院士流感疫苗突破性发现登PNAS 同期配发短评

　　

生物通报道，台湾中央研究院院长翁启惠院士、基因体研究中心马彻研究小组、吴宗益研究小组在最新一期的PNAS上发表流感疫苗研究成果文章Glycans on influenza hemagglutinin affect receptor binding and immune response。

 

论文精确并且量化地呈现出来，禽流感病毒与宿主细胞最初结合的过程中，糖分子的关键功能。此篇研究成果，未来将可能为科学家抑制人类病毒(例如，禽流感、新流感、C型肝炎、爱滋病)，提供更精准的解释与疫苗及药物研发能力。PNAS也同时发新闻稿特别介绍此工作的重要性。

 

与此同时，这篇以禽流感(H5N1)病毒为实验对象的论文，亦创新提出以糖分子研发流感疫苗的全新方向。今年6月翁启惠院长曾于一项国际会议中报告此构想，此篇论文即该报告之依据来源。

 

研究团队解释，流感病毒细胞(例如，H1N1、H5N1)的表面主要由「血球凝集素」(Hemagglutinin, HA)与「神经胺酸酶」（Neuraminidase, NA）这两个糖蛋白所构成。而HA专门负责附着到宿主细胞的任务。由于宿主细胞表面亦佈满了糖分子(Glycans)；因此，当病毒与宿主细胞表面最初接触时，病毒的HA就会与宿主细胞表面的糖结合在一起。病毒获得机会，入侵细胞进而复制及感染。

 

此次研究团队，为彻底了解HA的糖对于宿主细胞的附着能力的影响，马彻博士实验室设计出4种带有不同程度糖分子的HA，而吴宗益博士实验室则合成出24种宿主细胞表面的糖分子，彼此交叉做各种检测。

 

实验结果发现：其一、在24种正常细胞表面糖分子中，H5只与17种禽类专有糖分子，产生结合；符合实验对象禽流感病毒(H5N1)的专一性。其二，当病毒HA的「糖」由「多糖」修饰为「单糖」时，其附着于细胞的能力，即大幅增强，但降低了专一性，实验结果以量化的方式，精确呈现。

 

研究团队使用酵素及不同生产糖蛋白的方法，将H5糖蛋白表面的多糖分子逐步减成单糖分子。然后用原型及单糖型的H5糖蛋白做为疫苗，肌肉注射于实验小鼠，并检测其血液中所产生的抗体。

 

研究人员把小鼠分成对照组、原型H5疫苗组、及单糖型H5的疫苗组，然后使用极高浓度的H5N1病毒在生物安全实验室内，让注射过疫苗的小鼠暴露在真正的病毒下。结果显示，对照组存活率为0；原型H5疫苗组的存活率有20%；而单糖型的H5疫苗所注射的小鼠，存活率有50%。实验也发现此单糖型H5疫苗也可保护H1N1的感染。

 

研究人员表示，基本上，H1或H5病毒的蛋白体都属于A型流感，差异在于胺基酸序列以及外面所包裹的糖分子。目前的流感疫苗，都是用整株病毒所製成的。因为所有的糖分子都存在，就好像多了一层遮蔽一样，所产生的抗体无法辨识蛋白体的全貌。然而，若将糖蛋白上多馀的糖除去后再产生疫苗，所产生的疫苗不但不具病毒的危险性，而且可以产生更好的免疫力。

 

翁院长强调：「藉由设计不同流感病毒HA共同的胺基酸序列(consensus sequence)，加上将蛋白表面的糖分子修饰并保留重要的核心结构，是成功发展可对付多种流感病毒分子疫苗的关键。」

 

研究人员表示，这个研究可以再扩展到其他具有多量糖蛋白的人类病毒，例如：一般流感病毒，C型肝炎病毒，或HIV病毒。

 

此项研究成果，已申请专利，并技术移转给美国迈阿密OPKO Health公司，其台湾子公司将在台湾继续疫苗研发的工作。

（生物通 小茜）

生物通推荐原文检索

Glycans on influenza hemagglutinin affect receptor binding and immune response

 

Cheng-Chi Wanga,b,1, Juine-Ruey Chena,c,1, Yung-Chieh Tsenga, Che-Hsiung Hsua,d,e, Yu-Fu Hunga, Shih-Wei Chena, Chin-Mei Chenf, Kay-Hooi Khoof, Ting-Jen Chenga, Yih-Shyun E. Chenga, Jia-Tsrong Jana, Chung-Yi Wua, Che Maa,2 and Chi-Huey Wonga,2

 

aGenomics Research Center,

dChemical Biology and Molecular Biophysics, Taiwan International Graduate Program, and

fInstitute of Biological Chemistry, Academia Sinica, Taipei 115, Taiwan;

bInstitute of Biochemical Sciences, National Taiwan University, Taipei 106, Taiwan;

cInstitute of Biochemistry and Molecular Biology, National Yang-Ming University, Taipei 112, Taiwan; and

eInstitute of Bioinformatics and Structural Biology, National Tsing Hua University, Hsinchu 300, Taiwan

↵1C.-C.W. and J.-R.C. contributed equally to this work.

Contributed by Chi-Huey Wong, September 1, 2009 (sent for review August 3, 2009)

 

【Abstract】

Recent cases of avian influenza H5N1 and the swine-origin 2009 H1N1 have caused a great concern that a global disaster like the 1918 influenza pandemic may occur again. Viral transmission begins with a critical interaction between hemagglutinin (HA) glycoprotein, which is on the viral coat of influenza, and sialic acid (SA) containing glycans, which are on the host cell surface. To elucidate the role of HA glycosylation in this important interaction, various defined HA glycoforms were prepared, and their binding affinity and specificity were studied by using a synthetic SA microarray. Truncation of the N-glycan structures on HA increased SA binding affinities while decreasing specificity toward disparate SA ligands. The contribution of each monosaccharide and sulfate group within SA ligand structures to HA binding energy was quantitatively dissected. It was found that the sulfate group adds nearly 100-fold (2.04 kcal/mol) in binding energy to fully glycosylated HA, and so does the biantennary glycan to the monoglycosylated HA glycoform. Antibodies raised against HA protein bearing only a single N-linked GlcNAc at each glycosylation site showed better binding affinity and neutralization activity against influenza subtypes than the fully glycosylated HAs elicited. Thus, removal of structurally nonessential glycans on viral surface glycoproteins may be a very effective and general approach for vaccine design against influenza and other human viruses.