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Tissue FAXS系统助力揭示甲型流感病毒感染新机制

来源:本站原创 2018-07-09 15:54

201712月份以来,流感活动强度不断加强,各地医院门诊人满为患,杭州、南京甚至有儿童医院单日门诊突破万人的情况出现。一时之间引起了广泛的社会舆论。据国家流感中心当日发布的流感监测周报显示,目前中国各地主要为乙型(Yamagata)、甲型H1N1和甲型H3N2亚型流感病毒共同流行,其中乙型(Yamagata)流感病毒所占比例最高,但之前的流感监测未将该毒株作为今年的流行毒株,因此在流感疫苗设计上并未针对乙型流感病毒进行预防,这也进一步加剧了乙型流感的流行强度。虽然当前流感疫情较往年严重,但值得高兴的并未发现大流行的趋势。而在大洋彼岸的美国同样也在饱受流感肆虐的影响,甚至更为严重,美国CDC报告称截至120日已导致37名儿童丧失生命。和中国不同的是美国流行毒株主要以甲型H3N2病毒为主。同乙型流感比较而言,甲型流感病毒家族庞大,亚型众多且更容易产生变异,如果变异增强病毒传播能力的话,就会导致流感大暴发,世界性的大流行也是甲型流感导致。

据统计,每年全球流感大爆发约有10亿人感染,其中300-500万人为重度患者,其中大约50万人致死。现行的针对甲型流感的抗病毒药物早期治疗的抗并发症和死亡的效果十分明显,但疫苗的话,需要与病毒流行循环周期严格匹配。而且,流感病毒的抗药性也愈来愈显著。因此,以宿主内和病毒生命周期存在密切相关的宿主保守成分为靶标进行治疗,以构建有效的抗病毒基因屏障。从而使这种方法成为开发新型抗病毒药物以外提供有效的其他选择和补充手段。

现阶段尽管对甲型流感病毒的致病机理方面的研究很多,但对处在病毒复制周期的病毒与宿主细胞之间的反应了解仍然是不完善的,也就无从谈起如何通过靶向宿主成分阻断病毒复制。前期研究表明四跨膜蛋白家族在病毒感染的多个生命周期内均发挥作用,而其成员CD151在呼吸道内高表达,但是CD151是否会参与通过呼吸道感染的甲型流感病毒复制却不得而知。来自新加坡国立大学的研究人员据此进行了相关研究。

首先研究人员利用H1N1感染WT和CD151-null小鼠发现,敲除CD151分子后,小鼠存活率、体重均明显增加;病毒载量显著降低。但是敲除CD151之后,病毒M1、NP蛋白只在一定时间后(9d)才会下降,而且病毒mRNA水平并未下降。这说明CD151分子抑制病毒复制并不是直接通过抑制蛋白表达实现的。


FIG 1. CD151-/- mice infected with H1N1 virus showed improved survival and reduced

750 virus titer and viral NP protein expression compared with wild-type control mice

借助TissueFAXS系统对感染不同天数后荧光标记NP的肺组织进行全景组织成像以及定量分析显示感染第3天后,可清楚的通过肺全景图像观察到CD151-null小鼠NP蛋白主要位于在支气管上皮层内,且主要集中在上皮细胞胞核区,说明敲除CD151分子对于病毒蛋白出核和病毒在肺组织内扩散存在抑制作用。另外,感染后第9天,病毒滴度和肺组织病毒NP染色均显示了CD151-null小鼠明显的病毒清除作用。

 

 




Figure. 2 CD151-/- mice infected with H1N1 virus revealed increased nuclear retention of NP

 protein at 3 dpi, and greater viral clearance at 9 dpi. (A) Grouped and representative immunofluorescence images of mouse lung tissue for NP and nuclear staining by Hoechst at 3 dpi showing less NP staining in CD151 -/- mouse lung parenchyma. (C) Grouped and representative immunofluorescence images of NP and Hoechst staining showing greater viral clearance in CD151 -/- mouse lung tissue at 9 dpi (n = 4-7 per treatment group). *P < 0.05, compared with corresponding wild-type mice.

通过检测肺组织内包括干扰素在内多种病毒清除相关细胞因子、趋化因子,敲除CD151分子小鼠在感染后第5天这些因子转录水平均有显著提升。第7天时肺更为强烈的炎症反应也表明CD151分子敲除后病毒清除效率增大。通过TissueFAXS系统对肺组织形态学成像也显示了敲除CD151分子后,感染9天后,肺组织损伤程度明显减轻。



FIG 4. Compared with H1N1-infected wild-type mice, CD151-/- mice infected with H1N1

786 virus showed low lung damage score at 9 dpi.

为验证是否在人体细胞上也存在该现象,研究人员利用针对CD151的siRNA干扰人鼻上皮细胞CD151表达后,病毒NP、NEP、M1蛋白均被约束在细胞核内,该结果进一步验证可通过阻断CD151分子作用达到抑制vRNPs的核迁出作用,从而阻断病毒复制的作用。

这项研究进一步深入挖掘了甲型流感感染机制,揭示了在CD151分子在IAV病毒蛋白核输出入胞的关键作用,为以后开发新型抗病毒药物以外提供有效的其他选择和补充手段。

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