正粘病毒遗传与变异
甲型流感病毒每个核苷酸在每个复制周期中的突变机率大约是15×10－5，与其它RNA病毒的突变率相似。但是，由于流感病毒的基因组分为8个或7个不相同的片段，在病毒增殖过程中很容易发生基因重排，因而使流感病毒的抗原性和致病性很容易发生变异。
(1)病毒变异的类型A.抗原性变异〓抗原性变异是甲型流感病毒常见的一种自然变异，同时在实验室内用抗体也可筛选到抗原变异株。变异率最高的是HA，其次是NA。这两种抗原的变异可独立发生，有时只涉及一个(HA或NA)，有时两个同时发生变异。根据抗原性变异的程度可将其分为两种：抗原漂移和抗原转变。B.致病性变异a.条件致死性变种和温度敏感(ts)变种：条件致死性变种是指在某种条件下不能增殖，但在另一种条件下却能增殖并产生子代病毒的变种。这种可在一个或几个不同基因片段上的任何一点发生突变或损伤，使其生物学特性发生改变。研究最多的是温度敏感(ts)变种。ts变种能在33℃增殖，但和野毒株不同，37～39℃培养时不能增殖或增殖不好。ts变种通过基因重排、互补、变温试验以及RNA片段电泳迁移率测定等方法可以用来研究病毒的基因功能。另外，由于ts变种比野毒株的致病力弱，因此可用作减毒疫苗株或作为基因供体用于选择弱毒株。b.冷适应变种：用野毒株感染鸡胚在较低温度下(25～30℃)培养，连续传代后可较快地使病毒的致病力减弱。这一方法可用于减毒活疫苗株的选育和生产。c.新宿主适应变种：流感病毒在某种培养系统中连续传代后，其增殖滴度和致病性均可逐渐升高，出现对新宿主的适应性变异。
(2)病毒的抗原性变异A.抗原漂移(antigenicdrift)〓由于基因组自发的点突变引起小幅度的变异，当氨基酸的改变积累到一定程度或突变氨基酸正好使抗原决定簇改变，则引起抗原性的变异，这种变异称为抗原漂移。由于RNA聚合酶缺乏校正功能，在病毒基因组复制时容易出现差错，因此RNA病毒的突变率比DNA病毒高。流感病毒HA基因的变异率最高，据估计每个复制周期中每个核苷酸的突变机率为2×10－3，也就是说病毒每复制一代，HA基因上大约有一个碱基发生变异。HA发生变异可能与抗体的压力筛选有关，但其突变的准确机制还不清楚。用单克隆抗体对禽流感病毒HA的抗原性进行分析，发现抗原漂移率比人流感病毒低，并且多种不同的变异株可同时在禽类中循环存在。禽流感病毒HA变异率较低的原因可能是由于免疫系统对病毒变异的压力不够，因为已经发现禽类感染流感病毒后，其抗体持续时间较短。另外禽类的寿命比人短得多。流感病毒的NA也常发生抗原漂移。如用单克隆抗体对A/Tokyo/3/67(H2N2)进行筛选，在鸡胚上传一代即可筛选到突变株。B.抗原转变(antigenicshift)〓由于突变幅度较大导致产生新的亚型，这种变异称为抗原转变。变异涉及抗原的数量和幅度大小并常直接影响流行的规模。抗原转变在人流感的发生历史上表现很明显，例如，1957年H2N2亚型的出现代替了H1N1亚型，1968年H3N2亚型毒株引起流感暴发，1977年又出现了H1N1亚型的流行。从HA的氨基酸序列来看，H2与H5的亚型比较接近，点突变的积累有可能造成两者抗原性互相转变，而H2与H3之间有很大差别，仅靠点突变使H2转变为H3可能需要相当长的时间。为什么H3亚型能在10年左右的时间内取代H2出现流行?其原因有多种解释。一种解释认为，这种新流行的毒株是通过与其它动物(包括禽类)流感病毒的基因发生重排而出现的。大量试验已经证明，不同亚型的病毒同时感染一个细胞，病毒基因组可在细胞中发生重排,即基因片段发生交换。研究表明，1957年和1968年流行的毒株就是由基因重排产生的。1957年毒株的HA和NA的基因序列与H1N1毒株有很大的差异，但经序列分析和杂交试验证明，其余6个片段中至少有5个片段基本相同，1968年流行的毒株与1957年流行的毒株的HA虽然不同，但含有相同的NA，都为N2。另外发现1968年毒株的HA(H3)与一株禽流感病毒的HA具有98%的同源性，因此推测新毒株的HA基因很可能来自禽流感病毒。第二种观点认为，这种新流行的毒株可能在许多年前就已存在并流行过，但后来这一毒株隐藏在某个地方一直没有发生变化，在适当的条件下这一毒株又“复苏”增殖，引起新的暴发流行。例如1977年流行的H1N1亚型毒株与1950年流行的完全相同。如何解释在长达27年的时间内两个流行株的基因没有发生变化。有人认为动物保藏宿主将这一毒株保存下来，最后又传播给人造成流感暴发。但是在如此长的时间内不发生抗原漂移，令人难以置信。另有人认为病毒基因插入宿主基因组，但目前看来这是一种无根据的假设。第三种解释是病毒在自然界一直处于冰冻状态中，没有增殖的机会也就不会发生变异，但仍保持有感染性，遇有适当条件则重新造成暴发。另外一种解释是动物病毒发生变异，造成人的感染，引起新的流感暴发。但是，病毒基因组需要发生多大变化才能造成人的感染，目前还不清楚。
(3)流感病毒基因组变异
A.基因重排(reassortment)〓甲型流感病毒有8个基因组片段，当两个或两个以上的不同病毒粒子同时感染一个宿主细胞时，在病毒的增殖过程中，不同毒粒的8个基因组片段可以随机互相交换，从而发生核酸片段水平上的重新组合，这种现象就称为基因重排。甲型流感病毒的HA已鉴定出18种，NA已有10种。如果HA和NA基因能够随意重排，则可产生160种不同亚型的流感病毒。当细胞感染两种不同的流感病毒后，通过基因片段的重排有可能产生256种遗传学不同的子代病毒。在自然界，这种混合感染的现象很常见，通过基因重排有可能产生高致病力的毒株。不同毒株的基因出现重新组合这一现象是Burnet等在1949年最初发现的，他们用两株不同的流感病毒感染小鼠后，发现HA的血清型和病毒的嗜神经性发生了交换。1951年Henle等发现，当两个或多个用紫外线照射后丧失感染能力的甲型流感病毒粒子同时吸附一个细胞后，可产生感染性的病毒粒子。这是因为紫外线照射可损伤不同的基因片段，而任何片段的损伤可使病毒的感染力丧失。但是当多个病毒同时吸附并进入一个细胞后，通过基因交换可使缺陷基因的功能得到补充，从而产生出正常的有感染力的病毒粒子。具有不同缺陷的流感病毒粒子同时感染一个细胞后，在增殖时可发生基因交换，从而使缺陷弥补，这种现象为标记拯救。基因重排只能发生在同型病毒之间，在不同型病毒之间不能发生，即甲型流感病毒只能与甲型发生基因重排，与乙型或丙型流感病毒不能发生。因此基因重排与传统的基因重组(Recombination)不同，基因重组时，发生基因断裂、交换和连接三个过程，而基因重排不发生断裂和连接，只有基因交换。
B.互补(complementation)〓流感病毒的任何一个RNA片段发生损伤都可造成该片段基因所编码蛋白质合成功能的缺陷，但可被具有该蛋白质功能的其它流感病毒粒子弥补。例如温度敏感变异株在编码HA糖蛋白的基因片段上发生损害，在合适温度(33℃)下增殖，仍可产生有完整功能的HA，但如在不适宜温度下培养则不能合成有功能的HA，表现出HA功能的缺损。两株不同的ts突变株，损害的基因片段可能不同，在限制温度下两株病毒都不能正常增殖。如果用两株ts突变株同时感染一个细胞，即使在限制温度下两者都可以正常增殖,其原因是一株ts病毒所缺损的蛋白质功能被另一株ts病毒相应的蛋白质所补充，从而表现出完整的功能。在病毒增殖过程中，两株病毒之间可通过基因重排而产生正常的病毒粒子。除了M和HA基因外，其它RNA片段还可发生片段内互补(intrasegmentalcomplementation)。片段内互补时缺陷片段产生的蛋白质含有两个缺陷亚单位，但这两个亚单位可互相弥补彼此的不足，从而表现正常的功能。编码NS的片段8，有4个互补组，因此ts突变株的NS基因有基因内和基因间互补。NP基因之间有三个互补组，因NP基因是单顺反子，这些互补组仅是在基因内互补。
C.表型混合和核衣壳移植〓抗原性差别很大的两株甲型流感病毒感染细胞后可产生表型混合(phenotypicmixing)的病毒粒子，如表型混合的病毒粒子含有两个亲代病毒的HA基因，在血凝抑制试验或中和试验中可被任何一种亲代病毒的抗血清抑制或中和。有时在子代病毒中表型混合病毒粒子的比例可高达84%。这种现象不仅出现在不同的甲型流感病毒间，也可出现在甲型和乙型之间，甚至在甲型流感病毒与其它病毒之间发生，如与新城疫病毒或水泡性口炎病毒之间发生表型混合。核衣壳移植(transcapsidation)是指一种病毒的基因组由另一种病毒的囊膜包装携带。比如用甲型流感病毒和水泡性口炎病毒混合感染细胞，流感病毒的囊膜可包装水泡性口炎病毒的基因组，这种毒粒可占子代病毒的1%。
D.重排抑制和突变抑制〓与某一RNA片段有关的表型，由于基因重排被野生型病毒的其它基因片段改变，这种现象为重排抑制(suppressorreassortants)。例如，NS基因突变产生的ts表型，在基因重排时由于与野生病毒PB2基因发生交换而被抑制；PB1基因被野生病毒的替换也可抑制NS基因突变产生的ts表型。通过重排抑制的研究能够确定病毒基因产物之间的相互作用。某个基因片段的突变可改变(抑制)与另一基因片段有关的表型，这种现象为基因外突变抑制(suppressormutants)。例如与PB2基因有关的ts表型可由于PA基因的突变而受到抑制。HA基因的ts突变可被基因外或基因内的突变抑制所弥补。
