关键词:
2.3.4.4分支H5HPAIV
生物学特性
系统动力学
NA茎部长度
致病分子基础
摘要:
2015年,世界卫生组织将H5亚型高致病性禽流感病毒划分为0~9共10个分支及若干亚分支,其中2.***.4.4分支进化为2.***.4.4a~2.***.4.4h共8个亚分支。目前,2.***.4.4b亚分支的H5亚型高致病性禽流感呈全球流行态势,波及的地域和引起禽鸟及哺乳动物死亡数量史无前例,被感染的野生哺乳动物可能成为流感病毒新的“混合器”,极有可能引起人流感发生和流行,尽早解析病毒跨宿主感染的分子机制,为人流感的大流行提前预警极为重要。
为探究2.***.4.4分支H5亚型高致病性禽流感病毒的系统发育、传播动力及跨种感染大量野生哺乳动物的分子基础,本研究对引起我国2013~2023年2.***.4.4分支H5亚型高致病性禽流感家禽疫情的39株(3株H5N1、1株H5N2和35株H5N6)病毒的进化和生物学特性进行了系统研究;同时将开放数据库中同分支病毒的HA序列与本研究中病毒HA的序列建立数据集,进行谱系动力学(病毒出现时间、地理分布、宿主传播贡献)分析。在对病毒基因组蛋白关键氨基酸位点突变分析的基础上,对数据库中2.***.4.4b亚分支H5N1亚型高致病性禽流感病毒N1蛋白茎部长度进行统计,以实验室自然分离的N1蛋白具有茎部缺失的病毒为母本,人工补全茎部长度,开展体内、体外实验,以探索该亚分支病毒的跨种感染分子基础。
研究结果如下:
39株H5亚型病毒的全基因组遗传演化数据显示,其HA基因分别属于2.***.4.4c、2.***.4.4d、2.***.4.4e、2.***.4.4f、2.***.4.4g和2.***.4.4h 6个亚分支。值得注意的是,全球广泛流行的2.***.4.4b亚分支病毒未引起我国家禽疫情的大面积暴发。开放数据库中同分支8个亚分支病毒HA基因进化分析显示,2.***.4.4a、2.***.4.4d、2.***.4.4e、2.***.4.4f、2.***.4.4g和2.***.4.4h亚分支的病毒主要在亚洲地区流行,2.***.4.4c亚分支病毒扩散到亚洲、欧洲和北美洲,而2.***.4.4b亚分支病毒则扩散到更大地域(亚洲、欧洲、非洲、北美洲、南美洲和南极洲),并反复多次引起野生鸟类和家禽的疫情暴发。39株病毒基因组片段来源分析显示,其与低致病性病毒发生了多元重组共形成16种基因型,且基因组多个片段获得了多个适应哺乳动物的突变。6个亚分支的6株代表毒株均优先结合α2,3唾液酸受体;动物模型感染实验结果显示,6株代表株对水禽-鸭和哺乳动物-BALB/c鼠的致病性因毒株而异,分为高、中、低等致病性。抗原性分析表明,这些病毒与我国的2.***.4.4分支H5亚型疫苗株(H5-Re8和H5-Re14,H5-Re11和H5-Re13)处在相同抗原群,疫苗可以完全保护鸡只免受病毒的攻击。
2.***.4.4b亚分支H5病毒的谱系动力学分析发现,该亚分支病毒HA基因大约在2015~2016年间分化为两个不同的遗传进化群,随时间推移表现出地理和宿主范围的扩大以及与多个NA亚型基因重组;地理学分析显示,俄罗斯(西伯利亚)被确定为病毒传播的主要枢纽,而西欧则与更广泛区域之间建立了强有力的流行病学联系,进一步促进病毒的传播。宿主在离散和连续空间扩散的动态分析表明,2.***.4.4b亚分支H5病毒主要由野生雁形目鸟类驱动,野生雁形目是其他宿主类群病毒的主要来源,促进了病毒在时空上的快速传播。
开放数据库中2.***.4.4b亚分支H5N1病毒的N1蛋白茎部长度统计数据显示,该亚分支病毒NA蛋白长度呈茎部无缺失的特点。以自然分离的2.***.4.4b亚分支N1茎部47~65位缺失毒株为母本,在NA茎部缺失部位添加19个氨基酸,补全茎部长度,救获重组病毒。结果表明,N1茎部全长毒株在哺乳动物细胞中的复制能力更强,具有较高的NA活性,同时获得了结合α2,6唾液酸受体的偏好,蛋白激活PH值降低,对哺乳动物模型表现更高的致病力。
以上研究结果丰富了对2.***.4.4分支以及2.***.4.4b亚分支H5亚型高致病性禽流感病毒的全面认知,同时进一步强调疫苗免疫接种仍然是预防和控制家禽发生H5亚型高致病性禽流感的最有效策略。