甲型流感疫苗高产株的建立以及流感跨种传播中聚合酶作用机制的研究

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A型流感病毒是造成人类历史上重大传染疾病的病原之一。目前,接种流感疫苗是最为有效的预防方法。现在流感疫苗的生产主要依赖于传统的鸡胚生产平台,尽管传统的鸡胚生产平台已经使用了几十年,然而平台本身存在许多的缺点难以克服。此外,由于某些流感病毒在鸡胚中的扩增能力有限、或者禽流感病毒会导致鸡胚致死等原因使得病毒产量有限,通常需要一到两只鸡胚的产出病毒量才能满足一支疫苗的制作需求,所以在流感爆发季,需要百万千万的鸡胚供应来生产流感疫苗。同传统的鸡胚疫苗生产平台相比,使用哺乳动物细胞系作为流感疫苗的生产平台的介质具有很多的优点。目前,许多哺乳动物细胞系被WHO批准用来生产疫苗,其中Vero细胞系用来生产人用疫苗已经几十年了,包括脊髓灰质炎病毒疫苗和狂犬病毒疫苗,Vero细胞系用来作为人用疫苗的生产介质已经得到的广泛的认可。然而,流感病毒疫苗骨架株PR8病毒不能够很好地适应Vero细胞系,产生的病毒滴度较低,这就意味着应用于细胞生产平台的PR8骨架疫苗株需要进一步的优化。  在本项研究工作中,我们将PR8病毒同能够适应Vero细胞系的WSN毒株进行单条基因重组,拯救出不同的重组病毒,我们发现来自WSN的NS基因能够很好地促进PR8病毒在Vero细胞系上的生长。通过比对来自WSN的NS基因和来自PR8的NS基因序列,我们发现分布在NS1和NS2蛋白上共有11个氨基酸不同。经过单点突变,进行生长曲线和病毒空斑展示的验证,最终我们找到NS2蛋白上第86位氨基酸由赖氨酸(K)变成精氨酸(R)能够促进PR8病毒在Ve ro细胞上的复制提高近100倍。通过机制研究,我们发现NS2 K86R的突变能够促进NS2蛋白同宿主膜蛋白F1FO-ATPase的相互作用,促进病毒在生活周期后期的包装和释放过程,从而提高病毒的产量。  近年来不断有新型流感病毒跨种传播的爆发,如1997年的禽流感HSN1的发生、2009年猪流感的爆发。面对新型流感病毒的爆发,人体免疫系统往往无法对新型病原产生有效的应答。除了及时生产疫苗预防疫情的进一步扩大外,积极探究新型流感爆发的机理机制、加强对流感的跨种传播的了解,对流感大流行预测和防控是必不可少的。  2013年3月,国家疾病防控中心(CDC)首次报道H7N9感染病例。截至2013年8月22号,新型禽流感病毒H7N9共造成135例感染,44例死亡,在中国乃至全球都引起了广泛关注。根据大量的基因进化分析和序列比对,发现此次新型H7N9病毒携带很多与适应哺乳动物的氨基酸突变,包括血凝素HA的226位点,聚合酶亚基PB2的627位点。这些信息提示我们H7N9可能具有一定哺乳动物适应性。目前从病人体内分离的H7N9病毒70%以上存在PB2 E627K突变,而从家禽以及环境中分离出来的H7N9不存在该突变,这就提示我们PB2E627K的突变在H7N9的发生中有着不可忽视的作用。  本研究中,我们使用体外的聚合酶重构系统比较了H7N9和H7N9 PB2K627E的体外聚合酶活性,我们发现H7N9的体外聚合酶活性比H7N9 PB2K627E的活性要高;然而这种现象在禽细胞系上未被发现,说明PB2627K位点与病毒对哺乳宿主选择性有关,PB2627K通过提高聚合酶活性从而促进H7N9病毒在哺乳动物上的复制。目前感染H7N9的病人几乎都出现了严重的呼吸系统综合症,为了证明H7N9 PB2627K可能是病毒高致病力的一个因素,我们在小鼠上进行了致病力的检测。实验结果表明,PB2627K能够提高H7N9对小鼠的致病力;同时,我们在小鼠感染病毒后的第3天和第5天采集各个器官并检测病毒滴度。我们发现感染H7N9的小鼠鼻甲和肺体内的病毒复制要高于感染H7N9PB2627E的小鼠,但在脾、肾和脑中均未检测到病毒。以上结果说明PB2627K能够促进病毒在小鼠体内的复制,促进了H7N9的致病力。  总之,通过体外到体内的一系列实验,我们证明了PB2627K能够促进H7N9病毒的聚合酶活性,促进了病毒在哺乳细胞上的复制力;增强了H7N9对小鼠的致病力。我们的工作对H7N9跨种传播的发生以及高致病力提供了重要的参考信息。
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