禽流感病毒致病机制的研究进展.doc

文献综述禽流感病毒致病机制的研究进展摘要：禽流感对畜禽养殖业造成巨大经济损失，并对人类健康造成威胁，已成为各国公共卫生关注的人畜共患病。本文从禽流感病毒（Avian Influenza Virus .AIV）的分子学特性，跨越种属的传播机制以及各基因组份与致病性的作用等方面进行简述。关键词：禽流感病毒；传播机制；致病机制前言禽流感（Avian Influenza.AI）是由正粘病毒科A型流感病毒（Avian Influenza Virus. AIV）引起的禽类急性传染病，被世界动物卫生组织和我国家畜家禽防疫条例列为A类烈性传染病。禽流感病毒根据其核蛋白（NP）和基质蛋白（M1）抗原性及其基因特性的不同可划分为A、B、C型。其中A型流感病毒感染范围最广、危害最大，常以流行性的形式出现，并能引起世界性人流感的大流行。A型流感病毒也可以从各种动物体中分离到，例如人、猪、马、海洋哺乳动物、猫、狗和鸟类等1。根据对鸡致病性的不同，AIV可以分为高致病性禽流感（Highly Pathogenic Avian Influenza.HPAI）和低致病性禽流感（Low Pathogenic Avian Influenza.LPAI）。高致病性AIV由于其传染性极强，可引起家禽全身性感染，造成多个组织器官严重病理损伤，致死率达100%，其感染禽类达88种，主要是鸡、鸭、鹅，除此之外，还可感染猪、猫、狗、老虎等哺乳动物和人类，是一种人畜共患病，对各国的公共卫生构成严重的危害2。近年来不断增加的H5N1亚型禽流感病毒（AIV）直接感染人、致人死亡的事件不断增加。本文对禽流感病毒致病机制的研究进展综述如下，以期提高人们对公共卫生学意义上禽流感防控紧迫性的认识。AIV生物学特征流感病毒属正黏病毒科，是一种呈球形或杆状、有包膜的单股负链RNA病毒，其基因组分为8个节段，编码血凝素（hemagglutinin, HA)），神经酰胺酶（neuraminidase, NA），基质蛋白（matrix protein,M）M1和离子通道M2，非结构（nonstructrual,NS）蛋白NS1和NS2，核蛋白（nucleo protein,NP）以及三个聚合酶PB1、PB2（polymerase basic1, 2）和PA（polymerase acidic）以及新发现的与有道细胞凋亡有关的PB1-F2蛋白3等10种蛋白。根据核蛋白和基质蛋白的抗原性不同，流感病毒被分为甲型、乙型和丙型，AIV属于甲型流感病毒。甲型和乙型流感病毒的主要抗原表位位于跨膜糖蛋白HA和NA，根据这些糖蛋白抗原性的差异，甲型流感病毒可分为16个H亚型（H1- H16）和9个N亚型（N1- N9），其中引发HPAI的病毒均属H5和H7亚型。禽流感病毒跨越种属屏障从家禽直接感染人与其基因的分子结构的特殊性有关。该病毒的基因组为分节段的特性使其因易于发生基因的漂移和转换而出现变异，造成致病性和感染宿主的改变，研究表明禽流感H5N1病毒感染人类与其分子结构的变异有关。血凝素HA是嵌合于病毒包膜内并被糖基化和酰基化的蛋白,其位于包膜外侧的呈刺突状的球形头部与细胞受体的结合有关。神经氨酸酶NA也是跨膜糖蛋白，具有唾液酸酶活性，并在病毒出膜时释放位于细胞表面的子代病毒。该功能不仅可以避免释放过程中病毒的聚集，还可能有助于病毒穿透上皮组织的黏膜层以完成对细胞的吸附4。核蛋白NP是构成病毒核衣壳的主要蛋白成分，它是一种单体磷酸化的多肽，具有型特异性，参与构成选择特异性宿主的因素。基质蛋白M是由基因组片段7编码，片段7有2个ORF，可转录出2个mRNA，分别翻译出一种蛋白，即M1和M2。M1由252个氨基酸残基组成，在多肽链上无糖基化位点，除了作为结构蛋白外，还参与调控病毒的转录和被感染细胞的胞核与胞浆间的物质转运5。非结构蛋白NS由片段8编码。片段8也有2个ORF，可编码2种蛋白质，即NS1和NS2。这两种蛋白质大量存在于感染的细胞中，NS1主要在核内，NS2主要在胞浆内，在病毒粒子内不存在这两种蛋白成分。聚合酶P由3种成分组成，PB1、PB2、PA。流感病毒3个最大的vRNA片段l、片段2、片段3编码的蛋白质分别为PB2、PB2、PA。它们在A和B型病毒中有类似的结构和功能。在感染后的复制过程中，聚合酶蛋白质合成的数量虽然很少，但它们对病毒的基因表达和复制来说是必需的。聚合酶蛋白与vRNA和NP一起连接形成非共价键的复合体，PB1和PB2是碱性蛋白，而PA为酸性蛋白。病毒的聚合酶蛋白质不直接启动RNA表达，而是要用宿主的mRNA作为启动子。PB2识别帽状RNA后开始内部核酸酶的活动。PB1不仅负责cRNA和vRNA的合成，而且与mRNA延伸有关。PA的功能还不太清楚，可能扮演蛋白质激酶或螺旋解螺旋的角色。AIV跨越种属的传播机制.禽类之间的传播低致病性禽流感病毒一般在野生水鸟中形成稳定的循环。除宿主间的直接传播外，通过含有病毒的水体和污染物的间接传播也是病毒传播的一条重要途径。与哺乳动物（人、猪和马）中流感病毒的感染不同，后者主要以气溶胶的方式传播。当禽类在春天返回繁殖后代时，这些禽类及其后代（易感）就会被水中偶尔释放出的病毒再次感染。当家禽与野生禽类共用水源，或者食用已被感染的野生禽类污染的水或食物，病毒就极有可能由野生禽类传播给家禽6。家禽一旦受到感染，就会分泌足量的高致病性禽流感病毒，以确保其在一种家禽内及不同家禽间的持久传播。此外，出售的活禽若处在拥挤的情况下，病毒传播的机会也会大大增加7。在H5N1亚型高致病性禽流感病毒出现之前，高致病性禽流感病毒不大可能会由家禽再次传染野生禽类。然而在2005年4月，中国西北地区的青海湖出现了H5N1引发的高致病性禽流感,致使数千只斑头雁及其他迁徙的鸭类、鸬鹚和海鸥发生感染。因此，由野生禽类介导的H5N1病毒的传播应当引起足够的重视。.向其他哺乳动物的传播在适宜的情况下，禽流感病毒可传播给不同种类的哺乳动物，经几轮复制和适应性改变后就可成为新的流行毒株。欧洲猪群中主要流行的是类似禽流感H1N1的病毒。一种人2禽重排病毒H1N2于1992年在英国首次被分离到,而且该病毒的流行区域不断扩大。在美国流行的则是由H1N1、人类的H3N2和禽类的亚型病毒重新组合形成的三联重排病毒(H3N2)。在猪群体内还发现其他可能来源于禽类的亚型病毒如H1N7、H4N6等,如2003年在中国东部的猪群中流行的是禽源H9N2病毒。除猪以外,在海洋哺乳动物和马的体内也发现过禽源的甲型流感病毒。.向人类的传播病毒的H和N糖蛋白针对某一宿主的特异受体类型而产生的适应性改变对于病毒的有效复制至关重要，这意味着病毒经种间传播后，HA蛋白的受体结合部位会发生形态变化。不同流感病毒感染的宿主特定组织可表达多种唾液酸寡聚糖，禽流感病毒普遍对2，3连接的唾液酸(SA)亲和力最高，这是因为该型SA是易感宿主内源性上皮组织(肠道和肝脏)的主要受体。与此相反，人流感病毒主要对人呼吸道无纤毛上皮细胞上以2，6方式连接的SA有较高的亲和力。这种受体的偏好性也属于种间屏障的范畴，该屏障可阻止禽流感病毒以非经口方式传播给人，然而最近Matrosovich等9的研究发现，在人气管中存在有纤毛的上皮细胞,该细胞具有密度较低的与禽流感受体类似的糖配体，而鸡的细胞中也存在低密度的人源性唾液酸受体，这也解释了为什么人类仍有感染某种禽流感病毒的可能。AIV的致病机制.血凝素HA与致病性的关系AIV感染细胞时，HA首先与宿主细胞表面的含有唾液酸的细胞受体结合。传统的观点认为,，AIV的HA与2，3唾液酸受体结合而不与2，6唾液酸受体结合，而人流感病毒的受体结合特异性则恰恰相反。人气管内主要表达2，6唾液酸受体，而禽气管内主要表达2，3唾液酸受体，因此受体特异性决定了流感病毒的宿主范围的限制性。而猪是唯一的即能表达2，3唾液酸受体，又能表达2，6唾液酸受体的动物，所以猪对人流感病毒和AIV同样易感。这也是猪可作为AIV和人流感病毒“混合器”的分子依据。但是，意外的是，1997年香港H5N1流感发生时收集的毒株其HA受体结合性质却与上述理论不同：无论是人源毒株还是禽源毒株。均与2，3唾液酸受体结合而不具有2，6唾液酸受体结合。而对1999年香港活禽市场的H9N2病毒的分析表明，其具有2，6唾液酸受体特异性。这些发现证实了AIV的受体结合特异性并不是首要的决定AIV由禽到人传播的限制因素。病毒进入细胞后，HA参与病毒囊膜与细胞膜的融合。要完成这一过程，HA必须经过蛋白酶的切割变成HA1和HA2。HA能否裂解为HAl和HA2关系到该病毒粒子致病力的强弱。而HA对蛋白酶裂解的敏感性又直接影响到病毒的毒力。HA基因中多碱基切割位点的存在是决定AIV高致病性的一个分子特征。已有很多深入的研究证明了HA裂解位点的结构与病毒病原性的相关性。此外，研究表明H5亚型AIV的致病性强弱还受到HA上其他氨基酸的调节，有一些在裂解位点处含有多个碱性氨基酸的H5亚型流感病毒对小鼠和鸡不表现出高致病性。.核蛋白NA与致病性的关系NA可以影响宿主细胞对HA的裂解活性，NA与HA之间的平衡会影响到流感病毒对靶细胞的感染与释放。NA蛋白茎部长度对其生物学活性也很重要，NA茎长在052个氨基酸变化时，病毒在组织培养时复制能力无变化，然而在鸡胚中茎越长病毒复制能力越好，NA无茎，则病毒只局限在呼吸器官复制。.RNA聚合酶与致病性的关系流感病毒的RNA聚合酶分为PB1、PB2、PA三个亚基。PB2基因影响流感病毒致病性的分子基础可能不是一个或两个氨基酸，而是由多个氨基酸或PB2的3端蛋白构象决定的。Hatta等10通过突变分析证实，AIV致病性强弱与PB2上627位氨基酸有关。当627位为赖氨酸(Lys)时，病毒能在小鼠体内高效复制。PB2基因上另一个决定流感病毒致病性的位点是701位的氨基酸。我国学者陈化兰等的研究表明该位上的天冬氨酸( D)被天冬酰胺所替代，则可导致鸭源H5N1亚型AIV对小鼠有高致病力11。此外，PB1编码的AIV的第11种新蛋白PB1-F2对AIV的毒力起重要作用。该蛋白大量存在于细胞的线粒体中，能够诱导细胞凋亡，使机体无法对AIV的攻击做出反应12。.非结构蛋白NS与致病性的关系A型流感病毒片段8编码的NS1蛋白是型干扰素( IFN)的拮抗剂，NS1的第92位氨基酸为谷氨酸( E)是其对哺乳动物高致病性的一个解释。该位点为E的AIV可以有效的抑制组织细胞IFN的抗病毒作用，减少哺乳动物体内病毒的清除，从而促进病毒的感染13。总之，关于不同基因片段对AIV致病性和在不同种属的宿主进行传播的作用，各国学者已经做了多方面的研究。但是最有可能的是，AIV的多个基因均参与了其对宿主的致病过程，而且感染结果是有宿主依赖性的。此外，通过抗原漂移和抗原转换，AIV不断产生变异株，从而逃避宿主已经获得的免疫机制。变异频率最高的是AIV的两种表面糖蛋白HA和NA，当HA和NA发生抗原变化时，AIV的毒力和致病性也可能发生改变。高致病性禽流感H5N1的致病机制可能涉及多种因素，如病毒组织嗜性、复制水平和在不同细胞中病毒基因的表达以及传播能力等。一些治疗手段可能只针对其中的某方面发挥作用，而对病毒诱导细胞反应的机制进行深入研究则有助于通过特异性的免疫调节机制对该病进行治疗。小结目前，禽流感已给世界养禽业造成了巨大的经济损失，更重要的是它对人类健康也构成了极大威胁，所以AI的防治工作已经提升到前所未有的公共卫生学高度。AI是一种古老的禽类传染病，对于人类又是一个新的课题。要高度警惕禽流感病毒可能发生抗原变异，所以首先要搞清楚禽流感病毒的致病机制，对于禽流感的危害，我们必须要有全面、正确、科学的认识。参考文献：1Bresson J L, Perronne C,Launay O, et al. 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