作者:王晨绯 来源:中国科学报 发布时间:2015/3/30 13:40:58
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肖庚富小组:对乙脑病毒说不

科学家揭示乙脑病毒入侵机制

■本报记者 王晨绯

我们在日本脑炎病毒发现H144、H319、T410和Q258四个位点和病毒进入有关,病毒还是活的病毒,只是进入细胞能力减弱。其他几个黄病毒目前还没有减毒活疫苗,利用这四个突变位点或许可以设计出新的疫苗。”

近日,中科院武汉病毒研究所研究员肖庚富领导的科研团队在乙型脑炎病毒(Japanese encephalitis virus,JEV)囊膜蛋白介导病毒入侵宿主细胞分子机制研究方面取得重要进展。相关研究结果在病毒学领域重要期刊病毒学杂志Journal of Virology 上在线发表。

流行性乙型脑炎属于乙类传染病,1950年以来,中国对该病进行了大量病原学和流行病学研究,为了与甲型昏睡性脑炎相区别,定名为流行性乙型脑炎,简称乙脑,是中国夏秋季流行的主要传染病之一,年发病人数2.5万,病死率10%,大约15%的患者留有不同程度的后遗症。

日本学者最早从因脑炎死亡病人的脑组织中分离到乙型脑炎病毒,因此国际上又称之为日本脑炎病毒。原本该病毒只在亚洲区域猖獗。然而,2006年在澳大利亚约克角半岛的蚊子和猪身上也发现了乙型脑炎病毒。它的行走轨迹大概是从亚洲传播到巴布亚新几内亚,通过托雷斯海峡到了约克角半岛。澳大利亚是个大岛国,如果再进一步扩散到医疗条件落后的非洲后果将会不堪设想,给世界公共卫生安全带来严重的威胁。

意外的研究发现

肖庚富团队在乙脑病毒研究中有着多年积累,在接受《中国科学报》记者采访时,他介绍说:乙脑病毒入侵宿主细胞是通过其表面的囊膜蛋白E介导,包括病毒与细胞受体结合、受体介导内吞、低pH诱导病毒膜与胞内体膜的融合过程。

论文第一作者、助理研究员刘海滨等系统地分析了乙脑病毒囊膜蛋白的结构后,认为16个关键氨基酸位点或区段对病毒入侵可能至关重要。

“我们想利用定点突变技术将这16个突变引入E基因。并通过反向遗传操作系统构建16个E蛋白单点突变或区段缺失的重组病毒。”这是刘海滨和同事们一开始的设想。

然而在实验操作过程中,他们意外地发现,设想中表达出的16个突变里有10个不能有效地产生子代病毒颗粒。

“其中5个突变——R9A和I0、ij、 BC、FG 破坏了病毒颗粒的包装,另外5个突变—— E373A、F407A、L221S、W217A和kl阻滞了病毒颗粒的释放。”肖庚富说。

随后,他们以天然存在的野生型病毒为对照,重点检测能够生产感染性颗粒的6种突变病毒株的进入活性。

“以往被普遍认为是受体结合域的第154位N糖基化位点和DE环区,并不是乙脑病毒进入哺乳动物细胞的关键位点,其突变对病毒入侵没有显著性影响。”肖庚富说。

进一步的研究表明,H144和H319两个正电氨基酸参与囊膜蛋白“盐桥”的形成,T410 和 Q258 则参与病毒—细胞膜融合“拉链”的形成,这4个位点中任一位点的单点突变都会抑制病毒—细胞膜融合。

随后,他们将几个突变病毒株连续传代并进行测序分析发现:大部分适应性突变发生在囊膜蛋白表面,主要是由负电氨基酸突变为正电或不带电荷的氨基酸,某些适应性突变能够很好地恢复前述定点突变病毒株的入侵活性。

揭示乙脑病毒入侵机制

近年来,肖庚富团队关注病毒进入宿主细胞的分子机制及研发进入抑制剂。之所以选择乙脑病毒来进行研究,是因为该病毒感染包括蚊子、老鼠、猪、人等广泛的物种,感染模型比较齐全。

“乙脑病毒是和黄热病毒、登革热病毒、蜱传脑炎病毒、西尼罗病毒为同一属的黄病毒,可感染蚊子、水鸟、猪,人为其终末宿主,并引起病毒性脑炎。”肖庚富告诉记者。

登革热病毒、蜱传脑炎病毒、西尼罗病毒都是黄病毒科里可怕的乙脑病毒兄弟,而乙脑病毒目前已经研发出相关疫苗。科研人员通过生物信息学分析发现这“三兄弟”和乙脑病毒相比在最重要的抗原-E蛋白上有多个位点一模一样,对乙脑病毒E蛋白的详尽解析结果可以方便地推导到其他黄病毒疫苗研发中去。

“从遗传进化上看,黄病毒科病毒的囊膜蛋白均高度保守,入侵活性致弱的乙脑病毒囊膜蛋白突变株H144A、H319A、T410A和Q258A可为其他黄病毒减毒活疫苗的研究与开发提供重要的借鉴。”黄病毒专家张波研究员表示,“这项研究揭示了乙脑病毒囊膜蛋白E的关键位点在病毒组装、释放和进入过程中的作用,为进一步理解其他黄病毒的入侵机制作出了贡献。”

除此之外,肖庚富团队此前还在乙型脑炎病毒抗病毒多肽方面,发现了一条可以有效抑制乙型脑炎病毒感染的12肽。而此次的新发现则是关于乙型脑炎病毒如何进入细胞的机制和过程。

“我们在日本脑炎病毒发现H144、H319、T410和Q258四个位点和病毒进入有关,病毒还是活的病毒,只是进入细胞能力减弱。其他几个黄病毒目前还没有减毒活疫苗,利用这四个突变位点或许可以设计出新的疫苗。”他们的终极目标是构筑阻挡黄病毒进入的“长城”。

《中国科学报》 (2015-03-30 第6版 进展)
 
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