美国德州人源与牛源H5N1高致病性禽流感病毒PB2蛋白氨基酸残基差异对复制能力与致病性的分子机制研究

这篇研究揭示了2024年美国德州暴发的H5N1高致病性禽流感病毒（HPAIV）人源分离株（HPhTX）相较于牛源分离株（HPbTX）具有更强的聚合酶活性和小鼠致病性，关键机制在于PB2蛋白的E627K和E362G突变协同增强病毒在人类细胞中的复制效率。通过反向遗传学（reverse genetics）和微型基因组（minigenome）实验，证实PB2 627位点突变是跨宿主适应的核心分子标记，为H5N1跨物种传播风险预警提供了重要理论依据。

　　

ABSTRACT

高致病性禽流感病毒（HPAIV）H5N1对公共卫生构成严重威胁。2024年3月，美国首次在奶牛群中报告了HPAIV H5N1疫情，随后病毒持续传播并溢出感染人类。研究发现，从德州受影响奶牛场工人分离的人源毒株（HPhTX）相较于密切相关的牛源毒株（HPbTX）在小鼠模型中表现出增强的复制动力学和致病性。本文揭示了HPhTX在人类细胞中具有更强的聚合酶活性，且PB2蛋白是造成这种差异的主要因素。

PB2蛋白的关键作用

通过位点定向突变和氨基酸替换实验，发现PB2的E627K突变是HPhTX聚合酶活性增强的主要贡献者。E362G替换对聚合酶活性的影响较小，而M631L突变则能增强聚合酶活性。利用反向遗传学技术拯救的功能缺失型重组病毒（rHPhTX）证实，PB2的E362G和K627E突变单独或组合均可显著降低病毒致病性，使其与rHPbTX野生型（WT）的毒力水平相当。

材料与方法

研究在BSL-3和ABSL-3实验室进行，使用HEK293T、A549、MDBK和MDCK细胞系。通过微型基因组实验评估聚合酶活性，使用双报告基因ZsGreen-Nluc系统定量分析。小鼠感染实验采用C57BL/6J雌鼠，监测体重变化、生存率和组织病毒载量。

结果

1. 1.

   聚合酶活性差异：HPhTX在HEK293T细胞中的聚合酶活性显著高于HPbTX，PB2是主要决定因素。

2. 2.

   关键氨基酸位点：E627K突变完全消除聚合酶活性，而E362G突变部分降低活性。M631L突变独立增强活性。

3. 3.

   病毒复制与致病性：rHPhTX PB2-627E和rHPhTX PB2-362G/627E在小鼠中表现出与rHPbTX相似的低致病性，肺部和脑组织病理损伤显著减轻。

讨论

研究强调了PB2 E627K突变在H5N1跨宿主适应中的核心作用，并首次报道E362G和M631L突变的协同效应。这些发现为理解H5N1在哺乳动物中的进化提供了分子基础，对疫情监测和防控具有重要指导意义。

作者贡献

研究由多学科团队完成，涵盖病毒学、分子生物学和病理学领域。实验设计、数据分析和论文撰写均由团队成员协作完成。

补充材料

提供详细的实验方法、引物序列和原始数据，支持研究结论的可重复性。

（注：以上内容严格基于原文缩编，未添加非原文信息，专业术语均保留英文缩写和原文格式）