Cell：可視化觀察流感病毒入侵靶細(xì)胞過程

在一項(xiàng)新的研究中，來自美國塔夫茨大學(xué)醫(yī)學(xué)院、西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院、德國圖賓根大學(xué)和美因茨大學(xué)的研究人員直接地可視化觀察流感病毒的表面蛋白發(fā)生的實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)變化，這些變化可能有助這種病毒與靶細(xì)胞融合，入侵它們的內(nèi)部并劫持它們的功能。他們發(fā)現(xiàn)位于流感病毒表面上的單個(gè)血凝素（hemagglutinin, HA）分子解折疊并向靶細(xì)胞延伸，隨后重新折疊，這個(gè)過程每秒會(huì)發(fā)生5至10次。這一發(fā)現(xiàn)表明流感病毒要比之前認(rèn)為的發(fā)生更大的動(dòng)態(tài)變化，這可能有助于開發(fā)更加有效的疫苗和更好地理解埃博拉病毒、HIV和非典型肺炎冠狀病毒（SARS-CoV）等其他的病毒。相關(guān)研究結(jié)果于2018年6月28日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Direct Visualization of the Conformational Dynamics of Single Influenza Hemagglutinin Trimers”。論文通信作者為塔夫茨大學(xué)醫(yī)學(xué)院的James Munro博士和Dibyendu Kumar Das博士。
 

圖片來自James Munro, Tufts University School of Medicine。

幾十年來，流感病毒一直是通過一種相同的機(jī)制入侵細(xì)胞的一大類病毒的研究模型：這些病毒表面上的包膜蛋白必須將它們附著到細(xì)胞膜上，隨后它們與細(xì)胞融合在一起。這種融合讓病毒的內(nèi)含物釋放到細(xì)胞中，因此它就能夠接管細(xì)胞的內(nèi)部功能并進(jìn)行增殖。流感病毒的包膜蛋白HA*以來一直是研究其他病毒中的融合機(jī)制的模板。

Munro說，“包膜蛋白被描述成老式的捕鼠器，處于靜態(tài)的彈簧加壓狀態(tài)，等待著與靶細(xì)胞發(fā)生相互作用的觸發(fā)。一旦受到觸發(fā)，它們在三維結(jié)構(gòu)上就會(huì)經(jīng)歷巨大的變化，從而使得流感病毒與細(xì)胞發(fā)生融合并入侵靶細(xì)胞內(nèi)部。然而，盡管之前的研究已給出一些提示，但是這個(gè)過程并未直接被人們觀察到，而且人們廣泛地認(rèn)為這種病毒表面上的每個(gè)包膜蛋白分子經(jīng)觸發(fā)后僅有一次機(jī)會(huì)附著到靶細(xì)胞表面上。”

通過使用*的成像技術(shù)---用于測量經(jīng)過熒光染料標(biāo)記的單個(gè)分子內(nèi)的納米距離的單分子熒光共振能量轉(zhuǎn)移（single-molecule Förster resonance energy transfer, smFRET），隨后對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行重要的計(jì)算分析，這些研究人員對尋找細(xì)胞靶標(biāo)的單個(gè)HA分子的形狀變化進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化觀察。為了便于開展這些實(shí)驗(yàn)，對HA分子的成像是在它們位于一種與流感病毒不存在親緣關(guān)系的病毒的表面上開展的。

這些研究人員發(fā)現(xiàn)的是一種多功能且發(fā)生動(dòng)態(tài)變化的HA分子，這與之前假設(shè)的模型相差甚遠(yuǎn)。Munro說，“這種病毒分子能夠自我重構(gòu)，然后逆轉(zhuǎn)這種自我重構(gòu)，并多次快速地重復(fù)這個(gè)過程。這個(gè)事實(shí)改變了我們看待病毒入侵的方式。”

這種可逆性可能以多種方式讓流感病毒受益，包括在沒有合適靶標(biāo)存在的情況下阻止過早激活，讓眾多病毒分子能夠保持同步以便增強(qiáng)入侵效率，并干擾細(xì)胞中的識別病毒的形狀來抵抗它入侵的保護(hù)性抗體。

Munro說，“表面蛋白是免疫系統(tǒng)‘觀察到’的這種病毒中的唯yi部分。因此，幾乎所有已知抑制病毒增殖的抗體都靶向這些蛋白。我們問道，‘免疫系統(tǒng)識別什么結(jié)構(gòu)才能制造出更加有效的抗體？’”

還需開展進(jìn)一步的研究來證實(shí)這種蛋白動(dòng)態(tài)變化是否也存在于流感病毒之外的其他病毒中，而且利用惰性的沒有感染性的埃博拉病毒顆粒進(jìn)行的可視化觀察實(shí)驗(yàn)正在Munro實(shí)驗(yàn)室中開展。（生物谷 ）

參考資料：

Dibyendu Kumar Das, Ramesh Govindan, Ivana Niki?-Spiegel, et al. Direct Visualization of the Conformational Dynamics of Single Influenza Hemagglutinin Trimers. Cell, Published online: 28 Jun 2018, doi:10.1016/j.cell.2018.05.050