礦化病毒可能導致人類感染禽流感

禽流感病毒是一種能夠在禽類之間高效傳播的病毒。由於種屬屏障的存在，通常禽流感病毒被認為是無法感染人類的。然而，近年來禽流感病毒感染人類的報道不斷，給公共健康造成了嚴重的威脅。一般認為，人與病禽或它們的糞便的密切接觸是導致人感染禽流感的主要原因。雖然禽流感病毒能夠傳染給人類，但這種傳播卻僅限於由禽傳染給人；很少有人際間禽流感病毒傳播的病例。這也表明禽流感事實上並沒有獲得直接感染人類或者在人類中傳播的能力。此外，基因分析也表明從病人體內分離的禽流感病毒與從病禽中所提取的病毒幾乎是相同的，病毒並沒有發生明顯的突變或重組。那麼，禽流感病毒究竟是如何從禽類傳染給人類的呢？

浙江大學唐睿康課題組提出禽流感病毒在禽類腸道中會獲得礦物外殼，而這層礦物外殼改變了禽流感的感染能力，從而可能導致禽流感病毒更容易從禽傳染給人。在前期的工作中，該課題組報道了在高鈣(>10 mM)的近生理條件下，部分病毒表面由於富含作為生物礦化成核位點的羧基官能團，因此可以誘導鈣礦物(主要是磷酸鈣) 在其表面沉積並構建出礦化外殼，這樣就賦予病毒礦化形態 (Angew.Chem. Int. Ed.2012,42, 10728-10731;Proc. Nat. Acad.Sci. U. S. A.2013,110, 7619-7624) 。他們還發現，處於礦化形態的病毒和正常病毒相比，可以擁有更高的熱穩定性及更強的感染能力，甚至其進入細胞的方式也與正常病毒不同(Adv. Mater.2016, 28, 694–700;Biomaterials2016,106, 286e294)。在禽類中，禽流感病毒主要存在於消化道中而其鈣含量能夠高達15 mM (這也為禽類的蛋殼形成提供有利的礦化條件)。對禽流感病毒的結構分析也發現其表面含有大量的礦化位點，因此可以假設禽流感病毒在禽類中是處於礦化形態。

課題組將H9N2和H1N1流感病毒置於模擬禽腸道溶液中，在該環境中這些病毒表面都能自發沉積一層5-6nm厚的磷酸鈣礦物相併構建出外殼結構。礦化外殼改變了病毒原有的表面電荷，使其能夠更好地吸附在宿主細胞表面從而利於感染的發生。值得注意的是，礦化外殼還改變了病毒進入細胞的方式。正常情況下，流感病毒是首先與細胞表面的受體相連接，然後由受體介導進入細胞建立感染。由於人體上呼吸道細胞表面幾乎不含能與禽流感病毒有效識別的受體，所以在正常情況下人很難被禽流感所感染。但在礦化流感病毒的感染過程中，病毒表面的磷酸鈣外殼可以作為「木馬」幫助病毒借用磷酸鈣納米顆粒介導胞吞的方式進入細胞，並利用細胞內的溶酶體完成脫殼進而建立有效的感染。細胞實驗和小鼠實驗都證明處於礦化形態的流感病毒都能表現出了更強的感染能力以及更高的致死率。此外，實驗還演示處於礦化形態的H9N2和H1N1擁有著更高的熱穩定性和傳播能力。

與之相對的是，人體的體液環境中的鈣含量相對較低（2.5 mM），不足以誘導病毒的自發礦化。實驗也證明在模擬人體體液的環境中，這些流感病毒均處於非礦化形態因此很難建立對細胞的感染，這也與目前正常狀態下的禽流感病毒不能有效感染人類的現象相互吻合。

這一發現為「為什麼禽流感更易從禽直接傳染給人卻不易由人傳染給人」提供了一種可能的解釋，並為控制和預防禽流感病毒提供了新的思路，拓展了對環境中病毒形態的認識。

相關論文作為「Hot Paper」發表在Angew.Chem. Int. Ed.2017, DOI: 10.1002/anie.201705769

作者為Hangyu Zhou, Dr.Guangchuan Wang,Dr.Xiaoyu Wang, Dr. Zhiyong Song, Prof. Dr.Ruikang Tang*。

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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201705769/full

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