甲型流感病毒抗原变异的机理
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国外医学病毒学分册 1999年第6卷第3期
解放军成都医高专病原学教研室(成都 610083)杨春 余佳综述
四川省卫生防疫站病毒科 许凤琴 陈立礼审校
关健词：流感病学 抗原变异
流感这一古老的疾病至今仍未被人们所控制，其原因主要在于流感病毒容易发生变异。本世纪至少在人群中发生了三次甲型流感病毒引起的世界范围流感大流行[1]。随着流感病毒的抗原演变，在流行病学上出现了一些新的特征。1977年在人群中重新发现A1亚型病毒流行，出现了A1亚型和A3亚型病毒同时流行于人群中的现象，这株“新”和A1亚型病毒的抗原性与1950年前后流行的A1亚型病毒株相似[2]。值得注意的是A1亚型与A2亚型病毒流行的比率在不同国家不同年份常有变迁。Donattelli等报道[3]，在意大利1988～1989年A1占97%，A3占3%，而在1989～1990A3却占96%。A1和A3病毒同时流行于人群，使得在人群分离到重组株H1N2。
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近年来分子生物学技术的发展突飞猛进，越来越多的新技术、新方法用于流感病毒抗原变异的研究[4]，本文旨在对近年来流感病毒抗原变异的机理进展作一扼要综述。
1 点突变
流感病毒的RNA复制酶缺乏校正阅读能力[5]，编码HA和NA蛋白质的基因非同义替换(nonsynonymous substitution)的积累使其基因容易发生突变而发生抗原漂移(antigenicdrift)[6]。Saitou和Nei研究计算出流感病毒三联密码中第三位碱基变化是每年1%[7]，而动物细胞DNA变化率是每万年1%[8]。然而因大部分突变是致死的，实际变化率要低一些。其有流行病学意义的抗原漂移毒株要在一定免疫选择压力下才能形成。病毒早期感染中，针对HA分子有限区域的免疫反应可能是抗原变异选择压力的意义因素[9]。除此之外，Sbimizu认为[6]，呼吸道上皮是免疫系统的边界部位，只有部分有限免疫压力，流感病毒在此部位感染、生长使其抗原变异株易于被选择生长。Ibrio等认为除了逃逸免疫外，尚有其它因素也可影响抗原漂移率[10]。Donnelly研究表明，用编码HA(来自1991年株)，NP和M1(来自1989年株)的DNA疫苗比用1992～1993年减毒活疫苗更好地保护雪貂抵抗原漂移株A/Georgia/03/93的感染[11]。在实验条件下常采用亚中和剂量的抗血清来选择变异株[12]，不同年代分离的毒株的核苷酸序列比较研究可以看到核苷酸点突变积累是导致抗原漂移的重要原因[13]，利用Fitch推荐的方法[14]，可以绘出不同年代毒株基因进行关系树。Raymond[15]等比较了1950～1957与1977～1983年间分离的编码A1流感病毒的HA1亚单位核苷酸序列，得出结论，这两个时间A1病毒流行的环境不同，人群的免疫状况不同，使其向不同方向进化。Meyer把1987～1990分离的临床标本分别接种于鸡胚和哺乳类动物细胞进行培育，结果在鸡胚细胞中培育的毒株易变异，尤其是第186位氨基酸高度易变[16]。同样，NA基因漂移也存在相似的分子基础，即点突变[17]。这些点突变常发生在NA蛋白中重要部位，如第221、334和368位残基对应的NA基因上[18]。Schreier[19]比较分析了1933～1983年中N1基因序列，Martinez等[20]比较分析了1957～1979年N2基因部分序列，提示了NA基因漂移是连续点突变的积累造成的。
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2 基因重组
基因重组是流感病毒发生抗原转变(antigenic shift)的主要原因。目前，多数人认为抗原转为是以前流行于人和动物流感病毒基因片段重组的结果[21]。Scholtissek认为人类流感病毒HA基因被禽类流感病毒的等位基因通过重组替换是抗原转变的原因[22]。H1、H2、H3的NA基因[23，24]及N1、N2、基因[27]序列比较分析，发现其同源性较低，不可能是点突变造成的。除了人的三种HA亚型和二种NA亚型外，还可以从马、猪、鸟类中分离到完全不同的流感病毒，其中包括10种不同的HA亚型和7种NA亚型。所有这些外源的HA和NA基因都可能与人流感病毒重组产生新的亚型。如H3N2的Hong Kong株，其HA与A/duck/ukrine/63的序列相似达96%，也与A/equine/2/Miami/63(H3N8)抗原相似[26]。Okazak等认为猪是人与鸭流感病毒发生重组的“活试管”[27]。另外，非表面抗原蛋白基因的重组可导致同一亚型内的基因变异[28，29]。
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3 其它
动物流感病毒会不会感染人？这一问题已引起人们的重视，并有较为肯定的答案。流感病毒的毒力是由多基因决定的，表达于感染细胞表面的M2蛋白和HA一起对感染和装配起作用[30]。Webster[33]等认为具有对家畜有毒力的H5和H7病毒可能来源于原来无毒株基因的突变。同样，动物流感病毒突变产生有感染力的毒株也可在人群中引起新的流行。Scholtissek[22]认为禽类流感病毒可直接或间接感染到人。Nerome等对从1968～1987年分离于香港、台湾、日本等地的猪、鸭流感作免疫和基因分析后指出[32]，人和猪间交叉感染发生在1976～1982年之间。Bikour等发现在近期猪流感N3N2中可能长期存在于猪中，而猪是人流感暴发流行的仓库[33]。由此可见，对动物流感病毒的研究显得比较重要。
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流感病毒的抗原变异仍然是目前研究较多的重要课题。当前，应用分子生物学技术对此研究提供了良好手段，对流感病毒抗原变异的机理也有一定的了解。但在某些问题上仍不甚清楚。如抗原漂移是无穷尽的吗？可否回复突变？为什么抗原转变仅发生在甲型流感病毒？免疫选择压力如何发挥具体选择作用？等等。这诸多问题都有待进一步的研究。
参考文献
1.Webster,RG,et al. Nature,1982;196:115～121
2. Nakajima K ,et al. Nature,1978;274:334～339
3. Donattelli I,et al. Eur J Epidemical. 1993 May;9(3)241～250
4. Zou S. J Clin Microbiol.1997 Oct ;351(10):2623～2627
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5. Strauss JH,Strauss EG,Ann Rew Microbiol,1988;42:657～683
6. Shimizu K.Nippon-Rinsho,1997 Oct;55(10):2610～2616
7. Satiou N, Nei M, et al. Mol Biol EVOL,1968;3:57～74
8. Britten RT,et al. Science,1986;231:1933～1998
9. Patrea AC, et al. Eur J Immunol,1995 Jul;25(7):1803～1809
10. Ibrio AM.Eur J Epidemical. 1996Oct;12(6):589～594
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11.Donnelly JJ,et al. Vaccine ,1997 Jul;15(6):865～868
12.Garharde W et al. J Exp Med,1978;148:383～392
13. Both GW,Sleigh MS.J Virol,1982;39:663～672
14.Fitch, WM.Syet Zool,1971;20:406～416
15. Raymond RL,et al. Virology ,1986;148:275～287
16. Meyer WI. Virology,1993 Sept;136(1):130～137
17. Bolk I, Air GM,Virology,1982;121:229
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18. Lavel WG ,et al.Virology,1982;122:450～460
19. Schreier E,et al. Arch Virol,1988;99:271～276
20. Martinez C,et al. Virology,1983;130:539～545
21. Cox WJ,et al. Bull WHO,1983;61:143～148
22. Scholtissek C. Eur J Epidmical,1994 Aug;10(4):455～458
23. Winter G, Fieds S.Virology,1981;114:423～428
, http://www.100md.com 24. Krystal M et al,PNAS,1982;79:4800～4804
25. Markoff L, Lai CJ, Virology,1982;119:188～197
26. Ward C,et .al Biochem J,1981;195:337～340
27. Okozak K,et al. Virology,1989;172:601～602
28. Palese P,Young JF.Science,1982;215:1468～1474
29. Bean WJ,et al. Natrue,1980;284:638～640
30.Lamb RA,et al. Cell,1985;4:627
31. Webster RG,et al. Virology,1989;171:482～492
32. Nerome K,et al. J Gen Virol,1995 Mar;76:613～624
33. Bikour MH,et al. J Gen Virol.,1995 Mar;76:697～703
校对时间：2000-03-01 李慧利, http://www.100md.com
四川省卫生防疫站病毒科 许凤琴 陈立礼审校
关健词：流感病学 抗原变异
流感这一古老的疾病至今仍未被人们所控制，其原因主要在于流感病毒容易发生变异。本世纪至少在人群中发生了三次甲型流感病毒引起的世界范围流感大流行[1]。随着流感病毒的抗原演变，在流行病学上出现了一些新的特征。1977年在人群中重新发现A1亚型病毒流行，出现了A1亚型和A3亚型病毒同时流行于人群中的现象，这株“新”和A1亚型病毒的抗原性与1950年前后流行的A1亚型病毒株相似[2]。值得注意的是A1亚型与A2亚型病毒流行的比率在不同国家不同年份常有变迁。Donattelli等报道[3]，在意大利1988～1989年A1占97%，A3占3%，而在1989～1990A3却占96%。A1和A3病毒同时流行于人群，使得在人群分离到重组株H1N2。
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近年来分子生物学技术的发展突飞猛进，越来越多的新技术、新方法用于流感病毒抗原变异的研究[4]，本文旨在对近年来流感病毒抗原变异的机理进展作一扼要综述。
1 点突变
流感病毒的RNA复制酶缺乏校正阅读能力[5]，编码HA和NA蛋白质的基因非同义替换(nonsynonymous substitution)的积累使其基因容易发生突变而发生抗原漂移(antigenicdrift)[6]。Saitou和Nei研究计算出流感病毒三联密码中第三位碱基变化是每年1%[7]，而动物细胞DNA变化率是每万年1%[8]。然而因大部分突变是致死的，实际变化率要低一些。其有流行病学意义的抗原漂移毒株要在一定免疫选择压力下才能形成。病毒早期感染中，针对HA分子有限区域的免疫反应可能是抗原变异选择压力的意义因素[9]。除此之外，Sbimizu认为[6]，呼吸道上皮是免疫系统的边界部位，只有部分有限免疫压力，流感病毒在此部位感染、生长使其抗原变异株易于被选择生长。Ibrio等认为除了逃逸免疫外，尚有其它因素也可影响抗原漂移率[10]。Donnelly研究表明，用编码HA(来自1991年株)，NP和M1(来自1989年株)的DNA疫苗比用1992～1993年减毒活疫苗更好地保护雪貂抵抗原漂移株A/Georgia/03/93的感染[11]。在实验条件下常采用亚中和剂量的抗血清来选择变异株[12]，不同年代分离的毒株的核苷酸序列比较研究可以看到核苷酸点突变积累是导致抗原漂移的重要原因[13]，利用Fitch推荐的方法[14]，可以绘出不同年代毒株基因进行关系树。Raymond[15]等比较了1950～1957与1977～1983年间分离的编码A1流感病毒的HA1亚单位核苷酸序列，得出结论，这两个时间A1病毒流行的环境不同，人群的免疫状况不同，使其向不同方向进化。Meyer把1987～1990分离的临床标本分别接种于鸡胚和哺乳类动物细胞进行培育，结果在鸡胚细胞中培育的毒株易变异，尤其是第186位氨基酸高度易变[16]。同样，NA基因漂移也存在相似的分子基础，即点突变[17]。这些点突变常发生在NA蛋白中重要部位，如第221、334和368位残基对应的NA基因上[18]。Schreier[19]比较分析了1933～1983年中N1基因序列，Martinez等[20]比较分析了1957～1979年N2基因部分序列，提示了NA基因漂移是连续点突变的积累造成的。
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2 基因重组
基因重组是流感病毒发生抗原转变(antigenic shift)的主要原因。目前，多数人认为抗原转为是以前流行于人和动物流感病毒基因片段重组的结果[21]。Scholtissek认为人类流感病毒HA基因被禽类流感病毒的等位基因通过重组替换是抗原转变的原因[22]。H1、H2、H3的NA基因[23，24]及N1、N2、基因[27]序列比较分析，发现其同源性较低，不可能是点突变造成的。除了人的三种HA亚型和二种NA亚型外，还可以从马、猪、鸟类中分离到完全不同的流感病毒，其中包括10种不同的HA亚型和7种NA亚型。所有这些外源的HA和NA基因都可能与人流感病毒重组产生新的亚型。如H3N2的Hong Kong株，其HA与A/duck/ukrine/63的序列相似达96%，也与A/equine/2/Miami/63(H3N8)抗原相似[26]。Okazak等认为猪是人与鸭流感病毒发生重组的“活试管”[27]。另外，非表面抗原蛋白基因的重组可导致同一亚型内的基因变异[28，29]。
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动物流感病毒会不会感染人？这一问题已引起人们的重视，并有较为肯定的答案。流感病毒的毒力是由多基因决定的，表达于感染细胞表面的M2蛋白和HA一起对感染和装配起作用[30]。Webster[33]等认为具有对家畜有毒力的H5和H7病毒可能来源于原来无毒株基因的突变。同样，动物流感病毒突变产生有感染力的毒株也可在人群中引起新的流行。Scholtissek[22]认为禽类流感病毒可直接或间接感染到人。Nerome等对从1968～1987年分离于香港、台湾、日本等地的猪、鸭流感作免疫和基因分析后指出[32]，人和猪间交叉感染发生在1976～1982年之间。Bikour等发现在近期猪流感N3N2中可能长期存在于猪中，而猪是人流感暴发流行的仓库[33]。由此可见，对动物流感病毒的研究显得比较重要。
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流感病毒的抗原变异仍然是目前研究较多的重要课题。当前，应用分子生物学技术对此研究提供了良好手段，对流感病毒抗原变异的机理也有一定的了解。但在某些问题上仍不甚清楚。如抗原漂移是无穷尽的吗？可否回复突变？为什么抗原转变仅发生在甲型流感病毒？免疫选择压力如何发挥具体选择作用？等等。这诸多问题都有待进一步的研究。
参考文献
1.Webster,RG,et al. Nature,1982;196:115～121
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10. Ibrio AM.Eur J Epidemical. 1996Oct;12(6):589～594
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11.Donnelly JJ,et al. Vaccine ,1997 Jul;15(6):865～868
12.Garharde W et al. J Exp Med,1978;148:383～392
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17. Bolk I, Air GM,Virology,1982;121:229
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18. Lavel WG ,et al.Virology,1982;122:450～460
19. Schreier E,et al. Arch Virol,1988;99:271～276
20. Martinez C,et al. Virology,1983;130:539～545
21. Cox WJ,et al. Bull WHO,1983;61:143～148
22. Scholtissek C. Eur J Epidmical,1994 Aug;10(4):455～458
23. Winter G, Fieds S.Virology,1981;114:423～428
, http://www.100md.com 24. Krystal M et al,PNAS,1982;79:4800～4804
25. Markoff L, Lai CJ, Virology,1982;119:188～197
26. Ward C,et .al Biochem J,1981;195:337～340
27. Okozak K,et al. Virology,1989;172:601～602
28. Palese P,Young JF.Science,1982;215:1468～1474
29. Bean WJ,et al. Natrue,1980;284:638～640
30.Lamb RA,et al. Cell,1985;4:627
31. Webster RG,et al. Virology,1989;171:482～492
32. Nerome K,et al. J Gen Virol,1995 Mar;76:613～624
33. Bikour MH,et al. J Gen Virol.,1995 Mar;76:697～703
校对时间：2000-03-01 李慧利, http://www.100md.com