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日本查明流感病毒的新抗原性变化

2019年04月03日 生物医药
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此前解析流感病毒神经氨酸酶(NA)蛋白的相关抗体的功能时,只针对那些识别NA蛋白的酶活性位点的周边区域,具备抑制酶活性的NI(神经氨酸酶抑制)活性的抗体。研究发现,为避免具备NI活性的抗体抑制病毒感染,NA蛋白的活性位点周边发生了氨基酸突变。不过,远离活性位点的“侧面区域”也存在大量发生氨基酸突变的区域(图1)。之前一直不清楚这个区域发生氨基酸突变的原因。

日本查明流感病毒的新抗原性变化

图1:NA蛋白的立体结构与氨基酸突变频率的概略图

东京大学医科学研究所的研发小组通过解析识别NA蛋白侧面区域的抗体发现,不具备NI活性的抗体能通过激活人体免疫细胞来防御感染。另外还确认,NA侧面区域之所以发生氨基酸突变是为了躲避这些抗体。

目前仅以具备NI活性的抗体为对象解析NA的抗原性,但此次的研究成果表明,需要改良NA蛋白的抗原性评价方法。近年来的研究显示,针对NA的抗体对防御感染也至关重要,因此这项研究成果将在疫苗开发中发挥重要作用。

(一)研究背景与之前的研究中存在的问题

A型流感病毒颗粒上存在2种糖蛋白(HA蛋白和NA蛋白)。HA蛋白与细胞表面上的受体唾液酸结合后,病毒开始入侵,NA蛋白通过切断唾液酸(唾液酸酶活性)来繁殖病毒。此前一直认为防御流感病毒的主要是针对HA蛋白的抗体,但通过近年来的研究发现,针对NA蛋白的抗体对防御病毒感染也非常重要。

作为防御病毒感染的抗NA抗体,与NA蛋白的酶活性位点周边结合,具备NI活性、能抑制NA蛋白的唾液酸酶活性的抗体备受关注,研究人员解析了其防御感染的机制等。结果发现,部分抗NA抗体除具备NI活性外,还会经由Fc受体激活巨噬细胞、中性粒细胞及自然杀伤细胞等免疫细胞,由此来防御病毒感染。为了躲避防御感染的抗体,流感病毒的抗原位点会发生氨基酸突变,抗原性发生变化。研究人员实际比较了过去的流行株的NA蛋白氨基酸序列,对各氨基酸的突变频率进行计算发现,唾液酸酶活性位点周边高频率发生了氨基酸突变(图1)。这些氨基酸突变被认为是为了躲避具备NI活性的抗体而发生的。另一方面,远离唾液酸酶活性位点的“NA蛋白侧面区域”也高频率发生了氨基酸突变。此前一直不清楚这些区域高频率发生氨基酸突变的原因。

(二)研究内容

在本次研究中,研发小组通过流感病毒感染患者制作了7种针对NA蛋白的单克隆抗体,并进行了解析。首先,为确定抗体的识别位点,根据对各种分离株的反应性制作了突变病毒,对抗体的结合性进行验证发现,随着NA侧面发生氨基酸突变,抗体的结合消失。由此确认,本次研究中的抗体识别了NA蛋白的侧面位点。

接下来,验证了这些抗体是否具备NI活性,以及能否保护小鼠免受致死性病毒感染,验证发现,部分抗体虽然未显示出NI活性,但通过经由Fc受体激活免疫细胞,能保护小鼠免受病毒感染(图2)。另外,研发小组调查感染患者的血清发现,通过感染会诱导针对NA侧面位点的抗体,而且NA蛋白侧面的抗原性发生了变化(图3)。

日本查明流感病毒的新抗原性变化

图2:本次研究的抗NA抗体的感染防御机制

日本查明流感病毒的新抗原性变化

图3:通过感染诱导抗体及抗原性的变化

根据以上结果可以确认,通过识别NA蛋白的侧面区域,不具备NI活性的抗体也能通过激活免疫细胞来保护身体免受感染。另外,研究结果表明,NA蛋白侧面发生的氨基酸突变,也是由具备感染防御活性的抗体的选择压力引起的。

(三)社会意义

近年来的研究表明,针对NA蛋白的抗体在防御病毒感染方面发挥了重要作用。因此,为选择有效的疫苗株,正确评价NA蛋白的抗原性非常重要。目前NA蛋白的抗原性以NI活性为指标进行解析,通过具备NI活性的抗体的反应性来评价抗原性。此次的研究结果表明,以前采用的仅着眼于NI活性的解析方法不能充分评价NA蛋白的抗原性,需要开发一种新的评价方法,可以检测那些虽然不具备NI活性但仍能防御病毒感染的抗体。

文 JST客观日本编辑部

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