A型流感病毒研究进展

邹积振 程凯慧 陈为京 于志君

摘要从A型流感病毒宿主范围、病毒结构、病毒蛋白种类及功能、流感大流行、禽流感病毒跨种传播等方面综述了目前A型流感病毒研究的最新进展，旨在为今后A型流感病毒的研究提供借鉴和参考。

关键词A型流感病毒；宿主；病毒蛋白；流感大流行；跨种传播

中图分类号S855文献标识码A文章编号0517-6611（2017）32-0099-04

Research Progress on Influenza A Virus

ZOU Jizhen1，2， CHENG Kaihui3， CHEN Weijing1*， YU Zhijun1*

（1.Institute of Poultry Science， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan，Shandong 250023；2.Song Village Animal Husbandry and Veterinary Workstation， Weihai，Shandong 264400；3.Dairy Cattle Research Center， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan，Shandong 250132）

AbstractThe recent research progresses on influenza A virus were reviewed from the host range， viral structure， viral protein kinds and functions， influenza pandemic of influenza A virus， and avian influenza viruss crossspecies transmission and other aspects， so as to provide references for the future study about influenza A virus.

Key wordsInfluenza A virus；Host；Viral protein； Influenza pandemic；Crossspecies transmission

流感病毒（Influenza virus，IV）是正黏病毒科（Orthomyxoviridae）家族成员之一，宿主范围包括禽类、哺乳动物（猪、犬、猫、虎、熊猫、牛、海豹和鲸鱼等）和人类，可引发禽流感、季节性流感疫情；每年季节性流感在全世界可以引起25万～50万人死亡，仅美国一年就有约3 000～49 000人死于流感病毒感染[1]，此外每隔几十年还会引发一次全球流感大流行，严重威胁公共卫生安全[2]。笔者从A型流感病毒宿主范围、病毒结构、病毒蛋白种类及功能、流感大流行、禽流感病毒跨种传播等方面综述了目前A型流感病毒研究的最新进展，旨在为今后A型流感病毒的研究提供借鉴和参考。

1流感病毒分型和宿主范围

根据流感病毒核蛋白（Nucleoprotein，NP）和膜蛋白1（Matrix 1，M1）抗原性的不同，流感病毒分为A、B、C和D 4型。根据表面糖蛋白血凝素（Hemagglutinin，HA）和神经氨酸酶（Neuraminidase，NA）的不同，A型流感病毒（Influenza A virus，IAV）分为18种HA亚型和11种NA亚型[3]。A型流感病毒的感染宿主种类最多，包括人类、哺乳动物和禽类[4]；B型流感病毒（Influenza B virus，IBV）的宿主范围包括人类和海豹[4-5]；C型流感病毒（Influenza C virus，ICV）的宿主范围包括人类和猪[6-7]；D型流感病毒（Influenza D virus，IDV）是近年来新发现的一种流感病毒，宿主范围包括牛和猪[3]。A型流感病毒具有感染宿主范围广、频繁在人和动物间引发流感疫情以及对公共卫生安全的威胁最大等特点[8]，对A型流感病毒的研究是目前流感病毒研究领域的熱点之一。

2A型流感病毒的病毒结构

大部分A型流感病毒呈球状，由包含HA、NA和膜蛋白2（Matrix 2，M2）3種跨膜蛋白的脂质双分子层组成病毒的外壳；M2蛋白数量较少，一个流感病毒粒子只有16～20个M2蛋白；HA和NA为突出病毒表面的糖蛋白，其中 HA约占跨膜蛋白总量的80%，NA约占跨膜蛋白总量的17%。病毒的外壳下面是病毒的M1蛋白，M1蛋白下层连有包含病毒基因组的病毒核糖核蛋白（Viral ribonucleoproteins，vRNPs）。病毒基因组是分节段的，由8个单链负义的病毒RNA（vRNA）组成。vRNPs由vRNA、NP和少量出核转运蛋白（Nuclear export protein，NEP）、碱性聚合酶蛋白2（Polymerase basic protein 2，PB2）、碱性聚合酶蛋白1（Polymerase basic protein 1，PB1）和酸性聚合酶蛋白（Polymerase acidic protein，PA）组成，其中vRNA由NP和NEP包裹，而vRNA的另一端则连有PB2、PB1和PA 3种聚合酶蛋白[9-10]。

3A型流感病毒的病毒蛋白种类

A型流感病毒的病毒基因组主要编码11种病毒蛋白，分别命名为PB2、PB1、碱性聚合酶蛋白1-F2蛋白（Polymerase basic protein 1F2，PB1-F2）、PA、HA、NP、NA、M1、M2、非结构蛋白1（Non-structural protein 1，NS1）和NEP [11]。此外，近年来还陆续发现了6个全新的流感病毒蛋白，分别为PB1-N40、PA-X、PA-N155、PA-N182、M42和NS3蛋白，但这些病毒蛋白的功能尚不清楚[12-13]。

4A型流感病毒的病毒蛋白功能

4.1病毒聚合酶蛋白的功能

病毒聚合酶蛋白包括PB2、PB1和PA 3种蛋白。病毒聚合酶蛋白主要在vRNPs入核、病毒复制和转录过程中发挥作用[14]。vRNPs需要进入细胞核后才能开启病毒的转录和复制过程。通过Crm1依赖途径，PB2、PB1和PA蛋白上的核定位信号（Nuclear localization signals，NLSs）可与细胞内不同类型的核转运蛋白（Karyopherins）结合，帮助vRNPs进入细胞核内部[14]。vRNPs进入细胞核后，病毒聚合酶蛋白开始指导病毒的转录和复制。PB2、PB1和PA构成病毒的RNA，依赖RNA聚合酶（RNA dependent RNA polymerase，RdRp）指导病毒的正义RNA合成和vRNA复制；此外，PB2有核酸内切酶活性，PB2结合到成熟的细胞信使RNA（mRNA）的5′ 甲基化帽上，通过“抢帽机制”从细胞mRNA帽结构的3′ 端切除10～15个核苷酸作为病毒转录所需的引物，使病毒的mRNA携带5′ 帽结构[11]。

4.2病毒HA和NA蛋白的功能

HA蛋白在决定流感病毒抗原性、病毒进入宿主细胞过程等方面起作用，NA蛋白则帮助成熟的子代病毒从宿主细胞表面释放[15]。

HA蛋白在决定流感病毒抗原性方面起到重要作用。流感病毒的HA上存在抗原决定簇（Antigenic determinant），抗原决定簇是一些能激发宿主产生抗流感病毒抗体的氨基酸区域；依据空间位置不同，抗原决定簇被分成4个区域：Ca区、Cb区、Sa区和Sb区；抗原决定簇内氨基酸位点发生变化可导致流感病毒的抗原性发生改变，其中抗原性变化程度较小的抗原性改变被称为抗原漂移（Antigenic drift），而抗原性变化程度较大的抗原性改变被称为抗原转换（Antigenic shift）[16]。除了决定病毒抗原性以外，HA蛋白还介导病毒进入宿主细胞过程。HA前体（HA0）由HA1和HA2 2个亚单位组成，HA1和HA2这2个亚单位之間由二硫键相连，其中HA1上包含受体结合区，HA2上包含融合肽；流感病毒通过HA1上的受体结合区与分布于宿主细胞表面的唾液酸受体结合，介导病毒与宿主细胞最初的黏附[17]。宿主细胞表面的唾液酸受体分为α（2，3）交联唾液酸受体和α（2，6）交联唾液酸受体，其中α（2，6）交联唾液酸受体被称为“人型”受体，主要与人流感病毒结合；α（2，3）交联唾液酸受体被称为“禽型”受体，主要与禽流感病毒结合。HA与唾液酸受体结合后，发生受体-配体介导的内吞（Endocytosis）过程，最终使病毒进入宿主细胞。

NA蛋白帮助装配完成后的子代病毒离开宿主细胞表面。当子代流感病毒出芽后，NA蛋白通过裂解宿主细胞表面糖蛋白与糖脂上唾液酸残基，分离子代流感病毒HA蛋白与宿主细胞表面的唾液酸受体连接，最终协助子代流感病毒脱离宿主细胞表面[18]。

4.3病毒M1和M2蛋白的功能

M1蛋白和M2蛋白在vRNPs进入细胞质的过程中发挥作用[15]。侵入宿主细胞后的流感病毒被包含在内吞体（Endosome）中。内吞体中的低pH液体环境促使内吞体膜与流感病毒囊膜发生融合后，导致M2离子通道开放，M2离子通道是一种 Ⅱ 型跨膜蛋白，M2离子通道开放会导致流感病毒内核发生酸化；M1蛋白形成流感病毒的外壳并固定vRNPs，而病毒粒子内部的酸化环境导致vRNPs从病毒的M1蛋白上释放下来，最终进入到细胞质中[19-20]。

4.4病毒NS1蛋白和NEP蛋白的功能

病毒NS1蛋白是病毒的干扰素拮抗剂，通过以下2种方式发挥抗宿主免疫的功能：①NS1蛋白与双链RNA结合，抑制双链RNA激活蛋白激酶的I型干扰素激活物的活化，拮抗干扰素；②阻止病原体相关分子模式（Pathogenassociated molecular patterns，PAMPs）识别类维生素A诱导基因1（Retinoid inducible gene-1，RIG-1），抑制刺激干扰素合成的转录因子活化，拮抗干扰素[21]。NEP则主要介导vRNPs通过CRM1依赖途径从细胞核中输出的过程[10]。

4.5病毒PB1-F2蛋白的功能

PB1-F2蛋白由PB1基因+1阅读框编码而成，由约90个氨基酸组成。PB1-F2蛋白与线粒体电依赖阴离子通道1及腺嘌呤核苷酸转运蛋白3相互作用，通過破坏细胞线粒体来诱发免疫细胞凋亡，从而达到抗宿主免疫的功能[22]。

5流感大流行

人类历史上共发生过4次流感大流行疫情，均由A型流感病毒引发，分别为1918年西班牙流感、1957年亚洲流感、1968年香港流感和2009年甲型H1N1流感，其中以1918年西班牙流感疫情最为严重[23]。

5.11918年西班牙流感疫情

1918—1919年，人类流感史上最严重的一次流感疫情在全球暴发，此次流感疫情被称为1918年西班牙流感。全世界约30%的人口被感染，据估计死亡人数为5 000万至1亿[24]。1918年西班牙流感的流感大流行株为H1N1亚型流感病毒，病毒基因组完全来源于禽流感病毒[25]。病毒感染者大多死于继发性细菌感染，其次死于病毒性肺炎，患者通常在感染后5 d内死亡[26]。1918年西班牙流感疫情的特征如下：①患者死亡率高。通常季节性流感疫情的死亡率不超过0.1%，然而1918年西班牙流感疫情的死亡率则要高出数十倍，超过2.5%[23]。②青壮年是1918年西班牙流感疫情的易感人群；在一般的季节性流感疫情中，15～34岁的青壮年死亡率很低，然而1918年西班牙流感病毒感染青壮年后，青壮年的死亡率明显提高，与感染季节性流感病毒相比，青壮年人群感染1918年西班牙流感病毒的死亡率提高约20倍[26-27]。③1918年西班牙流感病毒的毒力很强。季节性流感病毒的致病性通常很低，对小鼠和猕猴不具有致死性，或者需要较高病毒量才能导致易感动物死亡，然而1918年西班牙流感病毒的致病性却很高，在试验条件下将1918年西班牙流感病毒感染小鼠和猕猴后发现，该病毒对小鼠和猕猴有极强的致病性，甚至可引发小鼠和猕猴发病死亡[28-29]。

5.21957年亚洲流感疫情

1957年亚洲流感最先暴发于我国南方，是由H2N2亚型流感病毒引发的一次流感大流行疫情。引发此次流感疫情的流感大流行株的病毒基因组来源于禽流感病毒与人流感病毒，PB1、HA和NA基因来源于禽流感病毒，PB2、PA、NP、M和NS基因来源于人流感病毒。此次流感大流行疫情在全球共造成约110万人死亡，大流行疫情结束后，1957年亚洲流感病毒演化成H2N2亞型季节性流感病毒，在人群中一直循环至1968年，随后H2N2亚型季节性流感病毒从人群中消失[25，30]。

5.31968年香港流感疫情

1968年香港流感疫情最早暴发于我国香港，是由H3N2亚型流感病毒引发的20世纪最后一次流感全球大流行。引发此次流感疫情的流感大流行株的病毒基因组来源于禽流感病毒与人流感病毒，PB1和HA基因来源于禽流感病毒，PB2、PA、NP、NA、M和NS基因来源于人流感病毒。1968年香港流感疫情在全世界共造成约70万人死亡，随后1968年香港流感病毒成为季节性流感病毒并一直在人群中循环至今，每年在全球各国引发H3N2亚型季节性流感疫情[31-32]。

5.42009年甲型H1N1流感疫情

2009年甲型H1N1流感疫情是最近暴发的一次人间流感大流行疫情。2009年3月开始，墨西哥、美国等地首先报道出现大量流感患者，疑似出现一种新型的流感病毒，随后该新型流感病毒被实验室鉴定为2009年甲型H1N1亚型流感病毒；随后由2009年甲型H1N1流感病毒引发的甲型H1N1流感疫情迅速席卷全球；2009年6月11日，考虑到甲型H1N1流感疫情已经扩散到全球74个国家（或地区），感染人数达到2.9万名，世界卫生组织宣布将全球流感大流行警报级别升至最高等级（第6级），同时宣告全球进入人间流感大流行；截至2010年8月，全球共有214个国家（或地区）暴发甲型H1N1流感疫情，至少1.8万人死亡，给全世界造成了巨大损失。目前，2009年甲型H1N1流感病毒已经取代2009年之前的H1N1亚型季节性流感病毒，以新的季节性流感病毒的形式在人群中广泛传播，每年引发季节性流感疫情[33-34]。

通过对2009年甲型H1N1流感病毒的基因组进行测序分析发现，2009年甲型H1N1流感病毒为人流感病毒、禽流感病毒和猪流感病毒3种来源的三源重配病毒。遗传进化分析发现，甲型H1N1流感病毒的PB2基因和PA基因来源于禽流感病毒，PB1基因来源于H3N2亚型人流感病毒，HA、NP、NA、M和NS基因来源于猪流感病毒[33]。

研究发现，2009年甲型H1N1流感病毒对人的致病性以及患者感染该病毒后的临床症状都与2009年之前的季节性流感病毒基本相同，但与以往的季节性流感病毒相比，2009年甲型H1N1流感病毒具有2个新特点：第一，人类感染以往的季节性流感病毒后，感染者中表现出胃肠道症状的很少，然而人感染2009年甲型H1N1流感病毒后却常表现出并发胃肠道症状[25]。第二，季节性流感病毒的易感人群以老人為主，然而2009年甲型H1N1流感病毒的易感人群却是青壮年。针对这一现象，有学者推测青壮年患者的数量多于老年患者是因为老年人大多曾感染过1918年西班牙流感病毒，许多老年人体内都有1918年西班牙流感病毒的抗体，而后续的试验研究表明1918年西班牙流感病毒与2009年甲型H1N1流感病毒之间存在交叉抗原性（1918年西班牙流感病毒的抗体也能中和2009年甲型H1N1流感病毒），导致老年人对2009年甲型H1N1流感病毒的抵抗能力要强于青壮年，因此2009年甲型H1N1流感病毒的老年患者数量要远远低于青壮年患者[16]；进一步研究发现，1918年西班牙流感病毒和2009年甲型H1N1流感病毒的HA糖基化位点数量与季节性H1N1亚型流感病毒不同，1918年西班牙流感病毒和2009年甲型H1N1流感病毒HA上缺失了多个糖基化位点，这些缺失的糖基化位点有屏蔽HA表面中和位点的功能，因此1918年西班牙流感病毒与2009年甲型H1N1流感病毒的抗原性极其相似，Xu等[16]从抗原性角度解释了体内具有1918年西班牙流感病毒抗体的老年人不容易感染2009年甲型H1N1流感病毒的原因。

45卷32期邹积振等A型流感病毒研究进展

6禽流感病毒跨种传播

禽流感病毒（Avian influenza virus，AIV）是一种能够在禽类的呼吸道和肠道中复制，并能引起禽类呼吸道症状的流感病毒。所有AIV都是A型流感病毒；根据HA和NA的不同，AIV分为16种HA亚型和9种NA亚型；根据对鸡致病性的强弱，AIV可分为高致病性禽流感病毒（Highly pathogenic avian influenza virus，HPAIV）和低致病性禽流感病毒（Low pathogenic avian influenza virus，LPAIV）；Verdugo等[35]研究发现，除了H5和H7亚型的部分AIV为HPAIV外，其余AIV都是LPAIV。AIV的自然宿主是禽类，AIV一般只感染其自然宿主，然而近年来AIV频繁跨越种属障碍感染哺乳动物甚至人类，对公共卫生安全构成严重威胁[36]。1997年在香港暴发H5N1亚型HPAIV感染人事件，造成18人感染，6人死亡[37]，从2003年开始H5N1亚型HPAIV每年都会引发新的人感染病例，目前H5N1亚型HPAIV人感染病例已超过800例，死亡率超过50%[38]。2013年在我国上海出现新型H7N9亚型LPAIV感染人病例，引起全球广泛关注，目前新型H7N9亚型AIV的感染病例主要集中在我国，总感染病例数已超过1 200例，死亡率约30%[36]。研究发现，新型H7N9亚型AIV是一种三源重配病毒，HA基因来源于H7N3亚型AIV，NA基因来源于H4N9或H11N9亚型AIV，PB2、PB1、PA、NP、M和NS基因来源于H9N2亚型AIV[39]。除了H5N1和H7N9亚型AIV能够感染人以外，近年来还偶见H5N6、H6N1、H7N3、H7N7、H9N2和H10N8等亚型AIV感染人病例[38]。

7展望

近年来，流感疫情频发，例如2009年的甲型H1N1流感全球大流行疫情，对公众健康和公共卫生安全构成严重威胁。尽管目前全球已经进入“（大流感）后流行时期”，但甲型H1N1流感病毒并没有消失，仍以季节性H1N1亚型流感病毒的形式在人群中传播，危害公众健康。与此同时，禽流感疫情也卷土重来，全球各地的禽流感疫情频频暴发，如从2014年至今席卷亚洲、欧洲和北美洲多個国家（或地区）的H5N2、H5N6和H5N8亚型禽流感疫情，引起疫情的禽流感病毒是一种新出现的2.3.4.4分支H5亚型禽流感病毒，该分支的H5亚型禽流感病毒与之前在家禽中流行的H5亚型禽流感病毒的抗原性差异显著，给养禽业造成巨大的经济损失。除了感染野鸟和家禽外，禽流感病毒还频频跨过种属障碍，感染多种哺乳动物和人，引发感染者发病死亡。目前，已跨种感染人的禽流感病毒主要集中在H5亞型和H7亚型，特别是H5N1亚型高致病性禽流感病毒和H7N9亚型低致病性禽流感病毒，曾在1997年和2013年分别在我国引发过人感染禽流感疫情；另外，除了H5亚型和H7亚型禽流感病毒外，H6亚型、H9亚型和H10亚型禽流感病毒感染人事件也时有发生。禽流感病毒跨种传播事件的频频发生，对公共卫生安全提出了新的挑战。由于引起以上疫情的病原都是A型流感病毒，加强对A型流感病毒尤其是A型流感病毒对哺乳动物的致病机制研究刻不容缓。

开展A型流感病毒对哺乳动物的致病机理研究，将有助于加深对流感病毒致病新表型变异机制的理解和认识，提升应对流感大流行疫情的能力。A型流感病毒对哺乳动物的致病性往往受到不同病毒蛋白上氨基酸突变调控。据报道，H7N1亚型和H7N7亚型高致病性禽流感病毒PB2蛋白上的第627位氨基酸残基如果由谷氨酸突变为赖氨酸（PB2-E627K），则病毒对小鼠的毒力会显著增强[40-41]；H6N1亚型低致病性禽流感病毒的PA蛋白上的第97位氨基酸残基如果由苏氨酸突变为异亮氨酸（PA-T97I），则病毒对小鼠的毒力以及病毒的体外和体内复制能力会显著增强[42]。以往的研究表明，不同亚型A型流感病毒对哺乳动物的致病机理并不完全相同，继续加强对A型流感病毒致病机理的研究有利于及时发现新出现的对哺乳动物具有强致病性的A型流感病毒，提高流感病毒跨种传播监测和预警能力。

A型流感病毒在不同宿主之间频频发生跨种传播的现象，表明A型流感病毒对公共卫生安全危害巨大。因此，继续加强对A型流感病毒的研究十分必要。开展对A型流感病毒的研究，不仅能丰富关于流感病原学的知识储备，也能为科学防控A型流感疫情提供指导与帮助。

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