禽流感病毒必须经历突变才能突破物种屏障，并在哺乳动物细胞中成功感染和复制。研究人员最近揭示了该病毒聚合酶与宿主细胞内病毒复制所需关键人类蛋白相互作用时的结构。这一有关复制复合物的新结构信息揭示了禽流感聚合酶适应哺乳动物（包括人类）所需的重要突变。这些发现可以帮助科学家跟踪禽流感毒株的进化和适应性，如H5N1或H7N9，因为它们学习感染不同物种。
近年来，公共卫生措施如疫苗接种和监测显著减少了由人类流感病毒A和B引起的季节性流感病例的影响。然而，禽流感A（也称为“鸟流感”）传播给哺乳动物，包括人类的潜力，仍然是一个严重的公共卫生问题。
EMBL格勒诺布尔的CUSACK小组正在研究流感病毒的复制。他们最新的研究揭示了禽流感病毒在哺乳动物细胞中复制时可能经历的各种突变。
虽然一些禽流感毒株可以导致严重疾病和死亡，但鸟类和哺乳动物之间的自然生物差异通常阻止了病毒传播到其他物种。为了让禽流感病毒感染哺乳动物，它首先必须突变以克服两个主要挑战：进入宿主细胞并在其中复制。为了引发流行病或大流行，病毒还必须获得在人与人之间传播的能力。
尽管如此，禽流感污染野生和家养哺乳动物的个案越来越频繁。值得注意的是，美国有关于禽H5N1毒株感染奶牛的令人担忧的报告，增加了其在牛群中成为地方病的风险。这种情况可能有助于其适应人类，目前为止仅有少数人类传播的案例被记录，且仅有轻微症状。
在这一复制过程中，聚合酶是一个核心酶，管理着病毒在宿主细胞内的复制。这个多功能蛋白可以在感染期间重新排列其结构以执行各种功能，包括转录——将病毒RNA复制为信使RNA以产生病毒蛋白——以及复制——生成病毒RNA的拷贝以封装成新病毒。
研究病毒复制相当复杂，因为涉及到两个病毒聚合酶和一个称为ANP32的宿主细胞蛋白。这三种蛋白结合形成一个复制复合物，该复合物充当执行复制的机器。ANP32，作为一个“伴侣”，通过其独特的长酸性尾部在稳定某些细胞蛋白方面发挥关键作用。尽管其对流感病毒复制的重要性在2015年已被认识，但其具体功能仍未完全理解。
发表在《自然通讯》期刊上的新研究表明，ANP32在两个病毒聚合酶之间充当连接器，分别被称为“复制酶”和“包膜酶”。这些名称描述了聚合酶所采用的两种不同形状，以执行不同功能：复制酶生成病毒RNA的拷贝，而包膜酶帮助在ANP32的协助下将这些拷贝包裹在保护壳中。
通过其尾部，ANP32帮助稳定宿主细胞内复制复合物的形成。有趣的是，ANP32的尾部在鸟类和哺乳动物之间有所不同，而核心结构则相对相似。这一生物差异解释了禽流感病毒在哺乳动物和人类中复制的困难。
“禽类和人类ANP32之间的主要差异是禽类尾部增加了33个氨基酸，而聚合酶必须适应这种变化，”CUSACK小组的博士后研究员兼研究负责人Benoît Arragain解释道。“为了让适应禽类的聚合酶在人体细胞中工作，它需要获取特定突变，以利用人类ANP32。”
为了进一步深入了解这一过程，Arragain和他的团队解读了人类适应的禽流感聚合酶（来自H7N9毒株）在与人类ANP32相互作用时的复制酶和包膜酶形态的结构。这一结构提供了至关重要的细节，关于哪些氨基酸在形成复制复合物方面至关重要，以及哪些突变可能使禽流感聚合酶调整以适应哺乳动物细胞。
Arragain在EMBL格勒诺布尔利用体外实验，使用来自真核表达设施、ISBG生物物理平台和通过结构生物学伙伴关系提供的冷冻电镜服务的资源。“我们还与巴斯德研究所的Naffakh小组合作，进行了细胞实验，”Arragain指出。“此外，我们获得了人类B型流感的复制复合物结构，该结构与A型流感的结构相似。这些细胞研究支持了我们的结构发现。”
对流感复制复合物的新见解也可以应用于调查其他禽流感病毒毒株中的聚合酶突变。因此，从H7N9毒株获得的结构可能会调整以适应其他毒株，如H5N1。
“我们必须非常认真对待由高度致病性和人类适应的禽流感毒株引发的新大流行的风险，这些毒株具有高死亡率，”EMBL格勒诺布尔的高级科学家和研究负责人Stephen Cusack警告道，他已致力于流感病毒的研究30年。“应对这一威胁的关键策略之一是监测野外病毒的突变。理解这一结构有助于我们解读这些突变并评估某一毒株是否适应感染并在人群中传播。”
这些发现对抗流感药物的长期开发也具有重要意义，因为目前没有针对复制复合物的特定药物。“这只是个开始，”Cusack指出。“我们接下来的目标是理解复制复合物如何动态工作，深入了解其活跃的复制过程。”研究小组已经成功开展了类似的研究，探讨流感聚合酶在病毒转录过程中的角色。
