化位点中有一额外的空洞,称为“150-洞”,根据这个特殊空洞可设计合成一些新型NA抑制剂。

  从系统发生角度上看,2009NA属于典型的第1组成员N1。但研究者解析其晶体结构后发现,与其他典型的第1组N1相比,2009NA并没有“150-洞”,由此推测针对“150-洞”的药物对于2009甲型H1N1流感病毒作用效率减弱,甚至无效。

  对此,研究者建议,在设计合成新型抗2009甲型H1N1流感病毒NA药物的时候,须避免针对“150-洞”的设计方法,而应将目光集中在更小的酶活区域。在设计其他NA亚型流感病毒药物的时候,也应充分考虑第1组和第2组NA的区别,来设计特异性的药物。

  该项研究的牵头人高福2004年从牛津大学回国,组建了病原微生物与免疫学实验室,研究重点是基于结构的病原与免疫相关蛋白的功能研究。该项研究得到了中国科学院“流感大流行应急启动项目”和科技部“流感大流行‘973’项目”的共同支持。