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甲型流感病毒(IAV)具有适应新宿主物种的显著能力,这归因于病毒血凝素(HA)对唾液酸化糖类的特异性以及HA与病毒神经氨酸酶(NA)之间的功能平衡。数十年来,N-连接与O-连接聚糖及糖鞘脂上的唾液酸一直被视为调控IAV入侵、嗜组织性及物种特异性的唯一受体。然而
甲型流感病毒(IAV)具有适应新宿主物种的显著能力,这归因于病毒血凝素(HA)对唾液酸化糖类的特异性以及HA与病毒神经氨酸酶(NA)之间的功能平衡。数十年来,N-连接与O-连接聚糖及糖鞘脂上的唾液酸一直被视为调控IAV入侵、嗜组织性及物种特异性的唯一受体。然而,蝙蝠源H17N10与H18N11病毒以及后续鉴定的禽源H19亚型的发现,从根本上挑战了这一认知。这类病毒以主要组织相容性复合体II类(MHC-II)分子作为不依赖唾液酸结合的入侵受体。此外,近期研究表明部分H2N2与H3N2病毒表现出双受体特异性,可同时结合唾液酸与MHC-II,拓展了学界对IAV受体使用的概念理解。本综述通过整合经典唾液酸依赖附着研究与新兴MHC-II介导入侵的相关数据,探讨IAV受体特异性不断演变的全景。研究人员阐述了唾液酸与MHC-II受体结合的结构决定因素、HA受体结合位点的可塑性,以及排他性或双受体使用对宿主范围与跨种传播潜力的后续影响。进一步分析了MHC-II嗜性如何将细胞靶向转移至抗原呈递细胞与肠道免疫微环境,以及这种转移如何放宽对NA功能的进化选择压力。
INTRODUCTION
野生水禽与滨鸟是甲型流感病毒(IAV)的主要自然储存宿主,其表面糖蛋白血凝素(HA)与神经氨酸酶(NA)定义了病毒亚型的广泛遗传与抗原多样性。在禽类自然宿主中,IAV主要在肠上皮复制,通常引起亚临床感染并通过粪便排入环境。禽源IAV已外溢至多种物种,形成了涵盖多样禽类与哺乳动物宿主的复杂生态格局。20世纪以来,4种动物源IAV引发了全球大流行:1918年西班牙流感(H1N1)、1957年亚洲流感(H2N2)、1968年香港流感(H3N2)与2009年猪流感(H1N1)。这些大流行毒株的后代作为季节性IAV在人类群体中持续循环,引发年度呼吸道疾病流行。IAV宿主范围的意外拓展还包括在中南美洲果蝠中发现的遗传独特IAV基因组,这类新大陆蝙蝠源IAV与经典禽源及哺乳源IAV差异显著,为理解IAV序列特征与核心生物学特性提供了新视角。蝙蝠IAV的发现带来的核心概念革新是鉴定出此前未知的受体使用模式:绝大多数IAV依赖不同结构的唾液酸进行细胞入侵,而越来越多的IAV被证实可利用蛋白受体——主要组织相容性复合体II类(MHC-II)分子进入宿主细胞。本综述聚焦MHC-II作为蛋白受体的范式转移发现,探讨其对宿主适应、组织嗜性及跨种传播潜力的意义。
DISCOVERY OF SIALIC ACID RECEPTORS FOR IAV HAs
1942年,Hirst等首次证实病毒制备物及纯化IAV HA可凝集鸡红细胞,且该凝集反应随孵育时间延长可逆,释放后的红细胞无法再次结合,提示当时尚未鉴定的细胞受体被酶切。1955年,Klenk等从IAV处理后的尿黏蛋白中分离出该细胞受体,确认为唾液酸。1961年研究进一步明确,唾液酸的结合与释放由嵌入IAV膜内的两种不同表面糖蛋白HA与NA分别介导。目前公认,唾液酸的存在及其与特定HA的结合特异性是IAV宿主范围与组织嗜性的核心决定因素。唾液酸是一类系统发育相关的α-酮酸单糖家族,修饰于糖蛋白与糖脂上,存在多种结构变体,统称为唾液酸型。人类体内主要形式为N-乙酰神经氨酸(Neu5Ac),而N-羟乙酰神经氨酸(Neu5Gc)与N-羟基化2-酮-3-脱氧壬酸(KDN)则存在于马、牛、猪等宿主的上皮组织中。除KDN外,Neu5Ac与Neu5Gc均可作为HA的细胞受体:Neu5Gc在马呼吸道大量表达,曾是已灭绝的马源H7N7 IAV的主要受体,而当前流行的马源H3N8 IAV偏好结合Neu5Ac;禽源H7N9 IAV从野水禽传播至仅表达Neu5Ac的鸡后,丧失了结合Neu5Gc的能力;近期数据提示牛源H5N1 IAV的适应性可能涉及增强对Neu5Gc的结合。这些发现强调了宿主适应与唾液酸特异性之间的复杂关联。根据宿主物种、组织与细胞类型差异,唾液酸还可在不同位点发生O-乙酰化修饰。除末端唾液酸本身外,累积证据表明其连接的聚糖支架调控HA-受体相互作用,进而影响病毒嗜性。1983年,Rogers等首次证实Neu5Ac与下游聚糖的糖苷键连接是关键的宿主决定因素:禽源IAV偏好结合α2,3-连接的Neu5Ac,而人适应IAV毒株偏好α2,6-连接的Neu5Ac。同年,Naeve与Webster完成了首个HA基因测序,Rogers等进一步证实HA的单氨基酸替换即可将结合特异性从α2,3-连接的Neu5Ac转换为α2,6-连接的Neu5Ac。
GLYCAN SCAFFOLDS IN IAV HA BINDING
唾液酸存在于多种分子环境中,包括蛋白连接的N-连接与O-连接聚糖,以及直接嵌入细胞膜的糖鞘脂。这些支架在分支数量、连接构象、链长与化学修饰上存在显著差异,产生高度结构复杂性,进而调控IAV-宿主相互作用。早期Chu等的研究提示,唾液酸化N-连接聚糖是IAV有效感染所必需的:缺乏N-乙酰葡糖胺转移酶I(GnT1)、无法合成复杂N-聚糖的中国仓鼠卵巢(CHO)细胞可支持H1与H3 IAV附着,但无法支持感染。但后续非突变CHO细胞实验表明,尽管唾液酸化N-聚糖是重要的HA受体,但并非病毒入侵所必需,其他聚糖支架也可作为功能性受体。N-连接聚糖仍是IAV感染中研究最深入的聚糖支架亚型:复杂型N-聚糖根据α3-与α6-连接的甘露糖残基延伸出的分支数量与空间排列分类,不对称结构源于可变延长的N-乙酰乳糖胺(LacNAc)基序,其可进一步发生岩藻糖基化与硫酸化修饰,产生显著结构多样性。过去二十年的综合糖组学分析明确了人类、猪与禽呼吸道组织的N-聚糖谱,近期相关研究已拓展至禽类肠道组织——IAV在自然储存宿主中的主要复制位点。黏蛋白型O-连接聚糖通过N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)核心连接至蛋白的丝氨酸与苏氨酸残基。与N-聚糖相比,O-聚糖在IAV附着实验研究中相对匮乏,尽管累积证据支持其参与IAV感染。在8种已知的O-聚糖核心结构中,核心1至核心4在哺乳动物与禽类组织中表达最为广泛,其中核心1与核心2结构在呼吸道丰度较高,可能是生理相关的IAV HA受体。多项研究证实糖鞘脂通过不同但相互关联的 molecular 机制促进病毒附着与入侵。近期利用CRISPR工程化细胞展示特定聚糖谱的实验进一步验证了糖鞘脂作为IAV入侵受体的作用。糖鞘脂是嵌入膜的糖脂,由半乳糖(Gal)或葡萄糖(Glc)连接至神经酰胺骨架,其唾液酸化成员统称为神经节苷脂。尽管分布广泛,但其组织与物种特异性组成的详细表征仍主要局限于人类与猪肺组织。人类体内神经节系列、乳糖系列与新乳糖系列的神经节苷脂丰度最高,可能构成生理相关的HA受体。1982年,研究人员利用经神经氨酸酶处理的红细胞重建特定外源性神经节苷脂结构,首次证实IAV HA可结合神经节苷脂,且结合不仅依赖唾液酸的存在,还与特定的神经节苷脂架构相关。
ADAPTATIONS IN RECEPTOR-BINDING PREFERENCES OF IAV HAs
IAV HA的受体结合特异性持续演化,以优化不同宿主环境中的病毒适合度,进而调控病毒感染效率、传播能力、嗜组织性与跨种潜力。HA结合特异性的适应还会影响传统系统(如鸡胚)中的病毒复制特性,这一现象在人类H3N2 IAV中尤为明显:其演化的受体偏好与蛋基生产系统的聚糖谱不匹配,最终导致A/Fujian/411/2002未被纳入2003-2004年流感疫苗组分,转而采用较早的A/Moscow/10/99样病毒作为H3N2疫苗组分,造成与流行H3N2 IAV的抗原匹配度下降,推动了疫苗生产体系替代研究。糖微阵列技术的发展揭示了人适应IAV受体结合偏好的重大转变。2012年,对大量双天线N-聚糖的糖微阵列筛选显示,部分人类IAV HA偏好结合含多个连续LacNAc重复序列的受体。后续对1968-2012年分离的人源H3N2 IAV HA结合特异性的研究揭示,其受体特异性逐渐窄化,偏向结合含二或三LacNAc重复的N-聚糖;1989年后,多数H3N2 IAV表现出对至少含三个LacNAc重复序列的聚糖的高度选择性结合。人适应H1N1 IAV也呈现类似趋势,2009年大流行毒株A/California/04/2009偏好结合含三个及以上连续LacNAc重复的N-聚糖,表明人适应IAV越来越依赖高度复杂的聚糖结构实现高效受体结合,且在人类演化过程中逐渐丧失结合单LacNAc结构的能力。除N-聚糖LacNAc分支的对称延伸外,不对称延伸也会影响IAV HA结合特性:不对称N-聚糖的糖微阵列筛选显示,现代大流行后人源H1N1 IAV需要至少一个唾液酸化的二LacNAc分支才能实现高效结合。人适应H1N1与H3N2 IAV常表现出对α3-分支双天线N-聚糖上聚糖延伸与末端唾液酸化的偏好,凸显分支拓扑结构对受体特异性的重要贡献,这类不对称N-聚糖现已被广泛接受为人类呼吸道中当代人源IAV的通用受体。近期发现提示IAV HA特异性的适应超出了经典的禽-人α2,3-至α2,6-唾液酸受体范式,涉及与不同聚糖支架的更复杂受体相互作用。人源禽起源H7N9 IAV获得了Q226L替换(H3编号),该替换通常与禽-人受体偏好转换相关,但出乎意料的是,该替换并未显著增强对常规α2,6-连接Neu5Ac聚糖受体的结合,反而使适应的H7 HA获得识别O-聚糖上两个分支均连接α2,3-连接Neu5Ac的能力。近期Weber等证实,当代2.3.4.4b分支H5N1病毒对含α2,3-连接Neu5Ac的核心1与核心3 O-聚糖具有独特特异性,这一特性可能有助于其拓展宿主范围与异常组织嗜性。
NA FUNCTIONALITIES
在发现唾液酸依赖的红细胞凝集现象近二十年后,负责病毒粒子释放的受体破坏酶——病毒NA被从IAV中分离纯化。NA活性在病毒出芽阶段尤为重要,可防止病毒粒子自聚集并促进高效释放;此外,NA还参与感染早期过程,包括协助病毒穿过唾液酸化的黏液屏障及调控HA介导的附着事件。IAV研究的核心法则之一是HA结合与NA切割的功能平衡:多项研究证实,人为扰动这一平衡会诱导代偿性适应——NA活性降低会选择HA结合亲和力下降的变异株,而HA结合亲和力降低则允许NA活性维持在较低水平。但蝙蝠源N10、N11与N12 NA的发现挑战了这一范式的普适性,这类NA缺乏唾液酸酶活性。生化研究显示,经典IAV NA对底物具有显著的混杂性,可作用于Neu5Ac与Neu5Gc,且明确偏好Neu5Ac,这与HA普遍较差的Neu5Gc结合能力一致。相比之下,O-乙酰化唾液酸难以被NA切割,富集于马与豚鼠血清糖蛋白但不存在于人类的4-O-乙酰化唾液酸可作为IAV的竞争性抑制剂。在连接特异性方面,人适应N1与N2 NA逐渐获得切割α2,6-连接Neu5Ac的能力,同时保留切割α2,3-连接Neu5Ac的活性。NA底物特异性的拓宽与HA的结合特异性形成对比:HA在人宿主适应过程中通常表现出对α2,6-连接Neu5Ac的排他性结合偏好。尽管已有NA特异性的糖微阵列分析,但其详细的底物特异性仍未完全阐明,部分源于方法学局限,如基于凝集素的暴露半乳糖残基检测存在固有特异性偏差。
DISCOVERY OF MHC-II-DEPENDENT IAV HAs
“唾液酸是所有IAV的唯一受体”这一长期教条因蝙蝠源IAV序列的发现受到挑战。Tong等在危地马拉小黄肩蝠与秘鲁平脸果蝠的直肠拭子样本中发现了全新的IAV基因组(H17N10与H18N11)。早期序列分析显示,除HA序列外,这类蝙蝠源病毒基因组与经典IAV亲缘关系较远,因蛋白与RNA水平的分子不相容性,无法与后者发生重配。所有针对纯化H17/H18 HA与N10/N11 NA蛋白的生化实验均未检测到经典的唾液酸结合活性与神经氨酸酶活性。结构分析显示,H17与H18 HA的头部结构域保留了构成经典HA受体结合位点(RBS)的130-环、190-螺旋与220-环,但多个氨基酸替换导致RBS变得扁平且宽阔,无法结合唾液酸。N10与N11的头部结构域虽与经典NA整体三级结构相似,但催化域的关键保守残基被替换,导致活性位点拓宽,与H17/H18 HA的RBS变化类似。这些发现早期即提示唾液酸并非这类新型蝙蝠源IAV的入侵受体。初期尝试在原代蝙蝠组织培养物中扩增H17N10与H18N11失败,反向遗传学构建感染性蝙蝠IAV也未成功,但电镜在病毒拯救的生产细胞上清中检测到病毒粒子,提示病毒组装与释放正常,但常用IAV培养细胞系缺乏合适的入侵受体。为鉴定对H17与H18介导入侵敏感的细胞系,研究人员构建了囊泡口炎病毒(VSV)假型颗粒,将其VSV糖蛋白替换为H17(VSV-H17)或H18(VSV-H18)。利用这类假型病毒,鉴定出多株人、犬与蝙蝠细胞系对H17/H18介导的入侵敏感。后续全基因组CRISPR-Cas9敲除筛选结合敏感与非敏感细胞系的转录组比较,明确主要组织相容性复合体II类(MHC-II)分子是H17与H18的共同入侵受体。一致地,遗传消融MHC-II可使敏感细胞丧失对VSV-H17与VSV-H18的易感性, authentic H18N11无法在MHC-II缺陷小鼠中复制,而在野生型动物中可检测到复制。由于CRISPR-Cas9筛选未发现其他受体候选分子,这些结果表明MHC-II是蝙蝠源IAV H17N10与H18N11的唯一细胞入侵受体,且可溶性MHC-II复合物可剂量依赖性地高效抑制蝙蝠源IAV的入侵。除人类MHC-II分子(HLA-DR、HLA-DQ、HLA-DP)外,H18(一定程度上H17)可结合多种物种的MHC-II分子,包括多种蝙蝠、猪、小鼠与鸡,凸显了受体水平的显著跨物种兼容性。尽管MHC-II分子在脊椎动物演化中高度保守,但物种间与等位基因间差异显著:人类经典MHC-II分子由HLA-DR、HLA-DQ与HLA-DP基因座编码;猪编码对应人HLA-DR与HLA-DQ的SLA-DR与SLA-DQ;小鼠编码大致对应人HLA-DR与HLA-DQ的H-2A与H-2E;禽类则具有独特的MHC组织结构,以紧凑的鸡B基因座为代表。所有MHC-II分子均共享由α链(含α1与α2结构域)与β链(含β1与β2结构域)组成的异二聚体架构,其中α1与β1结构域形成肽结合槽,α2与β2结构域提供结构基础。尽管尚未通过实验解析H17/H18与MHC-II的直接结构相互作用,但H18:HLA-DR相互作用的计算机模拟建模确定α2结构域是介导HA结合的主要界面。靶向突变实验进一步证实,α2结构域内环4的保守残基N149与β-折叠6的V190是H17/H18介导入侵的关键位点。MHC-II依赖性HA的精确受体结合域仍有待明确。近期数据显示,以MHC-II作为入侵受体并非蝙蝠源IAV亚型H17N10与H18N11独有。2023年,Fereidouni等在哈萨克斯坦赤颈鸭泄殖腔拭子中鉴定出与已知H9序列亲缘关系较远的新型HA序列,被归类为H19亚型。后续在美国加利福尼亚州斑背潜鸭中分离到密切相关的H19Nx IAV。Karakus等对受体特异性的功能分析显示,H19无 detectable 唾液酸结合活性,以MHC-II依赖方式介导细胞入侵。与可结合所有测试物种广谱MHC-II分子的H18不同,H19的特异性更受限,目前仅证实可与水禽及小鼠来源的MHC-II分子兼容。结构上,H19的头部结构域包含由经典130-环、190-螺旋与220-环构成的保守RBS,但与经典IAV HA相比,仅有两个关键唾液酸结合位点存在差异:G134T与G/Q226I(H3编号)。这种有限的差异与H17/H18头部结构域的大量氨基酸替换形成鲜明对比,提示H19 RBS具有结构可塑性,且与经典唾液酸结合HA演化关系更近。靶向突变实验证实,将H19 RBS的130-环内引入T134G、I226Q与P137A替换即可恢复唾液酸结合能力。但H19的MHC-II结合位点及介导MHC-II依赖入侵的关键氨基酸仍有待鉴定。与H17/H18类似,目前仍缺乏H19与MHC-II分子相互作用的直接生化证据。但突变研究证实MHC-II α1链对H19介导的细胞入侵至关重要,位于肽结合槽附近的氨基酸残基40、43、44、61、62与64被鉴定为关键决定因素。值得注意的是,目前已表征的所有MHC-II依赖性HA的受体结合均主要依赖MHC-II α链,其机制基础尚不清楚,可能与β链多态性更高有关。
HAs WITH DUAL RECEPTOR SPECIFICITY
除单独使用唾液酸或MHC-II分子进行细胞入侵外,部分IAV的HA具有双受体特异性,可同时通过两类受体入侵。对不同H2N2病毒的研究显示,多株欧亚禽源毒株及包括1957年大流行毒株在内的人源分离株均表现出此类双受体特异性。人、猪与水禽来源的MHC-II分子可作为这类病毒的替代入侵受体,且其结合不依赖经典的唾液酸特异性RBS。具有双受体特异性的H2在头部结构域外缘存在一个保守序列基序,包含S107、K119与R121残基(H3编号),介导MHC-II依赖的细胞入侵。1957年大流行病毒H2的禽源背景值得关注:其他禽源H2 IAV中,该MHC-II入侵基序的存在与其在原代人气道细胞与雪貂中的复制能力所评估的跨种风险评分呈正相关,即便其缺乏人源样的α2,6-唾液酸受体特异性。近期研究进一步证实H2N2并非唯一具有双受体特异性的IAV。Cardenas等利用一对H3N2病毒发现,原型人季节性H3N2与猪适应H3N2病毒可物种特异性地结合MHC-II作为替代入侵受体:人MHC-II分子HLA-DR(而非猪SLA-DR)可支持人H3N2在去唾液酸化细胞中的高效入侵,而猪H3N2则可结合SLA-DR,并在一定程度上结合HLA-DR。有趣的是,人季节性H3N2病毒感染猪后,HA的RBS附近会出现A138S、V186G或F193Y(H3编号)替换,这些替换改变了唾液酸结合偏好,并增强了对猪SLA-DR的特异性,提示RBS的结构改变可同时调控对唾液酸化聚糖与MHC-II的识别。这些结果暗示双受体特异性可能促进跨种传播,并可能在既往大流行出现中发挥作用。从演化角度看,禽源与猪源H2、H3双受体特异性的发现为理解H17、H18、H19中独有的MHC-II依赖性提供了新模型:MHC-II使用可能并非通过多次独立演化事件产生,而是起源于具有双受体特异性的祖先HA,其在宿主特异性适应(如细胞嗜性改变)过程中丧失了唾液酸结合能力。但H2介导MHC-II结合的三个残基在H17-H19中缺失或仅部分保守,这可能意味着这类病毒进化出了不同的MHC-II相互作用模式,也可能存在其他尚未鉴定的保守MHC-II结合残基。
ANOTHER RECEPTOR, ANOTHER TROPISM?
MHC-II分子主要表达于专业抗原呈递细胞(APC),包括树突状细胞、巨噬细胞与B细胞,这类细胞内化胞外病原体、加工其蛋白,并通过MHC-II分子将抗原肽呈递给CD4+ T细胞,启动适应性免疫应答。此外,MHC-II分子表达于胸腺,在T细胞选择中发挥核心作用;小肠肠上皮细胞等特定非造血细胞类型也组成性表达MHC-II;炎症条件下,T细胞等其他细胞类型也可诱导表达MHC-II。这种相对受限的细胞类型特异性表达模式与唾液酸在几乎所有细胞类型与组织中近乎普遍的分布形成鲜明对比,因此MHC-II依赖性IAV的组织嗜性不由广泛分布的聚糖受体调控,而是由特化的免疫细胞群与组织的可用性决定。目前仅对H18N11的组织嗜性进行了系统研究:经口鼻接种后,H18N11可在小鼠嗅上皮复制,在雪貂中还可感染咽与腭扁桃体。在自然宿主牙买加果蝠中,口鼻接种可导致腭扁桃体鳞状上皮、小肠固有层与空肠派尔集合淋巴结滤泡相关上皮感染。单细胞RNA测序结合空间分辨激光扫描显微镜分析进一步证实,H18N11可感染并复制于牙买加果蝠肠上皮细胞与肠白细胞(尤其是巨噬细胞)。人PBMC来源巨噬细胞与牙买加果蝠骨髓来源巨噬细胞也可被H18N11有效感染。这些发现表明H18N11的体内嗜性紧密反映了MHC-II在肠上皮与免疫区室的表达模式。但白细胞感染(区别于经典IAV的上皮嗜性)的演化基础,以及感染白细胞对病毒生命周期的功能贡献仍有待阐明。HIV-1、麻疹病毒与EB病毒等可感染免疫细胞,既作为复制位点,也作为体内播散、免疫调节及建立系统性或持续性感染的载体。在此背景下,H18N11感染MHC-II阳性白细胞可能促进病毒在肠道免疫网络内的播散,并通过淋巴系统扩散;靶向免疫细胞还可能调节局部先天与适应性免疫应答,塑造利于病毒复制的组织环境。目前尚不清楚H18N11等MHC-II依赖性IAV感染免疫细胞主要是为了病毒播散、免疫调节还是两者兼具,阐明精确感染动力学对理解这类细胞嗜性的生物学意义与演化优势至关重要。尽管鸭源H19Nx病毒的组织嗜性研究仍匮乏,但病毒基因组从直肠样本中分离的结果强烈提示其复制主要发生在胃肠道,与其他低致病性禽流感病毒(LPAIV)在水禽中的特征一致。鸭源H19的MHC-II依赖性在与野水禽中循环的其余经典唾液酸依赖性H1-H16亚型对比时,提出了根本性的演化问题。对自然储存宿主中经典IAV与MHC-II依赖性H19Nx病毒的比较分析,将为解析HA介导的受体结合如何决定肠道环境中的病毒入侵途径、细胞类型特异性与感染动力学提供理想的机制框架,也可进一步明确结合MHC-II作为入侵受体是否代表针对黏膜免疫微环境的演化适应,在促进高效病毒复制的同时塑造局部免疫应答。由于禽类胃肠道中的精确感染细胞类型尚未明确,推测某些H2与H3中观察到的双受体特异性拓展了IAV在其自然水禽储存宿主胃肠道中的细胞嗜性具有合理性:小鼠感染实验显示,携带双受体特异性H2的病毒感染肺内MHC-II阳性树突状细胞(CD11b+/CD11c+群体)的数量显著高于携带排他性唾液酸依赖性H1 HA的病毒。鉴于MHC-II结合特性似乎起源于禽适应H2 IAV,后续研究应验证双受体特异性是否通过拓展细胞嗜性为禽宿主带来适合度优势。值得注意的是,这种起源于禽类储存宿主的双受体特异性在传播至人类后未经历明显的负选择:1957-1968年可获得的人源H2-HA序列分析显示,HA头部结构域的MHC-II入侵基序在整个流行期间得以保留。同时,早期H2N2感染人肺样本的组织病理学与免疫组化研究主要显示气管支气管与肺泡上皮细胞感染,提示尽管H2N2病毒可结合人MHC-II,但这既未导致明显的细胞嗜性偏移,也未带来显著的适合度优势。
THE FUNCTION OF NON-CLASSICAL NAs REMAINS UNCLEAR
与H17、H18 HA不同,非常规N10、N11 NA以及近期鉴定的N12 NA的功能仍不明确。功能表征面临困境:体外条件下,N10与N11 NA对病毒复制或粒子释放均非必需。Ciminski等在组成性表达MHC-II的MDCK II细胞上连续传代野生型H18N11,导致全长N11 NA被快速反选,表现为获得提前终止密码子或编码N11的病毒RNA节段发生大片段内部缺失。同样,H18N11感染小鼠会筛选出携带N11节段缺失的病毒变异株。但另有证据表明,非蝙蝠宿主中存在针对N11的环境依赖性选择压力:用N11缺陷型H18N11变异株实验接种雪貂后,野生型H18N11未在器官中检测到可复制病毒,而变异株可在雪貂器官中复制至 detectable 水平,但从肺与鼻甲回收的病毒包含恢复全长N11的变异株。Zhong等也在MDCK II细胞体外传代H18N11后获得携带N11头部结构域两个氨基酸替换的变异株,其在人细胞系、小鼠与雪貂中的复制能力增强。但由于未对实验接种后器官分离的病毒进行测序,尚不清楚野生型H18N11与N11突变株在体内复制后的遗传稳定性。综上,这些发现提示针对N11 NA的选择压力具有宿主与组织依赖性,在自然蝙蝠储存宿主外可能存在显著差异。目前最有力的证据支持N11 NA在自然蝙蝠宿主感染中的功能相关性:在牙买加果蝠中,野生型H18N11可有效复制并水平传播至 na?ve 接触蝙蝠,而N11缺陷型H18N11变异株虽可复制但无法传播,提示N11有助于病毒跨越肠黏膜上皮播散或实现蝙蝠间传播。与此一致,所有已知蝙蝠源IAV(包括H17N10、H18N11与H18N12)均保留完整的NA基因节段。在MHC-II依赖性IAV中,鸭源H19Nx病毒似乎是例外:目前可用的两株分离株要么不含NA节段,要么仅携带截短的NA节段,其大片段缺失涵盖茎部与头部结构域。这种模式与H18N11体外传代中完整N11节段被快速反选的现象一致。值得注意的是,从H19Nx分离株中回收的232核苷酸NA片段与A/duck/Minnesota/104/1974的经典N6 NA序列一致性达99%,提示其与经典禽源NA的亲缘关系比与蝙蝠源IAV独特的N10、N11 NA更近。这一意外的基因组构成引发了多个机制问题:为何H19 HA未像H17、H18 HA那样与N10/N11样NA共演化,而是出现在携带片段化或无功能NA节段的病毒中?此外,若斑背潜鸭确实是H19Nx的自然储存宿主,在经典IAV的高效传播依赖HA介导受体结合与NA介导受体切割的功能互作的前提下,HA自主复制与传播如何维持?一种合理的解释是,受体使用从唾液酸向MHC-II的转换从根本上改变了针对NA的选择压力:若病毒粒子附着不再依赖唾液酸,NA驱动的受体释放的经典需求可能减弱,使得NA活性在特定条件下非必需。最后,这一发现间接提示N10与N11 NA不具备经典受体破坏活性,否则难以解释为何NA丢失或缺失在MHC-II依赖性病毒中反复被耐受或选择。
SUMMARY
自20世纪40年代以来,N-连接与O-连接聚糖及糖鞘脂上的唾液酸被认定为大多数IAV的主要受体。近期H17、H18与H19亚型以MHC-II分子作为入侵受体的发现挑战了这一范式,并提出经典IAV亚型也可能结合MHC-II的可能性。事实上,近期研究证实部分H2N2与H3N2病毒具有双受体特异性,可同时使用唾液酸与MHC-II分子进行细胞入侵。然而,双受体特异性的演化起源、部分IAV中独有MHC-II依赖性的基础,以及 favoring MHC-II使用的选择压力仍不清楚。由于MHC-II主要表达于APC表面,靶向感染这类细胞可能因拓宽细胞嗜性带来演化优势。但独有MHC-II使用与双受体特异性在IAV中均较为罕见,提示这些特征仅在特定条件下出现。MHC-II依赖性亚型H17N10、H18N11与H18N12的NA蛋白非常规,缺乏经典唾液酸酶活性。尽管其精确功能仍不明确,但H18N11感染研究证实N11在体外非必需,却有助于在自然蝙蝠宿主中增强传播能力。同样,鸭源H19Nx分离株可在无功能性NA的情况下复制,表明独有MHC-II受体使用从根本上放宽了对NA驱动唾液酸切割的选择压力。