经由近一年的攻关,中国科学院微生物研究所研究员高福研究组对2009甲型H1N1流感病毒外貌的两个主要卵白——血凝素(HA)和神经氨酸苷酶(NA)的研究取得主要突破。
基于结构生物学信息,研究者发明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,这诠释了2009年甲型H1N1流感病毒引发大盛行的部分缘故原由。该发明关于甲型H1N1流感相关药物的设计和开发具有主要的指导意义。
有关HA的研究效果揭晓在今年5月的《卵白质与细胞》(Protein & Cell)杂志上;NA的研究效果则于9月19日在线揭晓在《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、盛行性流感和偶发的流感大盛行的致病因子,病毒外貌有两类主要的囊膜卵白: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。
两种卵白的功效各不相同。HA认真识别宿主细胞外貌的唾液酸受体,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历程中施展主要作用。HA照旧一个主要的外貌抗原,抗HA的抗体可以中和流感病毒。
NA则认真移去细胞受体最后与HA团结的唾液酸,有助于新生病毒粒子的释放和迁徙,避免病毒群集。现在,临床上普遍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,研究这两类卵白关于展现特定病毒株的致病性、疫苗与药物研发等具有主要意义。
2009年3月在墨西哥暴发的甲型H1N1流感病毒,迄今仍在天下规模内普遍撒播,造成了重大的经济和社会损失。2009甲型H1N1病毒基因片断由禽源、人源及猪源流感病毒基因重排而成,它与1918大盛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流感病毒典范毒株A/California/04/2009(H1N1)的HA和NA作为研究工具,表达纯化了这两种卵白并通过X-射线衍射的要领剖析了它们的晶体结构,区分率划分抵达了2.9和1.9。
对2009HA结构的剖析发明,它与1918年大盛行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,该看法诠释了年轻人对2009甲型H1N1流感易感,而晚年人则具备更强的对抗力这一征象。
研究组还发明,2009HA有增强的碱性区,可提高病毒侵染力。但2009HA碱性区周围第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,并可能滋扰抗体识别,可导致病毒毒力削弱,对宿主细胞的致死性削弱,病毒毒力抵达动态平衡,从而有利于自己在宿主体内的大宗扩增与侵染。
A型流感病毒的NA共有9个亚型,凭证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特另外朴陋,称为“150-洞”,凭证这个特殊朴陋可设计合成一些新型NA抑制剂。
从系统爆发角度上看,2009NA属于典范的第1组成员N1。但研究者剖析其晶体结构后发明,与其他典范的第1组N1相比,2009NA并没有“150-洞”,由此推测针对“150-洞”的药物关于2009甲型H1N1流感病毒作用效率削弱,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药物的时间,须阻止针对“150-洞”的设计要领,而应将眼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间,也应充分思量第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卵白的功效研究。该项研究获得了中国科学院“流感大盛行应急启动项目”和科技部“流感大盛行‘973’项目”的配合支持。