揭示流感病毒如何成功地從宿主細(xì)胞中逃逸出來(lái)

幾十年來(lái)，科學(xué)家們已知道人體內(nèi)的流感病毒與實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的流感病毒有很大不同。一種常用的研究流感病毒的方法就是將熒光蛋白與組成流感病毒的蛋白融合在一起。但是這些熒光蛋白與流感蛋白具有大約相同的大小，引入如此相對(duì)較大的融合蛋白到流感病毒中會(huì)引發(fā)病毒紊亂。

在一項(xiàng)新的研究中，為了解決這一挑戰(zhàn)，美國(guó)華盛頓大學(xué)圣路易斯分校工程與應(yīng)用科學(xué)助理教授Michael Vahey和加州大學(xué)伯克利分校生物工程主任Daniel A. Fletcher采用一種不同的方法對(duì)流感病毒蛋白進(jìn)行標(biāo)記。具體而言，他們改進(jìn)了一種通常用于對(duì)蛋白上的一個(gè)特定區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記的方法，即“位點(diǎn)特異性標(biāo)記（site-specific labeling）”：并不使用一種熒光蛋白，而是將長(zhǎng)5到10個(gè)氨基酸的短肽序列插入到組成甲型流感病毒的蛋白中；在插入這些短肽序列后，加入酶和少量熒光染料，這些酶獲取不同的染料分子并將這些染料分子連接到流感病毒蛋白上，這樣就能夠觀察單個(gè)流感病毒蛋白，同時(shí)又不破壞它們的功能，也不破壞由它們組成的流感病毒。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題“Low-Fidelity Assembly of Influenza A Virus Promotes Escape from Host Cells”。

令這兩名研究人員感興趣的流感病毒蛋白是血凝素（hemagglutinin, HA）和神經(jīng)氨酸酶（neuraminidase, NA）。HA讓流感病毒附著到宿主細(xì)胞上，而NA讓這種病毒從宿主細(xì)胞中脫落下來(lái)，這樣它就能夠接著感染其他的宿主細(xì)胞。

利用這種位點(diǎn)特異性標(biāo)記方法，Vahey和Fletcher開展實(shí)驗(yàn)旨在了解在單個(gè)流感病毒中觀察到的變異是否可能具有適應(yīng)性而有助于這種病毒傳播感染。他們研究了從宿主細(xì)胞中釋放的各種流感病毒，其中的一些流感病毒接受一種阻止NA發(fā)揮作用從而阻止病毒從宿主細(xì)胞中釋放出來(lái)的物質(zhì)---一種NA抑制劑---治療。這就是抗病毒藥物達(dá)菲（Tamiflu）的作用方式。如果流感病毒不能從宿主細(xì)胞中釋放出來(lái)，它就不能傳播和增殖。他們隨后比較了從未接受這種NA抑制劑處理的宿主細(xì)胞中釋放出來(lái)的病毒顆粒和從接受這種NA抑制劑處理的宿主細(xì)胞中釋放出來(lái)的病毒顆粒。

這兩名研究人員發(fā)現(xiàn)較小的流感病毒，或者具有更多NA的流感病毒，更能抵抗這種NA抑制劑。它們更可能從接受達(dá)菲處理的宿主細(xì)胞中脫落下來(lái)，這樣它們就能夠接著感染更多的宿主細(xì)胞。這表明這兩種變異---比平均值還要小的流感病毒，或者具有更多NA的流感病毒可能有助于它們?cè)诮邮苓_(dá)菲治療的患者體內(nèi)站穩(wěn)腳跟。

他們還發(fā)現(xiàn)，具有更多HA的流感病毒，或者更大的流感病毒，能夠更強(qiáng)地結(jié)合到宿主細(xì)胞上。在任何特定情形下，這可能對(duì)流感病毒都是有益的，比如在達(dá)菲治療時(shí)，這種藥物抑制NA發(fā)揮作用，這時(shí)流感病毒碰巧具有更多NA以及流感病毒碰巧更小時(shí)就有一點(diǎn)優(yōu)勢(shì)了。

更廣泛地說(shuō)，Vahey說(shuō)，“如果你所在的環(huán)境隨著時(shí)間的推移而迅速變化，如果你依賴于遺傳適應(yīng)，那么你可能會(huì)遇到一些麻煩，這時(shí)因?yàn)橥蛔冃枰恍r(shí)間才能積累。”但是表型多樣性（phenotypic diversity）相對(duì)較快地產(chǎn)生變化。每次一個(gè)病毒增殖時(shí)，它的下一代都會(huì)顯示出一系列變異，其中的一些變異可能讓它適應(yīng)于它自身所在的環(huán)境。在此過程中，表型的重要性可能對(duì)新型流感疫苗的開發(fā)產(chǎn)生影響。Vahey說(shuō)，“通常在開發(fā)流感疫苗時(shí)，你擔(dān)心流感病毒的遺傳變化會(huì)如何降低疫苗的有效性。這可能還有一個(gè)額外的考慮因素，即流感病毒的表型變化。”