清華新聞網(wǎng)10月6日電 登革熱（Dengue fever）是全球傳播最廣泛的蚊媒傳染病，全世界范圍內(nèi)已有100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)出現(xiàn)了登革熱的爆發(fā)和流行，全球每年大約有3.9億人被登革病毒（Dengue virus）感染，造成約50-100萬(wàn)人入院治療。登革病毒在蚊蟲(chóng)媒介與哺乳動(dòng)物宿主之間循環(huán)傳播，其在自然界中的傳播效率取決于病毒適應(yīng)宿主的能力。登革病毒按照抗原性不同分為四種血清型（serotype，DENV1-DENV4），同一血清型內(nèi)又可以細(xì)分為多個(gè)基因型（genotype）。登革病毒進(jìn)化分支更替頻繁，一個(gè)進(jìn)化分枝在循環(huán)數(shù)年后消失，并被一個(gè)新分支所取代，這種復(fù)雜的更替特點(diǎn)是推動(dòng)登革熱持續(xù)流行的重要原因之一。
10月5日，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院程功教授團(tuán)隊(duì)在《歐洲分子生物學(xué)會(huì)·報(bào)告》（EMBO Reports）期刊發(fā)表題為“鄰近突變介導(dǎo)的登革病毒感染和傳播增強(qiáng)”（Neighboring mutation-mediated enhancement of dengue virus infectivity and spread）的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)，登革病毒包膜蛋白（E蛋白）上兩個(gè)相鄰位點(diǎn)的氨基酸突變—第226位從蘇氨酸（T）突變到賴(lài)氨酸（K）和第228位從甘氨酸（G）突變到谷氨酸（E），可協(xié)同促進(jìn)登革病毒感染蚊蟲(chóng)及哺乳動(dòng)物宿主，從而導(dǎo)致登革病毒進(jìn)化分支的更替，并促進(jìn)登革2型病毒在東南亞的傳播流行。
圖1. 登革病毒包膜蛋白T226K/G228E雙突變促進(jìn)登革2型病毒感染與傳播機(jī)制示意圖
在這項(xiàng)研究中，研究人員通過(guò)對(duì)18,715條登革病毒包膜E蛋白的氨基酸序列進(jìn)行分析，鑒定出了10個(gè)穩(wěn)定存在的氨基酸位點(diǎn)突變，利用反向遺傳學(xué)手段構(gòu)建并包裝出單個(gè)氨基酸的突變病毒，并比較它們?cè)谖孟x(chóng)媒介與哺乳動(dòng)物宿主中的感染與傳播能力。研究發(fā)現(xiàn)，DENV2亞洲I型（DENV2-Asian I）包膜E蛋白上的兩個(gè)相鄰氨基酸的突變—第226位點(diǎn)從蘇氨酸（T）突變到賴(lài)氨酸（K）（T226K）促進(jìn)了病毒在蚊蟲(chóng)中的復(fù)制，但減弱了病毒在哺乳動(dòng)物上的感染；而第228位點(diǎn)從甘氨酸（G）突變到谷氨酸（E）（G228E）極大促進(jìn)了登革病毒在哺乳動(dòng)物宿主上的傳染性和致病性。同時(shí)，T226K/G228E雙突變病毒協(xié)同促進(jìn)了其在蚊蟲(chóng)、人類(lèi)免疫細(xì)胞和小鼠模型中的感染。在“媒介-宿主-媒介”傳播循環(huán)模型中，該雙突變病毒（T226K/G228E）同樣表現(xiàn)出了更高的傳播效率及更強(qiáng)的感染能力（圖1）。
機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，T226K/G228E雙突變病毒同時(shí)增強(qiáng)了登革病毒與哺乳動(dòng)物和蚊蟲(chóng)上的C型凝集素（DC-SIGN和mosGCTL-AAEL011408）的結(jié)合。通過(guò)對(duì)包膜蛋白與C型凝集素結(jié)構(gòu)的分子對(duì)接發(fā)現(xiàn)，第226位和第228位殘基分別與mosGCTL-AAEL011408和DC-SIGN上的帶電殘基相鄰。進(jìn)一步的研究表明，第226位和第228位殘基的帶電性質(zhì)調(diào)控了登革病毒與C型凝集素的結(jié)合能力，從而促進(jìn)病毒進(jìn)入細(xì)胞，使突變后的登革病毒對(duì)哺乳動(dòng)物宿主和蚊蟲(chóng)的感染能力上升（圖1）。
包膜蛋白上T226K/G228E雙突變的適應(yīng)性增強(qiáng)使DENV2-Asian I具有更高的傳播性，導(dǎo)致了東南亞地區(qū)DENV2基因型更替和登革熱的進(jìn)一步流行。通過(guò)對(duì)登革病毒其他基因型的包膜蛋白進(jìn)行序列比對(duì)，發(fā)現(xiàn)除了DENV2-Asian I外，DENV2世界型（DENV2-Cosmopolitan）中也開(kāi)始出現(xiàn)了T226K突變。隨后研究人員通過(guò)數(shù)學(xué)建模的方式，預(yù)測(cè)在自然選擇的壓力下G228E突變?cè)贒ENV2-Cosmopolitan中發(fā)生的可能性。預(yù)測(cè)模型顯示，T226K/G228E雙突變將導(dǎo)致登革2型病毒進(jìn)化分支再次發(fā)生更替，并導(dǎo)致由DENV2-Cosmopolitan引起的下一輪登革熱大流行。
該研究鑒定了登革病毒包膜蛋白上的兩個(gè)相鄰?fù)蛔冊(cè)鰪?qiáng)了登革2型病毒一種基因型的適應(yīng)性，這種適應(yīng)性增強(qiáng)促使東南亞地區(qū)發(fā)生登革病毒基因型更替，造成登革2型病毒在東南亞的廣泛流行。說(shuō)明登革病毒的適應(yīng)性進(jìn)化是促使病毒進(jìn)化分支更替和登革熱流行的重要原因之一。這一研究為登革熱的大規(guī)模持續(xù)流行做出了遺傳進(jìn)化上的解釋?zhuān)瑫r(shí)也對(duì)登革熱的大流行提供了早期預(yù)警。
清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院程功教授為本論文通訊作者。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院2018級(jí)博士研究生陳璐、深圳灣實(shí)驗(yàn)室傳染病研究所副研究員張櫶文、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士后郭璇、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)八年制2018級(jí)博士研究生彭文余為本論文共同第一作者。美國(guó)康涅狄格大學(xué)醫(yī)學(xué)院王朋華教授，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院助理研究員朱毅斌，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士后王朝陽(yáng)、施繪程，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院2016級(jí)博士研究生余茜、2018級(jí)博士研究生李雨晗、2019級(jí)博士研究生張禮銘，深圳灣實(shí)驗(yàn)室傳染病研究所科研助理王磊為本論文合作者。
該研究獲得科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心、國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目、清華大學(xué)春風(fēng)基金、深圳市“三名工程”、佛山-清華產(chǎn)學(xué)研合作協(xié)同創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)、中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程、云南省專(zhuān)家工作站聯(lián)合資助。
論文鏈接：
http://doi.org/10.15252/embr.202255671
供稿：醫(yī)學(xué)院
題圖設(shè)計(jì)：曾儀
編輯：李華山
審核：呂婷
