基于量子点的单颗粒示踪技术研究禽流感病毒的侵染机制

Small病毒性疾病的爆发和传播严重威胁人类健康,给社会造成巨大危害。已有研究证明H5、H7、H9三类亚型的禽流感病毒可以直接对人造成侵染,同时禽流感爆发的规模和危害也在不断加大,因此,研究禽流感病毒的侵染机制以及禽流感病毒的跨种属传播已变得非常迫切。

流感病毒侵染宿主细胞的首要步骤是病毒和细胞表面的唾液酸受体结合。人流感病毒优先识别细胞表面的α-(2,6)唾液酸(SAα2,6Gal),而禽流感病毒则优先识别细胞表面的α-(2,3)唾液酸(SAα2,3Gal)。流感病毒特异性地侵染宿主细胞的部分原因是由人流感病毒和禽流感病毒的唾液酸受体结合的特异性引起的,这种唾液酸受体结合的特异性导致流感病毒跨种属传播存在屏障。

武汉大学化学与分子科学学院庞代文教授领导的研究团队基于量子点优异的荧光特性(高亮度、耐光漂白、宽激发窄发射、可实现多色标记等),经过多年努力,发展了能够对病毒不同部位或重要组分分别进行高效、可靠标记的活病毒量子点标记方法【Biomaterials, 31(2010)8362-8370; Biomaterials 33(2012)7828-7833; ACS Chemical Biology, 7(2012)683-688; Biomaterials, 35(2014)2295-2301】和快速高精度单颗粒示踪的三维径向对称的定位算法【Scientific Reports, 3(2013)2462. DOI: 10.1038/srep02462】,建立了一套实时、快速、全局化的单病毒示踪技术【Biomaterials, 32(2011)7616-7624; ACS Nano, 6(1)(2012)141-150; Analytical Chemistry, 86(2014)3902-3908; Journal of Virology, 85(13)(2011)6252-6262】。最近,他们研究了禽流感病毒对人支气管上皮细胞(HBE细胞)的侵染过程,对唾液酸受体的细胞转运进行了可视化研究。他们发现,低致病性禽流感H9N2病毒可以直接侵染人呼吸道细胞并且侵染过程和该课题组以前报道的禽流感病毒对MDCK细胞的侵染过程非常类似,但H9N2禽流感病毒对HBE细胞和MDCK细胞的侵染能力有很大差异,其差异可能主要与在这两种宿主细胞表面唾液酸受体SAα2,3Gal和SAα2,6Gal表达量不同有关。MDCK细胞表面的唾液酸受体SAα2,3Gal含量较高,禽流感病毒优先结合,而HBE细胞表面的唾液酸受体SAα2,6Gal含量较高,人流感病毒则更易结合。通过单颗粒示踪技术,我们发现唾液酸受体和禽流感病毒在HBE细胞中的输运过程高度一致。这些动态的证据表明流感病毒的侵染行为遵从唾液酸受体的胞内输运规律,而受体选择的差异性则是影响流感病毒侵染能力的可能原因之一。该研究将有助于更好地理解流感病毒侵染的受体选择性以及更深入地研究禽流感病毒的跨种属传播。该研究成果发表在Small上。 

该研究得到了国家973计划和国家自然科学基金创新研究群体科学基金的资助。