Science子刊 | 王晓钧/陈化兰院士揭开禽流感病毒跨物种传播之谜!

2023-07-15 00:07

宿主屏障限制了禽流感病毒（AIV）从候鸟向哺乳动物的跨物种传播。然而，一些高致病性禽流感病毒（如H5N1和H7N9）已经克服了这一宿主屏障，能够感染人类，导致了一种死亡率高的严重疾病，并对人类福利构成了巨大威胁。此外，人类宿主同时感染多种不同亚型的AIV并不罕见，例如H9N2、H6N1、H7N7、H10N8和H5N6。

禽流感病毒必须克服多种宿主范围的障碍，才能有效地在哺乳动物中感染和传播。一个主要的物种屏障是哺乳动物细胞中禽病毒聚合酶（vPol）的限制，这是适应性突变出现的驱动力。两个最著名的哺乳动物适应突变，PB2中的E627K和D701N，增加了AIV在哺乳动物中的复制、致病性和传播。然而，禽流感病毒在哺乳动物体内不需要事先适应就能进行增殖性复制的分子基础仍然鲜为人知。

2023年7月12日，中国农业科学院哈尔滨兽医研究所王晓钧及陈化兰共同通讯在《Science Advances 》在线发表了题为“The SUMO-interacting motif in NS2 promotes adaptation of avian influenza virus to mammals”的研究论文，该研究揭示了NS2中的SUMO相互作用基序促进禽流感病毒对哺乳动物的适应。

该研究发现，禽流感病毒NS2蛋白通过促进禽vRNP组装和增强哺乳动物ANP32A/B-vRNP相互作用，有助于克服哺乳动物ANP30A/B介导的对禽vPol活性的限制。而破坏NS2中的SIM完整性会损害禽流感病毒在哺乳动物宿主中的复制和致病性，但在鸟类宿主中不会。研究结果表明，NS2是禽流感病毒对哺乳动物适应过程中的辅助因子。

最近的研究表明，酸性核磷蛋白32（ANP32）家族蛋白质的物种特异性差异决定了鸟类vPol在哺乳动物细胞中的限制性。宿主因子ANP32A/B调节由AIV的互补RNA（cRNA）合成vRNA。与人ANP32A/B（huANP32A-B）相比，鸡ANP32A（chANP32A）具有33个氨基酸的独特插入，使其能够有效支持禽流感病毒和人流感病毒的vPol活性。然而，huANP32A/B仅支持人类适应的流感病毒的vPol活性，而由于缺乏这种插入，不能支持AIV的vPol活性。

此外，进一步的研究表明，鸟类宿主携带多达三种chANP32A亚型。这三种亚型仅在33个氨基酸插入物的组成上不同，但在不同程度上支持禽标志性vPol的活性。在chANP32A的33个氨基酸插入中，需要一个疏水性SUMO相互作用基序（SIM）样序列来选择性地支持禽vPol的活性，这表明SUMO依赖性功能对禽vPol的功能很重要。

huANP32A和huANP32B同样支持人类适应的IAV的聚合酶活性，并且huANP33A和huANF32B的缺失同时导致IAV复制失败。鸡ANP32B（chANP32B）在129和130位具有天然突变，并且它已经失去了支持甲型流感vPol活性的能力。由于最近发现了独特的106V/156S特征，猪ANP32A（swANP32A）比其他哺乳动物ANP32A/B能够在更大程度上支持禽vPol活性，这解释了为什么猪可以作为AIV跨物种传播的中间宿主。

此外，人ANP32蛋白，包括ANP32A、ANP32B和ANP32E，最近已被鉴定为B型流感vPol的辅因子。除swANP32A外，哺乳动物ANP32A/B蛋白对禽vPol活性的支持较差，因此为了在哺乳动物细胞中实现高水平的复制，AIV需要突变来适应哺乳动物ANP32A/B。然而，一些人类分离的禽流感病毒H9N2、H5N1和H7N9能够在人类中建立增殖性感染，而不会出现先前确定的适应性突变。AIV多种亚型的禽分离株甚至能够在哺乳动物宿主中建立增殖性感染，甚至在没有事先适应的情况下对小鼠具有致病性。

这些研究表明，某些亚型AIV的聚合酶可以在一定程度上利用哺乳动物ANP32A/B在跨物种传播到哺乳动物的过程中进行增殖性复制。这与基于细胞的vPol重建分析得出的结论相矛盾，即哺乳动物ANP32A/B对鸟类vPol活性的支持较差。

该研究发现IAV NS2促进了由哺乳动物ANP32A/B支持的鸟类标志性vPol活性，而不是chANP32A。NS2对哺乳动物ANP32A/B和chANP32A支持的哺乳动物标志性vPol的活性具有相对有限的影响。来源于从一系列宿主分离的IAV的NS2蛋白在这种鸟类特征聚合酶增强功能中是保守的。

此外，研究者证明NS2通过促进禽病毒核糖核蛋白（vRNP）的组装和增强哺乳动物ANP32A/B与哺乳动物细胞中禽vRNP的相互作用来发挥这一功能。NS2含有高度保守的SIM，这是其增强鸟类特征聚合酶特性所必需的。NS2中这种SIM完整性的破坏对AIV在哺乳动物宿主中的复制和致病性有有害影响，但在鸟类宿主中没有。