[转移贴]最近翻译的一篇流感综述

cao1976

原贴由睡皮21发表于 2009-5-6 15:49


The biology of influenza viruses
流感病毒的基因组是分节段的单负链RNA，需要病毒来源的RdRp进行复制。基因组的特殊结构和病毒蛋白的功能使得病毒可以发生抗原漂移drift和抗原转换shift，导致病毒可以逃逸许多宿主的长期适应性免疫。
1.        The influenza viruses
甲、乙、丙型流感病毒，分别代表了正粘病毒科五个属中的3个，具有分节段的单负链RNA基因组。序列分析证实了这些病毒来自同一祖先，但是它们在遗传学上发生偏离，以致病毒之间RNA节段的交换只发生在各属或型之间，而不会发生在不同型之间。甲型流感病毒根据表面的糖蛋白（HA和NA）再进一步分为亚型。流感病毒的标准命名包括：型；分离出病毒的种（非人类）；分离出病毒的地点；分离的序号；分离的年；以及只有甲型流感病毒才有的HA和NA亚型。因此，A/Panama/2007/1999 (H3N2)是1999年在巴拿马分离出的甲型流感病毒，序号为2007，H3N2亚型。甲型流感病毒有许多遗传学迥异的亚型——16中HA和9种NA，只有3中HA和2种NA亚型的病毒引起过人类的流行epidemics。
2.        Virion structure and organization
在电镜下，甲型流感和乙型流感实际上无法区分。在形态上呈球形或丝状，球形的直径约为100nm，而丝状的形式通常会有300nm长。甲型流感病毒粒子表面镶嵌糖蛋白刺突HA和NA，突出于宿主来源的脂质膜，比例约为4：1。基质蛋白M2的数量更少，为跨脂质包膜的离子通道，M2:HA约为1:10~100。包膜和三个膜结合蛋白HA、NA、M2外覆盖有M1基质蛋白，将病毒核心密封。在M1基质的内部为出核转运蛋白（nuclear export protein ，NEP; also called nonstructural protein 2, NS2)和核糖核蛋白复合体（RNP）,RNP由病毒RNA节段及其外部覆盖的核蛋白（NP）和RdRp异源三聚体【由2个“聚合酶碱性”和1个“聚合酶酸性”亚单位(PB1, PB2, and PA)组成】组成。乙型流感比较相似，具有四个包膜蛋白：HA、NA、NB和BM2，而没有M2。丙型流感在结构上与甲型和乙型不同，在感染细胞表面，能形成500um长的索状结构。但是丙型流感的组成成分比较相似，在蛋白基质及RNA复合体上的脂质包膜有糖蛋白镶嵌。丙型流感只有一个主要的表面糖蛋白——血凝素-酯酶-融合（HEF）蛋白，与甲型和乙型流感病毒HA和NA功能相对应，还有一个次要包膜蛋白CM2。

3.        Genome structure
甲型和乙型流感病毒的基因组由8个单负链RNA节段组成，而丙型流感病毒的基因组由7个节段组成(see Table 1)。甲型和乙型流感病毒基因组的8个节段（丙型流感病毒的7个节段）由长到短的顺序编号。甲乙型流感病毒的1、3、4、5节段分别只编码一个蛋白：PB2, PA, HA 和NP蛋白。所有流感病毒都是由第2节段编码聚合酶亚单位PB1；某些甲型流感病毒毒株在第二节段也编码辅助蛋白PB1-F2，以一个a+1交替读码框（a +1 alternate reading frame）的方式编码，PB1-F2蛋白较小，只有87个氨基酸残基，具有促凋亡活性。在乙型和丙型流感病毒中没有发现与PB1-F2类似的蛋白。与甲型流感病毒第六节段只编码NA蛋白不同，乙型流感病毒的第六节段以一个a-1交替读码框的方式编码NA和NB基质蛋白，NB基质蛋白是一种膜整合蛋白，与甲型流感病毒中的M2蛋白相对应。甲、乙型流感病毒的第七节段都编码M1基质蛋白。在甲型流感病毒基因组中，M2离子通道也可由第七节段RNA 剪接的方式表达，而乙型流感病毒以a+1交替读码框的方式编码BM2膜蛋白。最后，甲乙型流感病毒都有第八节段，表达干扰素拮抗物——NS1蛋白,还通过RNA 剪接的方式表达NEP/NS2，NEP/NS2参与RNA从宿主细胞核的输出。丙型流感病毒的基因组结构与甲乙型相似，但是，HEF蛋白取代了HA和NA蛋白，因此比甲乙型流感病毒基因组少一个节段。
病毒RNA节段的末端形成螺旋形的发夹结构，并结合异源三聚体RNA聚合酶；节段的其余部分被富含精氨酸的NP覆盖，NP 带正电荷，结合在带负电荷的vRNA磷酸骨架上。每个vRNA
Table 1The genomic segments of influenza A/Puerto Rico/8/1934 (H1N1) virus and their encoded proteins
The PB2, PA, HA, NP and NA proteins are each encoded on a separate RNA segment. The M2 and NEP are both expressed from spliced mRNAs, while PB1-F2 is encoded in a+1 alternate reading frame (kindly provided by Megan L. Shaw).

在5’和3’末端都具有不同长度的非编码区。但是所有流感病毒的所有节段的最末端都是高度保守的。这些末端部分互补的碱基对作为vRNA复制和转录的启动子，受病毒聚合酶复合体的作用。非编码区还包括mRNA poly（A）信号和病毒的包装信号。
    分节段的基因组能够发生抗原转换（antigenic shift），甲型流感病毒可以通过抗原转换从不同亚型的病毒获得HA节段或NA 节段。这种节段重配可在不同人类或动物流感病毒感染一个细胞时发生，生成的新的病毒可能编码全新的抗原蛋白，而人群对此没有预存免疫。当抗原转换产生的新病毒对人类易感，而且人群对其缺乏特异性免疫力（immunologically naive）时就会爆发大流行（Pandemic influenza）。1918-1919年爆发的“西班牙”流感的致病因子是H1N1流感病毒，其致死率在近代来说是空前的，可能就是由抗原转化产生的。1918年的流感病毒进行进行重建研究发现，HA、NA和PB1基因与其极高的毒力和致病性有关。流感病毒获得新的表面抗原蛋白，而全球多数人对其缺乏特异性免疫力，几乎必然导致全球大流行的发生。
4.        The influenza virus replication cycle
        4.1 Virus attachment
        流感病毒识别宿主细胞表面的N-乙酰神经氨酸（唾液酸）。唾液酸是一种九C酸性单糖，普遍存在于许多糖轭合物的末端。因此，在许多动物的许多细胞类型都存在。唾液酸末端的C2可以结合半乳糖的C3或C6，形成α-2,3-或α-2,6-连接；这些不同的连接导致唾液酸末端形成独特的空间构型。唾液酸部分被流感病毒表面的HA刺突识别和结合，HA对α-2,3-或α-2,6-连接具有优先特异性。在人类气管上皮细胞中，α-2,6-连接占优势，而α-2,3-连接更多存在于鸭肠上皮细胞。人类呼吸上皮中也存在α-2,3-末端的唾液酸，尽管比α-2,6-连接少；因此，禽流感病毒可以感染人类和其他灵长类，虽然总的感染效率低于人类毒株。
        哺乳动物呼吸道唾液酸的差异表达可能有助于解释一些禽流感病毒感染性很低但致病性很高的原因。在人类α-2,3-连接的唾液酸化蛋白虽然总体上含量不高，但是在下呼吸道（细支气管和肺泡）中几乎普遍存在。空气传播病毒进入肺并不像进入上呼吸道（鼻咽、鼻旁窦、气管和支气管）那样容易；所以禽流感病毒感染人相对较少。但是，当禽流感病毒感染人类的肺，会导致严重急性进行性的肺炎；在这种临床环境下，病死率超过60%。
        HA分子的晶体结构是一个三聚体，具有两个结构独特的区域：一条茎，由3 股α螺旋的卷曲螺旋组成，和一个反向平行β折叠的球形头部，位于茎的顶上。头部包含一个唾液酸受体结合位点，被可变异的表位包绕，H3亚型为A、B、C、D，H1亚型为Sa、 Sb、 Ca1、Ca2和Cb (see Fig. 1)。在病毒复制时，HA蛋白由丝氨酸蛋白酶裂解生成HA1和HA2；这种翻译后修饰对于病毒的感染性是必需的。现认为HA2部分介导病毒包膜与宿主细胞膜的融合，而HA1部分包含受体结合位点和抗原位点。抗HA抗体中和病毒的感染性，所以病毒的抗原位点变异频繁；但是，在株和亚型之间病毒HA分子的茎-头构型比较保守。这些相对较小的抗原改变的累积过程就叫抗原漂移（antigenic drift）。最终，多个抗原位点的突变导致形成一种病毒株，其不再被宿主抗亲到病毒的抗体所中和，宿主又变得对其易感，被漂移毒株产生有效感染。
         
Fig. 1. Ribbon diagram of an uncleaved hemagglutinin monomer from the 1918 influenza A virus (H1N1), the causative agent of the “Spanish flu” pandemic. The head contains the sialic acid receptor-binding site, which is surrounded by the five predicted antigenic sites (Sa, Sb, Ca1, Ca2, and Cb). The stem comprises helices A and B and the fusion peptide, as shown. (Adapted from a figure, kindly provided by James Stevens and Ian Wilson, in [1].)

        4.2 Virus entry
        流感病毒HA（丙型流感为HEF蛋白）粘附到唾液酸之后，病毒被内吞。内体小室的酸性是流感病毒通过两条途径脱壳的关键。首先，低pH值触发了HA的构象改变，暴露出融合肽，融合肽介导病毒包膜与内体膜的融合，这样再打开一个小孔，病毒RNPs通过小孔释放到宿主细胞胞浆中。其次，内体的氢离子通过M2离子通道泵入病毒粒子。M2蛋白石一种跨膜粒子通道，只在甲型流感病毒中发现，有一部分与HA和NA一起在病毒包膜外。M2蛋白是金刚烷胺类抗流感病毒药的靶点，金刚烷胺类可阻断离子通道活性，阻止病毒脱壳；另外，因为M2是一个表面蛋白，它也被认为可作为疫苗成分。流感病毒粒子通过M2离子通道造成的内部酸化使内部的蛋白-蛋白联系瓦解，病毒RNPs从病毒基质释放到胞浆。
        4.3 Synthesis of viral RNA
        RNPs一旦从病毒粒子中释放出来，就会通过病毒蛋白的核定位信号(NLSs)运输到宿主细胞核。NLSs指导宿主蛋白将NLSs和其它病毒蛋白转运进入宿主细胞核。流感病毒RNA的合成是在细胞核完成的——包括宿主细胞以加帽加尾的mRNA作为模板翻译病毒蛋白，vRNA节段形成子代病毒的基因组。RNPs的成分之一RdRp被转运进入细胞核，以单负链vRNA为模板合成两种正链RNA：mRNA作为合成蛋白的模板；互补RNA（cRNA），通过RNA 聚合酶转录出更多单负链基因组RNA拷贝。
        与宿主细胞poly（A）尾由特异的poly（A）聚合酶催化形成不同，流感病毒的poly（A）尾mRNA由单负链vRNA延伸出的5-7个U编码， 病毒聚合酶将其转录成正链时就形成poly（A）尾。mRNA加帽过程采用同样独特的方式——PB1和PB2蛋白从宿主pre-mRNA转录本“偷”5’帽子引物，启动病毒RNA的合成；这个过程被称为“cap snatching”。
病毒mRNA一旦加帽加尾完成，就会被输出并像宿主RNA一样进行翻译。细胞核输出vRNA节段是由病毒蛋白M1和NEP/NS2介导的。M1 与vRNA和NP相互作用，将这两个成分一起带到RNP复合体中；M1 还与核输出蛋白NEP相关联，NEP介导M1-RNP通过核孔蛋白输出到胞浆。
        4.4 Synthesis of viral proteins
        包膜蛋白HA、NA和M2 由病毒来源的mRNA 编码，在膜结合核糖体合成，进入ER进行折叠，然后转运进入高尔基体进行翻译后修饰。所有三种蛋白都有尖端分拣信号（apical sorting signals），指导蛋白质到细胞膜进行病毒粒子组装。对非包膜蛋白的翻译和分拣知之甚少，M1被认为在携带RNP-NEP复合体与包膜结合蛋白HA、NA和M2相互接触在宿主细胞膜上进行包装起作用。
        4.5 Packaging of RNA and assembly of virus
        流感病毒必须要具有八个节段（丙型流感病毒为7个）的完整基因组才有完全的感染性。之前认为vRNA的包装完全是一个随机的过程，vRNA节段偶然地共同进入出芽病毒颗粒，只有那些具有完整基因组的病毒才有感染性；但是最新的证据表明，病流感毒的包装过程具有较大程度的选择性，在所有vRNA节段中具有包装信号，这种分散的包装信号确保了大多数病毒粒子都具有完整的基因组。
        4.6. Virus budding and release
流感病毒在细胞膜出芽释放，可能是由M1基质蛋白在脂质双层胞浆侧累积所起始。出芽完成以后，HA刺突将病毒粒子持续结合在细胞表面的唾液酸，然后NP蛋白通过唾液酸酶活性将其水解，病毒粒子释放。NA是一个蘑菇状的四聚体，通过跨膜结构域锚定在病毒包膜上。它具有受体破坏活性，裂解宿主细胞表面神经节苷脂类和糖蛋白的末端唾液酸残基，释放子代病毒。当病毒的NA失活或缺失，或有NA抑制物存在的情况下，病毒粒子在细胞表面聚集成簇，感染活性降低。NA还移除病毒包膜自身的唾液酸残基，防止病毒聚集以增强感染性。NA还可以通过裂解呼吸道分泌物中的粘蛋白类，允许病毒穿过呼吸上皮来协助病毒感染。另外，NA在对病毒进入呼吸上皮细胞可能也起一定作用。宿主抗NA抗体和神经氨酶抑制剂，阻止病毒从感染细胞的释放，从而抑制了病毒的复制。
        
5.        Influenza viruses and vaccine development
    流感病毒是一类相对简单的RNA病毒，其表面蛋白尤其是HA具有很强的免疫原性。但是，分节段的基因组以及具有错误倾向的RdRp使流感病毒可能经过抗原转换和抗原漂移，结果产生的新的病毒可逃逸哺乳动物、禽类甚至包括人类的适应性免疫。流感病毒由于其适应能力，对人类生产长效抗流感疫苗持续地制造困难。