分子对接预测H5亚型禽流感病毒的广谱中和表位

H5N1禽流感病毒已经在亚洲、欧洲和非洲广泛传播, 造成了巨大损失. 最近我们鉴定出一株对多种来源的H5N1代表株均有良好中和活性的、识别H5亚型血凝素(hemagglutinin, HA)的广谱单克隆抗体8H5, 它对寻找克服禽流感高变性的广谱治疗性抗体、疫苗和药物具有重要价值. 本研究应用分子模拟技术, 采用“典范结构”方法对8H5抗体Fab片段进行结构模建, 并通过能量分析、SAS值分析、“拉曼强传图”检验、profile-3D分析等理论验证, 获得较为合理的8H5Fab的三维空间结构. 8H5Fab与3种HA蛋白晶体结构的分子对接结果表明, 8H5抗体与HA蛋白的作用模式与HA宿主来源无关, 但与HA结构的亚型相似性相关. 综合抗原同源比对结果, 推测8H5抗体识别的广谱中和表位是由HA上的Asp⁶⁸, Asn⁷², Glu¹¹², Lys¹¹³, Ile¹¹⁴, Pro¹¹⁸, Ser¹²⁰, Tyr¹³⁷, Tyr²⁵²不连续氨基酸残基组成的构象表位. 这一模型将为H5亚型禽流感病毒广谱疫苗和治疗性药物的分子设计提供依据.     

20世纪80年代华中地区H7N8禽流感病毒的分子特征

对1985年从湖北家禽分离的禽流感毒株A/duck/Hubei/216/1985/H7N8进行了分子特征和致病性研究. A/duck/Hubei/216/1985/H7N8的HA蛋白在HA1和HA2连接处, 含有连续多碱性氨基酸(-PEIPKGRG-), 为低致病性分子特征, 而且其M, NP, NS, PA和PB2基因的宿主相关氨基酸位点与H5N1病毒相似. 进化分析结果显示, A/duck/Hubei/216/1985/H7N8的M, NS和PB2基因与Gs/Guangdong/1996/H5N1亲缘关系较为紧密, 表明20世纪80年代中期高致病性Gs/Guangdong/ 1996/H5N1毒株的部分内部基因在华中地区流行. 动物感染实验结果显示, A/duck/Hubei/216/ 1985/H7N8对鸡和小鼠为低致病性, 与HA基因的分子特征相一致.     

甲型H1N1流感病毒北美毒株的分子特征

以10个甲型流感病毒北美毒株的基因PB2, PB1, PA, HA, NP, NA, NS和M进行遗传进化分析, 并用不同的软件对PB2, HA, NS1和M2蛋白氨基酸序列、糖基化位点及抗药性位点分析. 结果表明, 甲型流感病毒北美毒株的基因片段是一个来源于不同宿主、不同地域的重组株. HA蛋白氨基酸序列分析表明, 北美毒株HA蛋白的裂解位点氨基酸序列均为IPSIQSR↓G, 不具有高致病性流感病毒的特性, 同时NS1蛋白第92位氨基酸残基由天冬氨酸突变为谷氨酸(Asp→Glu), PB2蛋白氨基酸序列的第627位均为谷氨酸(E), 这些特性表明对人具有明显的亲和性, 但推测对人具有较低的致病力. M2蛋白的同源建模表明了北美毒株M2蛋白的药物敏感位点突变为抗药型位点, 推测北美毒株具有抗金刚烷胺类药物的结构特点, NA蛋白序列分析表明了北美毒株仍然对神经氨酸酶抑制剂类药物敏感. 这些研究结果对于我国预防和控制甲型流感北美毒株具有重要的参考价值.     

病毒与人类

2008年5月,世界卫生组织疾病传染部主任纳瑞恩发出警告说,全球可能爆发大规模禽流感疫情,将导致约700万人死亡。纳瑞恩认为,形成大规模禽流感疫情的条件有三个,首先是出现新病毒,其次是这种新病毒能感染人,第三是这种新病毒可以通过人传人方式传播开来,而引发禽流感的H5N1病毒就符合上述条件。     

H5N1血凝素蛋白切割位点的序列研究

血凝素(hemagglutinin, HA)能否被切割成HA1和HA2是决定禽流感病毒高致病性的重要因素. 分析切割位点的序列, 研究其进化规律可以让我们更深入地了解H5N1的高致病性. 本研究先通过元胞自动机的方法将HA的基因序列转化为图形, 并在图上找到了一段H5N1亚型仅有的特征基因片段. 这个特征基因片段包含30个碱基, 主要由A和G组成, 其对应的氨基酸主要是带正电荷的碱性氨基酸. 这个特征氨基酸片段正好处于HA的酶切位点上. 通过3D结构的同源模拟, 发现H5N1 HA蛋白的切割位点较为暴露, 非常有利于各种酶对其进行剪切. 本研究还构建了切割位点的分子表面, 以进一步分析可能的氨基酸突变将如何影响表面的电荷分布. 结果表明, 某些突变较大地改变了电荷的表面分布, 可能使病毒失去高致病性. H5N1特征氨基酸片段突变情况的统计表明, 在时间上, 2005年突变案例的比例比前几年上升了许多; 而在地域上, 中国大陆的突变病毒案例占了绝大比例. 这些结果都有助于我们研究病毒高致病力的进化情况.     

A型禽流感病毒的分子模式

A型禽流感病毒能跨越宿主屏障, 引起人死亡. 高致病性禽流感H5N1亚型病毒就是一个特例. 跨宿主传播的分子机理目前仍不清楚. 将不同亚型的237株流感病毒的内部蛋白序列转化为伪信号, 采用小波包分解的方法提取能量特征. 依据每株病毒的能量特征值, 进行层次聚类. 聚类结果显示, 5种分子模式存在A型禽流感病毒中, 并与跨宿主传播的表型相关联. 分析结果同时显示, 模式为C和E的病毒可以跨越宿主屏障, 而模式为A, B和D的病毒缺乏此种能力. 结果表明, 可以用来构建一个早期预警系统, 用来预测A型禽流感跨越宿主传播的可能性.     

一个迫近的危险的信号--大批候鸟死于H5N1亚型高致病性禽流感

自2003年以来,包括泰国、越南和中国在内的10个亚洲国家都相继或同时爆发了H5N1亚型高致病性禽流感.在这一次禽流感爆发中,不仅鸡、鸭、鹅受到了感染,一些哺乳动物如云豹、老虎和猫也难逃一劫,更值得注意的是,这一亚型禽流感还可感染人类,并至少造成60人死亡,引起了世人的广泛关注.