From variation of influenza viral proteins to vaccine development

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From variation of influenza viral proteins to vaccine development（Review)

• 背景介绍 introduction
  • 介绍流感病毒的种类，包括ABCD四个类型，其中A（甲型流感病毒）是人畜共患病（zoonotic infection)最常见的类型，也本文探讨的重点。
  • 流感病毒的流行情况，包括其流行方式、易感人群、死亡情况等，其中主要为甲型流感和乙型流感。
    • 包括季节性爆发和偶然爆发，5次大爆发
    • 介绍流感病毒导致的死亡情况
    • 介绍了禽流感（avian influenza）对人类感染的情况，例举H7N9甲型流感病毒
  • 流感病毒的变异能力，有助于逃避宿主的免疫应答
    • 包含RNA依赖性的RNA聚合酶（缺乏校正能力），因此易发生突变
    • 抗原性漂移和抗原性转变都是其重要的方式（病毒中离散的RNA片段可在两个病毒共感染时发生基因重组）
      • 抗原性漂移（drift）是指由基因组发生突变导致抗原的小幅度变异，不产生新的亚型，属于量变 抗原性转变（shift）是指毒株表面抗原结构一种或两种发生变异，与前次流行株抗原相异，形成新亚型，属于质变，两种病毒共感染时可能发生
  • 以表格列举了流感病毒中几个重要的蛋白质（功能、突变位点、保守位点和疫苗中的应用 Table 1
    • 各蛋白在病毒入侵中的作用，见图
    • NA 血凝素
    • HA 神经氨酸酶（唾液酸苷酶）
    • M2 基质蛋白2
    • vRNP 病毒核糖核蛋白复合物
      • NP 核蛋白
      • PB1 聚合酶碱性蛋白1
      • PB2 聚合酶碱性蛋白2
      • PA 聚合酶酸性蛋白
    • NS1 非结构蛋白1
    • 下文论述重点
• 病毒蛋白和疫苗发展之间的关系 relationship
  • 血凝素 HA hemagglutinin
    • I型整合蛋白，胞外域包括HA1和HA2两个亚基，18个亚型 H分型
    • 免疫显性表位——头部结构域；保守结构——茎结构域（疫苗开发重要途径）
      • 茎特异性抗体能够阻断HA1和HA2亚基之间的切割分离、或通过与细胞表面血凝素相互作用或ADCC作用抑制病毒出芽，进而阻断病毒与核内体的膜融合
      • 构建重组HA，暴露HA茎结构域以触发中和反应
        • HA预融合构象的HA迷你茎
        • 仅包含保守片段的HA缝合茎
        • 经过设计在头部结构域表达H1亚型HA茎肽段的H3亚型HA
      • 基于HA保守表位的纳米颗粒
    • 突变位点及相应的疫苗研究
      • 糖基化修饰位点
        • 糖基化位点氨基酸残疾置换影响受体结合、抗原改变、簇转移
        • 糖基化修饰影响病毒毒力，需要进一步验证
        • 头部结构域的糖基化位点可调节HA免疫原性
          • 重组HA中添加额外糖基化位点的免疫能够诱导更高水平的HA茎特异性抗体
          • 去糖基化的灭活流感病毒疫苗能够诱导交叉反应中和抗体应答
        • 茎结构域糖基化位点相对保守，对HA折叠、病毒胞内运输、膜融合具有重要作用
      • 蛋白水解位点
        • 影响流感病毒的致病性，在该位点插入多元碱性氨基酸，可使低致病性病毒变为高致病性病毒
        • 减活疫苗的应用中需要注意，衰减的突变可能被其他能够提高受体结合亲和力的突变所修饰或补偿，因此，在实际应用中需要注意疫苗的安全性
  • 神经氨酸酶（唾液酸苷酶） NA neuraminidase
    • II型整合蛋白，唾液酸酶活性，四个一样的亚基构成的同源四聚体（一个胞质结构域、一个跨膜结构域、一个茎结构域和一个球状头部结构域），共11个亚型 N分型
    • （功能）NA对子代病毒的释放和防止其聚集中具有重要作用；在病毒穿透呼吸道黏膜屏障中具有重要作用
    • NA茎结构域高度可变，但其中有一段保守氨基酸，对NA结构和酶活性有重要作用
    • 头部结构域具有酶活性位点，且表达保守，可作为通用疫苗的获选基因
    • 抗病毒药物作用靶点、位于酶活性位点周围的表面环发生突变，可导致病毒耐药性
  • 基质蛋白2 M2
    • 保守的胞外域（M2e）可作为疫苗的候选基因，也是抗病毒药物的靶点，通过与离子通道的结合阻断病毒复制
    • 位于跨膜螺旋孔内层残基中的突变（V27A S31N L26F）导致了抗药菌株的出现，其中S31N是最普遍的耐药突变
  • 病毒核糖核蛋白复合物 vRNP
    • 包括病毒RNA、PB2、PB1、PA、NP
    • 获得vRNP突变或vRNP重组对病毒适应新宿主，即发生人畜共患病，极为重要，若干例证
    • 可影响病毒毒力
  • 非结构蛋白1 NS1
    • 影响RNA结合、调节病毒致病性、对宿主I型干扰素的抑制作用
    • 可构建减活疫苗，NS1 N端截断
• 流感疫苗策略 Strategy
  • 现有流感病毒疫苗
  • 新的流感疫苗开发策略
    • 基于不同流感病毒蛋白的保守结构域，包括HA 茎结构域、M2e 胞外域、HA 头部COBRA 计算优化的广泛反应性抗原、基于NA蛋白的流感疫苗
    • 皮肤疫苗 微针贴剂（MNP microneedle patch）
    • 关于通用流感疫苗开发的挑战：a.流感病毒不断的变异；b.老人、孕妇、儿童的易感性，在接种疫苗后效果持续下降
• 结论 conclusion
  • 现有疫苗仍面临挑战，对病毒蛋白的研究可为后续通用流感疫苗的开发提供思路