H3流感血凝素在抗原漂移过程中的结构与免疫学特征：糖基化演变对蛋白稳定性及免疫识别的调控机制

《Nature Communications》：Structural and immunological characterization of the H3 influenza hemagglutinin during antigenic drift

本研究针对流感疫苗研发中保守表位难以识别的挑战，聚焦H3血凝素(HA)糖基化演变规律。团队通过冷冻电镜(cryo-EM)和糖蛋白质组学分析，发现当代H3毒株(Sing/16)头部域高密度糖基化导致蛋白稳定性降低，并促使免疫应答转向靶向酯酶域和茎部域。该研究揭示了糖基化超越空间位阻效应的新型调控机制，为通用流感疫苗设计提供新思路。

　　

当流感病毒年复一年地变异，使得疫苗效果大打折扣时，其背后的关键推手——抗原漂移(antigenic drift)机制始终是科学界关注的焦点。流感病毒表面的血凝素(hemagglutinin, HA)蛋白作为主要抗原靶点，其持续积累的突变不仅包括氨基酸替换，更伴随着糖基化模式的动态演变。这些如同"糖盾"的聚糖结构如何影响病毒稳定性、免疫逃逸能力以及疫苗有效性，成为困扰流感防控的关键科学问题。

近日《自然-通讯》(Nature Communications)发表的研究论文中，由Rebeca de Paiva Froes Rocha和Ilhan Tomris领衔的国际团队，通过多学科交叉方法揭示了H3亚型HA在1968年至2016年间的糖基化演化规律。研究发现当代毒株头部域的高密度糖基化不仅重构了免疫识别模式，更意外地导致蛋白结构稳定性降低，这为理解流感病毒进化机制和疫苗设计提供了全新视角。

研究团队运用冷冻电镜(cryo-EM)解析技术、糖蛋白质组学分析、生物层干涉测量(BLI)和计算建模等核心方法，系统比较了1968年香港株(HK/68)与2016年新加坡株(Sing/16)的结构差异。特别值得注意的是，研究采用了电子显微镜多克隆表位定位(EMPEM)技术对雪貂免疫血清样本进行分析，这些样本来源于伊拉斯谟监测研究所的病毒监测库。

糖基化位点的动态演变规律

通过对近1.1万条H3毒株HA序列的分析，研究人员发现潜在N-连接糖基化位点(PNGS)在头部域呈现加速积累趋势，而酯酶域和茎部域的PNGS则相对保守。特别值得注意的是，位于受体结合位点(RBS)附近的N158位点糖基化在2014-2020年间流行毒株中出现频率低于40%，并在2021年后完全消失，这与临床观察到的疫苗有效性下降现象高度吻合。

糖盾结构的定量解析

团队通过冷冻电镜解析了Sing/16 HA 3.9埃分辨率的结构，发现尽管与HK/68整体结构高度相似(Cα-RMSD 0.68埃)，但糖基化模式发生显著改变。糖蛋白质组学分析显示Sing/16的高甘露糖型聚糖比例(28%)明显高于HK/68(16%)，其中N165位点的高甘露糖比例从20%增至70%。通过建立的糖链相遇因子(GEF)计算模型，发现Sing/16头部域的表位可及性降低了4.7倍。

糖基化对免疫识别模式的重编程

血清学分析显示，免疫Sing/16的雪貂血清中和效价(10,240)显著高于HK/68(2,560)。EMPEM分析揭示了惊人的免疫应答转向：HK/68主要引发针对头部域的抗体，而Sing/16则优先激发靶向酯酶域和茎部域的抗体。竞争ELISA实验进一步证实，Sing/16免疫血清中的茎部导向抗体比例显著增加，表明高密度糖基化迫使免疫系统转向保守表位。

糖基化对蛋白稳定性的双重影响

研究最引人注目的发现是糖基化对HA稳定性的调控作用。内切糖苷酶H(endo H)去糖基化处理导致Sing/16约57%的颗粒发生头部域解折叠，而HK/68保持完整。纳米差示扫描荧光(nano-DSF)分析显示Sing/16去糖基化后出现双相熔解曲线，表明糖链网络对当代毒株的结构稳定性具有关键作用。特别值得注意的是，N165位点糖链在去糖基化后仍保持最高电子密度，提示其在维持结构完整性中的核心地位。

这项研究首次系统揭示了流感HA糖基化演变的结构与免疫学后果，证实糖链不仅是简单的空间屏蔽物，更是调控蛋白稳定性和免疫应答方向的关键因子。发现当代毒株通过糖基化积累实现免疫逃逸的同时，也付出了结构稳定性的代价，这种平衡可能为疫苗设计提供新的突破口。研究强调在疫苗株选择和生产过程中需充分考虑糖基化模式的影响，为开发靶向保守表位的通用流感疫苗提供了重要理论依据。

该研究的创新之处在于将计算生物学、结构生物学和免疫学分析有机结合，建立了糖基化-稳定性-免疫识别三者之间的定量关系。特别是发现糖链网络通过限制局部动力学影响抗体结合的新机制，超越了传统空间位阻理论的局限。这些发现不仅对流感防治具有重要意义，也为其他糖基化病毒（如HIV、冠状病毒）的研究提供了方法论参考。随着糖生物学与结构免疫学的深度融合，人们对病毒进化与宿主免疫互作的理解将进入新的维度。