禽流感是一种由禽流感病毒引起的鸟禽类传染病。野生水禽是禽流感病毒的自然宿主,禽流感主要在禽类中流行。但是,当禽流感病毒的基因组发生一定变异后,病毒会发生跨种传播而感染人,甚至引发人类流感大流行。例如,1918年H1N1西班牙流感、1957年H2N2亚洲流感、1968年H3N2香港流感、1977年H1N1墨西哥流感和2009年H1N1猪流感。其中最严重的1918年流感造成的死亡人数达五千万。因此,对禽流感病毒跨种传播机制的研究,有助于更好地对禽流感进行防控。
血凝素(HA)蛋白是禽流感病毒表面的一种糖蛋白。其在病毒感染宿主细胞过程中发挥关键作用:与宿主细胞表面糖蛋白末端的特异性糖链结合,介导病毒膜与宿主核内体膜的融合。HA蛋白是由HA1链和HA2链组成的三聚体。HA蛋白可被分为两个结构域:远离病毒外膜的球状结构域和靠近外膜的茎状结构域。受体结合域位于球状结构域的顶端。它状如浅口袋,边缘是3个二级结构单元:130环(130—loop)、190螺旋(190—helix)、220环(220—loop)(H3亚型氨基酸序号);底部是4个保守氨基酸(Y98,Wl53,Hl83,Y195,H3亚型氨基酸序号)。
HA蛋白结合域一般与禽受体a2,3唾液酸(a2,3term inalSIA,SAa2,3Ga1)结合。但是,当HA蛋白基因组发生变异后,HA可能与人受体a2,6唾液酸(a2,6 terminal SIA,SAa2,6Ga1)结合。病毒因此发生跨种传播而感染人。HA蛋白受体结合特异性的转换是病毒产生人适应性的关键特性之一。HA蛋白受体结合特异性极大地影响禽流感病毒的宿主范围。HA受体结合特异性从禽受体转为人受体,是出现致疫情病毒的先决条件。HA蛋白一两个氨基酸置换突变就足以导致这种转换。H1的E190D/G225D突变,H2/H3的Q226L/G228S突变,H7N9的Q226L/I、G186V突变都导致了其受体结合特异性的转换。突变可能使HA蛋白与人受体之间相互作用发生改变。突变后人受体糖环能与H1第190位D和225位D之间形成氢键。突变后H2/H3第226位L创造一个疏水的环境使HA与带C6疏水原子的人受体结合;第228位S与人受体末端SA1形成氢键。
目前人们主要通过实验方法和理论计算方法来检测禽流感病毒HA与人受体的相互作用。实验方法能较为准确地分析病毒株与人受体的结合能力。通过预测方法的前期计算筛选,可以有效地缩小需进一步实验分析的病毒株数目。而且,随着二代测序的应用,人们可以快速地获得HA蛋白的氨基酸序列。所以,可以发展一种从氨基酸序列出发构建HA三维结构模型,快速预测HA蛋白与人受体结合能力的理论计算方法,通过分子对接来计算H7亚型病毒的HA与LSTc的相互作用,预测病毒HA与人受体的结合能力,分析其与人受体的结合特异性,以快速地预测新发禽流感病毒感染人的潜力。
