H7N9 禽流感病毒的跨物种传播

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从历史资料和现有的研究资料表明，1918 ~ 2009年发生在人类的四次流感大流行都涉及流感病毒基因重组后引起的跨种传播。 流感是人类史上危害最大的传染病之一。甲型流感病毒分别在1918年、1957年、1968年和2009年四次引起了全球性流感大流行(flu pandemic)，严重危害人类健康，对社会造成了很大的冲击，其中1918年的大流行造成了全球超过5000万人死亡。除四次流感大流行外，季节性流感也每年对社会、经济造成了极大的负面影响。2013年春天，华东地区首先发现人感染禽流感H7N9 病毒病例，通过实施控制活禽市场等措施，第一波的H7N9人感染在2003年5月底消失， 但是H7N9病例在2013年秋天在浙江、广东等地重现。H7N9禽流感病毒对人类感染的高致病性和潜在传播性，对人民健康和社会稳定构成重大威胁。尽管自1997年以来，H5N1和其他亚型禽流感病毒(H7N7、H9N2等)相继发生感染人事件，但是H7N9 感染人的能力远超出任何其他已知的禽流感病毒。 H7N9禽流感病毒的特性从目前掌握的资料分析，H7N9具有一些独特的特性: ①在临床上，人类感染H7N9的病例中有相当一部分病情发展迅速，很快进展为重症肺炎，出现严重的并发症，严重者导致多器官衰竭而死亡。H7N9禽流感病毒引起危重症和死亡病例的发生根本原因除了人类普遍缺乏免疫力和机体的过度反应性外，病毒本身独特的感染能力和致病性增强也是其重要原因。 ②H7N9禽流感病毒同高致病性H5N1 禽流感病毒不同，尽管人感染病毒大多呈现危重病情，但病毒在禽类感染没有任何表现，这在预防和控制上造成了很大的难度。 ③H7N9禽流感病毒的人感染病例短时间在多地暴发，并从2013 年延续到2014年，这提示病毒具有其他禽流感病毒没有的感染人类的能力。 国内和国外多个实验室的动物传播实验发现，H7N9禽流感病毒能够通过接触和低程度气溶胶在动物之间传播，虽然这种能力还是处于很低的水平，但这种情况在H5N1禽流感病毒并没发现，由此可以看出H7N9禽流感病毒具有其他禽流感病毒没有的感染人类的能力。 从历史资料和现有的研究资料表明，1918 ~ 2009年发生在人类的四次流感大流行都涉及流感病毒基因重组后引起的跨种传播。由于流感病毒亚型多、基因易变、不同病毒间的基因重组在不停地发生，频繁的重组和基因突变使得每隔一段时间就会产生具有跨种传播和能引发大流行的流感病毒。然而，我们对流感病毒跨种传播及其致病的分子基础却还了解甚少，如何利用目前已知的流感病毒的知识和研究手段，对那些具备初步感染人能力的动物源性流感病毒如H7N9 和其他亚型的禽流感病毒的跨种传播及其潜在的引起大流行的能力做出有效的评估，是目前应对H7N9 和将来可能出现的其他人感染禽流感病毒的关键。 禽流感病毒跨种传播的分子机制是解开H7N9 禽流感病毒致病及潜在形成大流行的关键环节。 禽流感病毒跨种传播的分子基础 甲型流感病毒存在和流行于多种物种，尽管近年在蝙蝠中发现甲型流感病毒存在，但目前还是普遍接受野生水禽是甲型流感病毒的自然宿主。在通常情况下，病毒受到中间传播障碍的限制只能在已经适应的物种中流行和传播，但是在一定的条件下，水禽中的甲型流感病毒可能跨种感染岸禽(如鹌鹑和鸡等)，岸禽动物通过动物间的相互作用发生进一步的种间传播，在某些目前我们尚未完全了解的条件下，动物甲型流感病毒可能通过获得某些基因突变、进一步适应或重组而打破种间限制发生人感染，这个过程从而提供了大流行流感病毒形成的可能，最后发生动物源性的甲型流感病毒通过跨种感染把病毒传播给人类。了解流感病毒大流行如何产生必须了解流感病毒感染的过程。流感病毒的感染周期可以分成病毒对宿主细胞受体的吸附，病毒通过膜融合进入细胞，病毒基因组进入细胞核，并进行病毒基因组复制、转录和在细胞质完成的蛋白质合成、病毒包装和释放这几个过程。在感染过程的各个环节中，病毒和宿主细胞的相互作用机制决定了病毒的复制效率，病毒的复制效率又决定了病毒的致病性和传播能力，高致病性流感病毒与其快速复制的能力紧密相关，所以病毒感染过程的病毒宿主相互作用的分子基础是揭开病毒跨种传播和致病性的关键。 展开引用 禽流感病毒跨种传播三要素根据病毒与宿主细胞相互作用的过程，禽流感病毒包括H7N9亚型的跨种传播包括三要素: ①流感病毒对细胞受体的特异性识别。H7N9 禽流感病毒必须对人细胞，特别是呼吸道上皮细胞表面的受体有一定的吸附能力。 ②流感病毒拮抗宿主的限制和免疫反应。病毒进入细胞后必须克服细胞天然免疫力的限制，病毒拮抗宿主细胞的限制和免疫反应是病毒能否进行繁殖的关键。 ③流感病毒在宿主中的适应性和复制。病毒必须利用宿主的体系进行复制、转录和翻译，季节性流感病毒已经适应了人类细胞的体系，而H7N9 禽流感病毒的复制酶体系需要获得一定的适应性突变才能在人类细胞繁殖和复制。 只有满足这三个条件，禽流感病毒包括H7N9 亚型才能跨种感染人类并进行传播。 ...... 流感大流行形成的过程(一) 血凝素结合受体位点变异与H7N9病毒跨种感染能力的关系 流感病毒吸附到细胞受体上是形成感染的第一步，禽流感病毒和人流感病毒分别识别不同类型的细胞表面受体。禽流感病毒是特异性结合到以Siaa2，3Gal 方式连接到糖分子上的唾液酸受体上，而人流感病毒则是特异性结合到以Siaa2，6Gal 方式连接到糖分子的唾液酸受体上。此外，长期的进化及在多种物种的流行和传播使得流感病毒形成了多种血清学亚型，这些亚型的血凝素结合受体区在序列上各有其独特性，不同血清学亚型病毒的血凝素蛋白结构对受体结合区的结构要求可能不同，禽流感和人流感的血凝素(HA)的结构决定了这种受体的特异性，禽和人的不同受体分布也形成了禽流感和人流感的宿主限制性。除禽类体系的受体外，猪被认为是一种禽和人流感的“混合器”，它的呼吸道既有禽类型的受体，也有人类型的受体，所以两种类型的病毒都可以感染猪，并可能在共感染猪的过程中发生重组形成新病毒。虽然禽流感病毒和人流感病毒因受体的特异性限制了跨种感染，但是，某些禽流感病毒， 如2003 年以来的H7N9，1997 年以来的H9N2、H5N1，以及最近在江西发现的H10N8 禽流感病毒已经显示能有限度地感染人，尽管它的受体特异性仍以禽类为主。但是受体特异性并非是唯一的因素，2009 甲型H1N1 流感病毒被普遍认为是从猪传给人的，并能在人群中有效传播，但研究发现2009甲型H1N1 流感病毒具有双重的受体结合能力。对所有人感染H7N9 病毒序列分析发现这些病毒的血凝素蛋白(HA)都带有Q226L 的突变，Q226L 突变可能使得H7N9 禽流感病毒具有初步结合人受体的能力，但已发表的实验结果显示2013 ~ 2014 年分离到H7N9 禽流感病毒的受体特异性仍以禽类为主。同时值得注意的是，H9N2 禽流感病毒HA 也同样具有Q226L 突变，但从1997 年首次发现人感染H9N2 到现在，H9N2 的人感染病例数仍然很低，因此，除Q226L 突变外，还有其他病毒因子共同决定了H7N9 的独特感染人的能力，深入研究H7N9 禽流感病毒在不同宿主的受体适应性对评估病毒感染人的可能性非常重要，了解决定禽流感病毒受体特异性的结构基础可以帮助识别H7N9 禽流感病毒在受体结合上对宿主特别是人类细胞的适应能力。 HA蛋白的三维结构及受体类似物结构(二) 病毒繁殖体系的适应性突变与H7N9的跨种感染 流感病毒和宿主细胞受体的结合对感染的形成很重要，但病毒对宿主细胞的吸附能力本身还不能决定能否成功形成跨种感染和传播。H9N2亚型禽流感病毒自1999年起就发现可以感染人，病毒对受体的吸附实验研究发现H9N2病毒具有结合人受体的能力同时H9N2 病毒又在禽(鸡)中广泛存在，但目前的数据显示，H9N2病毒感染人还只是偶发，这些现象说明除受体特异性外，还有其他因素决定着跨种传播。病毒进入细胞后，其基因组在感染的细胞中进行复制、转录和合成病毒蛋白质，这些过程在很大程度上依赖于细胞的机制。研究发现，哺乳类动物细胞的某些因子对禽流感病毒有限制作用，这些细胞限制因素很大部分在流感病毒的复制机制上起作用，流感病毒的多聚酶复合体亚基PB2 和病毒核蛋白质NP 都已经被证明是细胞限制因素作用的靶点，所以禽流感病毒进入人类细胞后需要进行适应性突变，在这方面研究最多的是流感病毒复制酶体系的碱性亚基PB2，在已经发现的PB2 适应性突变中，PB2 E627K、D701N 和Q591K 位点的突变已经在禽流感H5N1 人感染病毒中发现。不同病毒可能利用不同的PB2 适应性突变达到在人体细胞的繁殖， 如2009H1N1 甲型流感病毒利用G590S / Q591R 进行适应性突变。印度尼西亚是目前发现H5N1人感染病例最多的国家，但在印度尼西亚的人感染H5N1 病毒中，很大一部分还未能确定病毒所采用的PB2 适应性突变，估计还有未知的适应性突变尚未被鉴定，这些已知的和尚未发现的细胞与病毒PB2 复制酶亚基间的相互作用是流感病毒跨种传播的障碍之一。从目前分离和鉴定的H7N9 病毒的序列分析发现，几乎所有从H7N9 人感染病例分离的病毒其PB2 基因都带有病毒在哺乳类细胞繁殖所需的适应性突变的其中一种，如E627K、D701N或591K 位点的突变，这种多样化的复制酶PB2 亚基适应性突变在其他禽流感病毒感染人病例中并没有发现，这可能是H7N9 病毒不同于其他禽流感病毒的特征之一。所以目前进一步研究细胞限制因素在H7N9 禽流感病毒复制、转录和蛋白质合成中的作用有助于确定那些细胞限制因子的功能，并为设计新型药物的病毒靶点提供科学依据。 (三) 病毒拮抗细胞天然免疫与H7N9 禽流感病毒的跨种感染 病毒感染会诱发细胞的抗感染反应，流感病毒也不例外。感染与细胞抗感染的关系形成了流感病毒和感染细胞的另一种相互作用，这也是流感病毒跨种传播的障碍之一。哺乳动物进化发展了完善的天然免疫力(innate immunity)以抵御病毒感染，但很多病毒也具备了逃避和对抗细胞这些天然免疫力的机制，已知流感病毒的非结构蛋白NS1 就起着对抗细胞免疫的作用。流感病毒NS1 参与了多种细胞抗病毒信号转导通道之间的作用，构成了感染与免疫系统之间互相拮抗的复杂网络。近年的研究发现，流感病毒NS1拮抗细胞天然免疫中RIG-Ⅰ、OAS 等上游的感染感受信号，同时又与PKR、PI3K 和NF90 等细胞抗病毒因子有直接的相互作用。NS1 同抗病毒的细胞限制因素和信号转导的拮抗机制是流感病毒跨种传播和宿主限制性的另一重要部分，也是抗病毒药物的潜在靶点。从H7N9人感染临床分析发现，大部分患者都表现异常的细胞因子反应，这种现象同人感染高致病性H5N1 禽流感相似，但目前还不清楚H7N9 病毒在拮抗细胞天然免疫方面有没有特别的能力，对H7N9 禽流感病毒NS1 蛋白功能的研究将有助于解开H7N9 禽流感病毒独特的跨种感染人的分子机制。 (四) 病毒吸附和释放的平衡与H7N9 禽流感病毒的跨种感染 病毒复制和包装后从宿主细胞释放是病毒完成感染周期的关键之一。流感病毒的表面蛋白质唾液酸酶(又称神经氨酸酶，NEｕRａｍINIDａSE，NA)的功能是控制流感病毒释放的关键，目前几个主要的抗流感药物，包括达菲(Tamiflu )和乐敏清(Relenza)都是以NA 作为靶点的。流感病毒的吸附和释放是两个相反的过程，并由两个表面蛋白HA 和NA 分别控制，这两个蛋白质在病毒感染过程中如何达到一种功能的平衡是流感病毒适应新宿主的另一重要环节，也是禽流感病毒包括H7N9 病毒跨种传播的一个关键部分。目前我们对禽流感和季节性流感在病毒吸附与释放的平衡了解很少，对不同禽流感包括H7N9、H9N2、H5N1 及其他尚未发现人感染的禽流感病毒在病毒吸附与释放的平衡方面进行比较将使我们对H7N9的独特感染人能力有进一步的认识。 综上所述，流感病毒感染的几个重要环节都涉及与宿主细胞的相互作用，这些作用构成了细胞和病毒之间的抑制和反抑制的复杂关系。人类历史上的四次流感大流行各有不同，但其内在的分子基础却有相关性。相关科研项目就是要通过研究病毒感染过程各个环节中同细胞的作用，分析比较这些大流行流感病毒在这些机制方面的共同点与差异，探讨目前H5N1、H7N7 和H9N2 禽流感病毒形成有效跨种传播的可能性，研究结果将使我们对流感病毒的跨种传播及引起大流行的分子基础有进一步认识，为未来更有效地监控流感大流行提供更好的依据、策略和手段。 流感病毒的跨种间传播途径 从流感整体防控的角度揭开H7N9禽流感病毒高致病性、跨种传播和可能引发大流行的分子基础有十分重要的理论和现实意义。 H7N9 禽流感病毒跨种感染及其传播能力研究 跨种感染的直接适应性和重组病毒是发生流感大流行的基础，具有不确定性，虽然并不会像季节性流感那样经常发生，但其突发性和严重性对人类造成了很大的威胁。如果我们能以前四次大流行流感病毒为鉴，研究和预测下次流感大流行发生的时间和病毒，这样威胁就可以得以控制。但是，每次流感大流行都有其特殊性，研究H7N9 禽流感病毒跨种感染和传播能力需要通过分子病毒学、细胞生物学、分子流行病学及分子免疫学对禽类和猪群的流感病毒与感染人的流感病毒进行系统分析，对H7N9 病毒的形成过程进行基因型重组、进化和基因适应性突变分析，并侧重分析禽与人类病毒的协同进化动态和重组病毒在动物模型的适应性情况，同时分析人感染H7N9 流感病毒株的遗传和流行特点，阐明跨种传播、高致病性的流感病毒变异株遗传、免疫特点及其传播能力，发现流感病毒跨种传播的新毒株。从流感整体防控的角度揭开H7N9 禽流感病毒高致病性、跨种传播和可能引发大流行的分子基础有十分重要的理论和现实意义。剖析人流感病毒和H7N9 禽流感病毒跨种传播与宿主限制的分子机制，从调控病毒复制和病毒拮抗细胞天然免疫方面研究新一代抗病毒药物靶点，研究发现将能广泛应用于将来可能出现的禽流感病毒，对我国在传染病防控的相关产业提供有力的理论和实际应用支持。 本文作者陈鸿霖，由刘四旦摘编自李兰娟主编《人感染H7N9禽流感》一书。该书共分14章，内容包括H7N9禽流感的病原学、流行病学、发病机制、病理生理、临床诊治、疫苗研制、护理、院内感染的防控等，并且重点介绍了使用“四抗二平衡”的策略对重症患者进行治疗，融入了作者在抗击H7N9禽流感过程中的实践经验和研究成果。 【转帖】http://www.dxy.cn/bbs/topic/30748627