Cell|高福院士团队揭示牛传播H5N1禽流感病毒的跨种间传播机制

学术 2025-01-24 17:53 广东

近期由高福院士领衔的研究团队对牛传播H5N1禽流感病毒血凝素（HA）蛋白的受体结合特性、组织嗜性及其结构变化开展了深入研究，研究结果阐明了HA蛋白受体偏好性的分子基础，并提示了病毒的潜在流行风险和对这一新发病原体持续监测的迫切需求。研究成果以题为“Receptor Binding, Structure, and Tissue Tropism of Cattle-Infecting H5N1 Avian Influenza Virus Hemagglutinin” 的研究论文，于2025年1月22日在线发表于国际顶尖期刊《细胞》（Cell）。

自2024年以来，H5N1高致病性禽流感病毒（进化枝2.3.4.4b）在美国的牛群中持续传播并引起人类感染，受到全球广泛关注。受感染的奶牛常出现食欲降低、粪便性状改变、呼吸急促及奶产量下降等症状，牛乳中也持续检出具有传染性的病毒及病毒RNA。2024年4月，得克萨斯州一名奶牛场工人因接触感染 H5N1 病毒的奶牛而确诊，这也是首例报告的牛传人病例，患者主要症状为结膜炎。截至 2025年1月17日，美国已确认67例高致病性H5N1病毒感染病例，其中多数与奶牛接触有关。病毒为何在牛奶中大量存在？为何会导致人结膜炎?病毒是否已具备人际传播的能力？这些问题亟待解答。

针对首株感染人的牛源H5N1毒株（A/Texas/37/2024），研究人员首先利用表面等离子共振（SPR）实验对病毒编码的HA蛋白进行检测，结果发现牛H5N1 病毒 HA 偏好结合禽α2-3型唾液酸受体，但同时也具有微弱的人α2-6型唾液酸受体的结合能力。随后通过免疫组织化学染色发现，该 H5N1 HA 蛋白可强结合牛肺部及乳腺组织，与临床症状相符；相比之下，常见的人季节性流感病毒（H1N1和H3N2）HA 蛋白并不能有效结合牛的相应组织。此外，牛源 H5N1 HA 蛋白还可显著结合人类的结膜、气管、肺及乳腺组织，而H1N1和H3N2病毒的HA蛋白仅能显著结合人气管组织。这一发现为牛源H5N1病毒导致人结膜炎的分子机制提供了有力解释，也揭示了其与季节性流感病毒存在截然不同的组织嗜性。

图1. 牛传播H5N1禽流感病毒的跨种间传播机制

研究团队进一步利用高分辨率冷冻电镜（cryo-EM）技术解析了该病毒HA蛋白与禽α2-3和人α2-6唾液酸受体的复合物结构，发现其受体结合区（RBS）比以往H5N1毒株更宽，可更有效地结合两种受体，具有双受体结合特性。这些研究结果从分子层面上阐明了牛源H5N1病毒在跨宿主传播中的分子机制，也提示了对这一新发病原体进行持续监测和深入研究的重要性。

首都医科大学附属北京地坛医院/北京市感染性疾病研究中心研究员宋豪、北京生命科技研究院博士后浩天骄、中国科学院微生物研究所博士后韩普、河北大学硕士生王海辰以及首都医科大学附属北京同仁医院/北京市眼科研究所张旭医生为本论文共同第一作者；中国科学院微生物研究所高福院士、北京同仁医院/北京市眼科研究所和河南省医科院王宁利院长、北京地坛医院病理科孙磊主任及宋豪研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了北京地坛医院金荣华院长、陈佳敏医生，中国科学院微生物研究所毕玉海研究员、张蔚副研究员等人的大力支持。该研究获得了国家自然科学基金项目的经费资助。

高福团队长期致力于禽流感监测溯源及跨物种传播机制研究，曾揭示高致病性 H5N1 禽流感病毒、人感染 H7N9、H10N8、H6N1、H3N8等病毒的跨物种传播分子机制，并对潜在高风险的 D 型流感病毒、蝙蝠源 H17N10、H4 亚型等流感病毒进行系统研究，在病毒结构基础及传播规律研究方面作出了重要贡献。其研究成果多次入选“中国十大科技进展”，并荣获国家科学技术进步奖一等奖、特等奖及中华预防医学会科学技术奖一等奖等荣誉。

本期编辑：木木

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