从狡猾的H7N9病毒，再认识我们自己的糖复合物
北京2月11日报告一例输入性H7N9流感病例，给春节期间坚守岗位的医务人员又增添了一层压力。这个病死率高达 30% 到 50% 的致命的病毒，这个春节在浙江，安徽，江苏的流行，推测是首先起于该病毒在我国禽类的最近一次流行，然后携带 H7N9 禽流感病毒的禽类及其粪便，羽毛等，通过呼吸道传染或者接触传染等方式传播给人类。人和人之间的直接传染，目前还没有临床数据支持，虽然我国科学家陈化兰等报道，在实验室条件下，用类似人传染的雪貂动物模型，存在人和人个体之间直接传播的可能。
H7N9 病毒寄生于禽类和人类，依靠病毒血凝素蛋白 （HA）和禽类呼吸道上皮细胞表达的配体的结合。病毒血凝素蛋白 （HA）的配体，不是蛋白结构，而是一类特殊的生物大分子，糖复合物。
糖复合物是单糖分子由糖苷键结合形成的大分子。人类在发明输血技术中发现的血型ABO抗原系统，就是糖复合物，抗原结构和蛋白没有任何关系。小儿和老年人注射的肺炎链球菌疫苗，细菌抗原的结构也是糖复合物。这一类大分子的结构的高度复杂性，使得这一领域的研究和数据极其稀缺。只到1990年左右，ABO血型抗原的精确结构才被美国科学家 Steven Levery 和 Sen-itiroh Hakomori 解析，这已经距ABO血型抗体发现后近一个世纪了。
病毒血凝素蛋白 （HA）的配体，经过最新的糖复合物芯片技术的研究，发现是末端的唾液酸结构。H7N9 作为禽流感病毒，在禽类互相传播时，优先结合的是禽类呼吸道上皮细胞表达的 alpha 2，3 连接的唾液酸。然而，人类呼吸道上皮表达的并不是 alpha 2，3 连接的唾液酸，而是 alpha 2，6 连接的唾液酸，那么这个狡猾的病毒是怎样侵袭人体的呢？
我国科学家高福（中科院微生物所），Ian Wilson (Scripps 研究所， 上海科技大学) 等团队发现 （1，2），侵犯人类的 H7N9病毒，其血凝素蛋白发生了病毒基因突变，导致了血凝素蛋白和我们人体的alpha 2，6 连接的唾液酸发生了结合！
但是糖复合物芯片技术使用的糖复合物，是一个简化的糖链末端结构的版本，alpha 2，6 连接的唾液酸到底是连接在什么样的糖复合物大分子上，目前还是一个谜。这就得从我们人体的各类糖复合物开始搜索。
人体的主要糖复合物，有 N－糖链，O－糖链，蛋白聚糖，糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白，鞘糖脂等，寻找H7N9 病毒血凝素蛋白的配体，需要象侦探一样逐个排查。
N－糖链，是连接在糖蛋白的天冬酰胺 （Aspragine， 英文简写 N） 上的糖链。N－糖链在人体90%的膜蛋白和分泌蛋白都有表达，最近发现抗体的N－糖链对其生物活性和药理活性起关键的调节作用。催化 N－糖链末端 alpha 2，6 唾液酸合成的酶是 ST Gal I。但是西奈山医学院的 Peter Palese 发现，感染人类的流感病毒 在 ST Gal I 的基因敲除小鼠可以正常复制 （3），这个数据不支持 N－糖链上的 alpha 2，6 唾液酸是人类流感病毒 血凝素（包括 H7N9）的唯一配体，但是也不排除 N－糖链是含有 alpha 2，6 唾液酸 的血凝素配体之一。
O－糖链，是指连接在糖蛋白的丝氨酸 （Serine）或者苏氨酸 （Threonine）上的糖链。炎症反应时，白细胞就是通过 PSGL－1 糖蛋白的O－糖链，结合血管内皮细胞表达的凝集素 L－Selectin， 进行白细胞在炎症组织的粘附和激活的。肺呼吸道上皮细胞的MUC1，MUC4等糖蛋白高度表达 O－糖链，末端有alpha 2，6 唾液酸，所以这也是一个H7N9 病毒血凝素蛋白结合的嫌疑对象。
蛋白聚糖，是一类特殊的糖蛋白，由一条或多条糖胺聚糖和一个核心蛋白共价链接而成。一个造成极其恶劣的国际影响的关于蛋白聚糖的案例，是不法商贩在猪肠来源的药用肝素的原材料中掺加鱼类来源的硫酸软骨素，导致美国数百名病人产生对鱼类硫酸软骨素的抗体，发生过敏性休克而死亡的事件。蛋白聚糖除了硫酸基团，也含有 alpha 2，6 唾液酸，也是H7N9 病毒血凝素蛋白结合的嫌疑对象。
糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白，是和磷脂酰肌醇(glycosylphophatidylionositol，GPI)共价相连而被锚定在质膜的外侧的蛋白。这一类蛋白可以有高度的N－糖链修饰和 O－糖链修饰，糖链部分可以包含 alpha 2，6 唾液酸。
鞘糖脂又称糖神经胺醇脂，由非脂的糖基部分与神经鞘氨醇相连构成。糖基部分可以包含alpha 2，6 唾液酸。
排查下来，各种主要糖复合物的末端 alpha 2，6 唾液酸，都有结合H7N9 病毒血凝素蛋白的嫌疑。那么这个狡猾的病毒，到底是结合了什么样的糖复合物结构呢？糖复合物配体的亲和力往往偏低，需要多价的配体形成簇状结构和血凝素结合，那么多价的簇状结构是怎样合成的？H7N9 病毒血凝素蛋白和我们体内alpha 2，6 唾液酸 的结合，能否通过化学合成的类似结构来阻断？这些问题将在我们对自己的糖复合物有更精确的认识后得到回答。
1.Yi Shi, Wei Zhang, Fei Wang, et al. Structures and Receptor Binding of Hemagglutinins from Human-Infecting H7N9 Influenza Viruses.Science.2013 Oct 11;342(6155):243-7
2.Rui Xu， Robert P. de Vries， Xueyong Zhu， et al. Preferential Recognition of Avian-Like Receptors in Human Influenza A H7N9 Viruses. Science. 2013 Dec 6；342(6163)：1230-5.
3.Glaser L， Conenello G， Paulson J， Palese P. Effective replication of human influenza viruses in mice lacking a major alpha2，6 sialyltransferase. Virus Res. 2007 Jun；126(1-2)：9-18.
来源：同济大学医学院 上海市肺科医院/周大鹏
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