Nature子刊：禽流感如何跨越物种屏障的新见解

近年来，公共卫生措施、监测和疫苗接种帮助在减少由甲型和乙型人类流感病毒引起的季节性流感流行的影响方面取得了重大进展。然而，甲型禽流感(通常称为“禽流感”)可能在包括人类在内的哺乳动物中爆发，对公众健康构成重大威胁。

格勒诺布尔EMBL的库萨克小组研究流感病毒的复制过程。该小组的一项新研究揭示了禽流感病毒能够在哺乳动物细胞中复制所经历的不同突变。

一些禽流感毒株可引起严重疾病和死亡。幸运的是，鸟类和哺乳动物之间的显著生物学差异通常可以防止禽流感从鸟类传播到其他物种。要感染哺乳动物，禽流感病毒必须发生变异以克服两个主要障碍:进入细胞的能力和在细胞内复制的能力。要引起流行病或大流行，它还必须具有在人与人之间传播的能力。

然而，禽流感在野生和家养哺乳动物中的零星污染正变得越来越普遍。特别值得关注的是最近美国奶牛意外感染H5N1禽流感病毒株，有可能在牛中流行。这可能有助于对人类的适应，事实上，已经报告了一些传播给人类的病例，到目前为止只导致轻微的症状。

这个过程的核心是聚合酶，一种协调病毒在宿主细胞内复制的酶。这种灵活的蛋白质可以根据它在感染期间执行的不同功能重新排列自己。这包括转录——将病毒RNA复制成信使RNA以制造病毒蛋白质——以及复制——将病毒RNA复制成新的病毒。

病毒复制是一个复杂的研究过程，因为它涉及两种病毒聚合酶和宿主细胞蛋白ANP32。这三种蛋白质一起形成了复制复合体，这是一种进行复制的分子机器。ANP32被称为“伴侣”，这意味着它可以作为某些细胞蛋白质的稳定剂。它之所以能做到这一点，要归功于它的一个关键结构——长长的酸性尾巴。2015年，人们发现ANP32对流感病毒复制至关重要，但其功能尚不完全清楚。

发表在《自然通讯》杂志上的这项新研究结果表明，ANP32在两种病毒聚合酶——复制酶和衣壳苷酶之间起着桥梁的作用。这些名称反映了聚合酶在执行两种不同功能时所采取的两种不同的构象——产生病毒RNA的副本(复制酶)，并在ANP32的帮助下将副本包装在保护性涂层内(衣壳酶)。

通过它的尾巴，ANP32作为复制复合体的稳定剂，允许它在宿主细胞内形成。有趣的是，鸟类和哺乳动物的ANP32尾巴不同，尽管蛋白质的核心仍然非常相似。这种生物学上的差异解释了为什么禽流感病毒在哺乳动物和人类中不易复制。

“鸟类和人类ANP32的关键区别在于鸟类尾巴上有33个氨基酸的插入，聚合酶必须适应这种差异，”库萨克小组的博士后、该论文的第一作者Benoît Arragain解释说。“为了使鸟类适应的聚合酶在人类细胞中复制，它必须获得某些突变才能使用人类ANP32。”

为了更好地理解这一过程，Arragain和他的合作者在与人ANP32相互作用时获得了一种人适应禽流感聚合酶(来自H7N9菌株)的复制酶和囊化酶的结构。这种结构提供了详细的信息，说明哪些氨基酸在形成复制复合体中是重要的，哪些突变可以使禽流感聚合酶适应哺乳动物细胞。

为了获得这些结果，Arragain在格勒诺布尔EMBL进行了体外实验，使用真核表达设施、ISBG生物物理平台和结构生物学伙伴关系提供的冷冻电镜平台。“我们还与巴斯德研究所的纳法赫小组合作，他们进行了细胞实验，”Arragain补充说。“此外，我们还获得了与甲型流感相似的人类B型流感复制复合体的结构。细胞实验证实了我们的结构数据。”

这些关于流感复制复合体的新见解可用于研究其他类似禽流感病毒株的聚合酶突变。因此，有可能使用从H7N9毒株获得的结构，并使其适应于H5N1等其他毒株。

EMBL高级科学家Stephen Cusack领导了这项研究，他已经研究流感病毒30年了，他说:“需要认真对待由高致病性、人类适应的高死亡率禽流感毒株引起的新大流行的威胁。”“应对这一威胁的关键措施之一是在现场监测病毒的突变。了解这种结构使我们能够解释这些突变，并评估一种菌株是否在适应感染和传播哺乳动物的道路上。”

这些结果对抗流感药物开发的长期前景也很有用，因为目前还没有专门针对复制复合体的药物。

“但这仅仅是个开始，我们接下来要做的是了解复制复合体是如何动态工作的，换句话说，就是更详细地了解它是如何主动进行复制的。”该小组已经成功地开展了流感聚合酶在病毒转录过程中的作用的类似研究。