最近发表在《科学》杂志上的一项研究表明，研究人员分析了与人类感染和传播潜力相关的牛源H5N1血凝素（HA）中的受体结合适应性。自1996年高致病性禽流感（HPAI）H5N1首次出现以来，其在全球范围内的传播导致了多种谱系和显著的跨物种感染。2021年底，2.3.4.4b分支出现在北美，感染了鸟类、哺乳动物和人类。到2024年，美国奶牛场爆发了疫情，导致首例牛源H5N1感染人类的病例，引发了人们对跨物种传播的担忧。基因分析显示，HA受体结合适应性可能促进了人类感染，但尚未报告人际传播。历史上受体结合变化的证据突显了大流行的风险，需要进一步研究全球H5N1的进化情况。
研究背景
自1996年高致病性禽流感（HPAI）H5N1首次出现以来，其在全球范围内的传播导致了多种谱系和显著的跨物种感染。2021年底，2.3.4.4b分支出现在北美，感染了鸟类、哺乳动物和人类。到2024年，美国奶牛场爆发了疫情，导致首例牛源H5N1感染人类的病例，引发了人们对跨物种传播的担忧。基因分析显示，HA受体结合适应性可能促进了人类感染，但尚未报告人际传播。历史上受体结合变化的证据突显了大流行的风险，需要进一步研究全球H5N1的进化情况。
研究方法
从全球流感数据共享倡议（GISAID）获得了A/Texas/37/2024 H5N1病毒的HA胞外域序列，并将其克隆到带有分泌信号肽、三聚化结构域、凝血酶位点和His标签的pFastbac-1载体中。使用Bac-to-Bac系统在Sf9细胞中生成重组杆状病毒。在High Five细胞中以5-10的感染复数（MOI）表达可溶性HA。蛋白质通过金属亲和层析和尺寸排阻层析纯化，然后用胰蛋白酶消化用于结构研究和结合测定。结晶采用坐滴蒸气扩散法，优化条件适用于apo-HA和突变HA。晶体浸泡在禽类（Neu5Acα2-3Galβ1-3GlcNAcβ1-3Galβ1-4Glc (LSTa)）或人类（Neu5Acα2-6Galβ1-4GlcNAcβ1-3Galβ1-4Glc (LSTc)）受体类似物中。
研究结果
野生型（WT）牛源德克萨斯H5 HA在结合测定中表现出强烈的禽类受体偏好，这一点通过表面等离子共振（SPR）、酶联免疫吸附试验（ELISA）和糖芯片分析得到了证实。WT HA与α2-3唾液酸苷（禽类受体）的解离常数（KD）为138 nM，但未检测到与α2-6唾液酸苷（人类受体）的结合。所有方法的结果一致，确认了德克萨斯H5 HA的禽类受体特异性。受体结合位点（RBS）中的Gln226Leu突变导致特异性从α2-3完全转变为α2-6唾液酸苷，反映了向人类受体偏好的转变。Gln226Leu突变体对二天线α2-6唾液酸苷的结合力比线性形式更强。此外，该突变体对α2-6唾液酸苷的亲和力高于2009年H1N1大流行株，突显了其对人类受体的增强特异性。结构分析表明，Gln226Leu突变使亮氨酸形成与α2-6受体的范德华相互作用，提供了特异性转变的分子基础。为进一步探索其他突变对受体结合的影响，引入了其他突变。将Gly228Ser添加到Gln226Leu突变体中，模仿人类H2和H3病毒的适应性，但并未显著改变受体特异性。Gly225Asp和Glu190Asp突变，这些是H1人类受体结合过渡的标志性残基，未能诱导德克萨斯H5 HA的类似转变。将Asn224Lys与Gln226Leu结合进一步增强了对α2-6唾液酸苷的结合，特别是在扩展和二天线形式中，同时仅引入了对α2-3唾液酸苷的弱结合。然而，其他突变，包括针对193和227位置的突变，当与Gln226Leu结合时，并未显著改善对人类受体的结合。值得注意的是，这些突变体通常仍保持对二天线糖链的强结合。德克萨斯H5 HA与禽类和人类受体类似物的晶体结构提供了关于受体特异性背后分子相互作用的详细见解。WT HA与LSTa的复合物显示了与Gln226的氢键，这是禽类受体偏好的关键。相比之下，Leu226突变体与LSTc的复合物显示了新的相互作用，包括由Asn193和Lys156介导的新接触，与其对人类受体的特异性一致。
结论
总之，禽流感H5N1病毒对家禽生产有重大影响，并通过零星的人类和哺乳动物感染构成大流行的威胁。自2021年以来，2.3.4.4b分支H5病毒广泛传播，感染了野生鸟类、家禽、奶牛和各种哺乳动物，包括人类。尽管牛源H5 HA主要具有禽类受体特异性，但研究表明，单个Gln226Leu突变可以将受体结合转变为人类受体。尽管这种结合较弱，但其亲和力类似于某些可传播的人类流感病毒，如2009年H1N1大流行株。额外的突变，如Asn224Lys，增强了对人类受体的结合，引发了对人畜共患病适应性的担忧。
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