福州2009—2014年甲型H1N1流感病毒株HA基因進(jìn)化分析

陳智偉　姚栩　謝乃鴻

【摘要】 目的：分析福州地區(qū)2009-2014年甲型H1N1流感病毒株的HA基因序列和遺傳特征。方法：采集流感樣病例的咽拭子標(biāo)本，用MDCK細(xì)胞培養(yǎng)法和Real-time RT-PCR法對(duì)6株分別來(lái)自2009-2014年的病毒株進(jìn)行病毒分離、鑒定，HA基因片段通過(guò)RT-PCR法進(jìn)行擴(kuò)增后克隆到pMD18-T載體上，并測(cè)定6株病毒株的HA基因序列。通過(guò)生物軟件BioEdit對(duì)該分離株和GenBank中相關(guān)毒株的序列進(jìn)行基因進(jìn)化樹(shù)分析。結(jié)果：6株分離株的HA基因推導(dǎo)氨基酸序列與參考株A/California/04/2009相比，2009-2014年HA1區(qū)氨基酸發(fā)生了突變，主要是位于136、145、188、189、192和193位點(diǎn)。結(jié)論：近幾年，福州地區(qū)H1N1流感的HA基因序列與世界流行的病毒參考株具有高度同源性，并多處氨基酸發(fā)生替換而產(chǎn)生抗原性漂移。

【關(guān)鍵詞】 甲型流感病毒； 血凝素； 序列分析； 進(jìn)化樹(shù)

【Abstract】 Objective：To investigate HA genetic characteristic of influenza type A H1N1 virus in Fuzhou from 2009 to 2014.Method：Acquisition of influenza like cases of throat swab specimens by MDCK cell culture method and Real-time RT-PCR method in 6 strains from 2009 to 2014 were isolated and identified. The HA gene fragment was amplified and cloned into pMD18-T vector by RT-PCR method， and determination of HA gene sequences of 6 virus strains.The phylogenetic tree of the isolates and GenBank was analyzed by BioEdit.Result：The deduced amino acid sequence of HA gene of 6 strains compared to reference virus A/California/04/2009， HA protein of the isolate viruses from 2009 to 2014 had amino acid mutation in sites of 136，145，188，192 and 193.Conclusion：In recent years，the HA gene sequence of H1N1 influenza in Fuzhou region is highly homologous to the worlds most popular virus reference strains，and many amino acids are replaced to produce antigenic drift.

【Key words】 Influenza H1N1 virus； HA gene； Sequence analysis； Phylogenetic tree

First-authors address：Fuzhou Center for Disease Control and Prevention，F(xiàn)uzhou 350004，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2017.07.002

2009年第一例甲型H1N1流感病毒在墨西哥被檢測(cè)出后在該地區(qū)流行，并在全世界各個(gè)國(guó)家和地區(qū)大流行。經(jīng)過(guò)世界衛(wèi)生組織（WHO）鑒定此型流感為“人感染豬流感”，后將其更名為“甲型H1N1流感”。2009年6月11日，界衛(wèi)生組織將甲型H1N1流感流行級(jí)別提升至6級(jí)。豬流感病毒屬正黏病毒科，A型流感病毒的負(fù)鏈RNA病毒，是引起豬呼吸道疾病的重要病原體[1]。此次流行主要是因?yàn)樨i的呼吸道上皮細(xì)胞同時(shí)感染禽流感病毒受體和人流感病毒受體，從而在豬上皮細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行基因重排（抗原轉(zhuǎn)變，antigen shift），最近發(fā)現(xiàn)的H1N1流感病毒重組由于基因同源重組[2]。血凝素抗原（HA）蛋白是介導(dǎo)病毒和細(xì)胞表面結(jié)合的主要蛋白，也是流感的重要保護(hù)性抗原[3]。流感病毒感染同一細(xì)胞時(shí)常發(fā)生基因重排，從而產(chǎn)生新的病毒株。其中HA是流感病毒病毒的主要抗原，是由三個(gè)血凝素蛋白聚合在一起形成三聚體結(jié)構(gòu)，頭部由HA1亞單位形成，是流感病毒與細(xì)胞受體結(jié)合的關(guān)鍵蛋白，該蛋白和機(jī)體免疫相關(guān)，此外HA1蛋白是流感發(fā)生抗原性漂移的分子基礎(chǔ)，此次新型甲型H1N1流感病毒大流行，主要也是因?yàn)镠1N1流感病毒的基因重排和HA1蛋白的抗原性漂移[4]。為進(jìn)一步了解福州市新型甲型流感H1N1病毒的流行和基因特性，本研究選擇6株病毒株，分別來(lái)至福州地區(qū)2009-2014年的病毒株，進(jìn)行HA基因組序列測(cè)定，對(duì)其HA基因的特征和進(jìn)化特點(diǎn)進(jìn)行分析，為進(jìn)一步開(kāi)展福州地區(qū)流感防治工作以及為流感病毒分子生物學(xué)研究提供科學(xué)依據(jù)，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 標(biāo)本來(lái)源 選取6株分別來(lái)自2009年

1月-2014年1月新型甲型流感病毒株，來(lái)源于福州市疾病預(yù)防控制中心的H1N1流感病毒株并保存-80 ℃。

1.2 主要試劑和細(xì)胞 狗腎傳代細(xì)胞（MDCK）由福建省疾病預(yù)防控制中心提供，流感病毒的標(biāo)準(zhǔn)抗原和標(biāo)準(zhǔn)抗血清由國(guó)家流感中心提供。RNA提取試劑盒購(gòu)于TAKARA，RT-PCR試劑盒采用TAKARA公司（OneStep RT-PCR Kit），擴(kuò)增引物采用世界衛(wèi)生組織官方網(wǎng)站提供的HA基因擴(kuò)增引物，擴(kuò)增產(chǎn)物用于測(cè)序。

1.3 引物設(shè)計(jì)與合成 核酸擴(kuò)增及序列測(cè)定引物參照WHO提供的HA基因組測(cè)序引物[5]。

1.3.1 核酸提取與cDNA的制備 病毒核酸提取在生物二級(jí)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，采用TAKARA公司的一步法試劑盒。

1.3.2 HA基因擴(kuò)增與分析 用于瓊脂糖凝膠電泳法對(duì)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行分子量大小分析，并對(duì)PCR產(chǎn)物純化回收后進(jìn)行測(cè)序分析。

2 結(jié)果

2.1 病毒分離與鑒定 采集的6株2009-2014流感樣標(biāo)本，感染MDCK細(xì)胞3 d 左右后，CPE達(dá)到三個(gè)+時(shí)，收集細(xì)胞上清液進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光PCR進(jìn)行H1N1亞型的確認(rèn)。

2.2 HA序列測(cè)定與拼接 采用WHO提供的HA測(cè)序引物擴(kuò)增的PCR產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)序，序列的拼接采用BioEdit生物軟件，并用MEGA 4.0進(jìn)行進(jìn)化樹(shù)分析。

2.3 HA基因進(jìn)化樹(shù)分析 6株H1N1流感病毒的HA基因核苷酸序列系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)分四個(gè)簇，見(jiàn)圖1。其中福州地區(qū)流行的H1N1病毒的核苷酸序列主要來(lái)源于禽流感和季節(jié)性流感H1并與豬流感病毒重組形成新的H1N1流感病毒株，本次篩選的6株甲型H1N1分離株核苷酸序列之間的同源在98%以上，進(jìn)一步表明這6株病原體均來(lái)自同一簇，其中2009年度分離的病毒株與標(biāo)準(zhǔn)株A/California/07/2009（H1N1）親緣關(guān)系較近，而2010-2014年在同一個(gè)分支，距離相對(duì)較遠(yuǎn)。

2.4 分離株HA1基因片段的氨基酸序列分析 HA蛋白由HA1（326個(gè)氨基酸）和HA2（223個(gè)氨基酸）兩部分組成，主要抗原決定簇是在HA1區(qū)，A/California/07/2009（H1N1）是一個(gè)國(guó)際代表株。HA1基因片段發(fā)生了16個(gè)點(diǎn)突變，其中在A區(qū)有2個(gè)氨基酸位點(diǎn)發(fā)生變化，分別為136（K>H）和145（R>K），抗原決定簇B區(qū)有4個(gè)氨基酸位點(diǎn)發(fā)生變化，分別為188（K>M）和189（T>A），192（H>D/N）和193（K>T），分離株有多處氨基酸發(fā)生替換，氨基酸的替換導(dǎo)致毒株的抗原性發(fā)生了漂移。另外，糖基化方面保留了古典豬H1N1的特點(diǎn)。見(jiàn)圖2。

3 討論

2009-2014年流感樣病例分析表明，福州地區(qū)的流感病毒主要流行的亞型為B型，而甲型H1N1和H3亞型分別占有一定比例，這個(gè)結(jié)果和福建省的監(jiān)測(cè)結(jié)果一致。文獻(xiàn)[6]進(jìn)一步分析福州地區(qū)流行的甲型H1N1流感毒株與在全國(guó)范圍內(nèi)主要流行株的同源性，并進(jìn)一步確認(rèn)所在的哪一個(gè)簇。流感病毒的HA基因作為流感病毒主要表面抗原之一，其遺傳基因進(jìn)化表現(xiàn)出強(qiáng)的活躍性，同時(shí)也是流感病毒發(fā)生抗原漂移和分子變異的基礎(chǔ)，其中HA1蛋白是病毒與細(xì)胞結(jié)合受體的關(guān)鍵[7-9]。相對(duì)于HA2蛋白，HA1蛋白承受著更大的免疫選擇壓力，因此HA1基因的變異直接影響流感病毒抗原的漂移[3-4，10]。隨著流感疫苗的接種人員擴(kuò)大，并根據(jù)世界衛(wèi)生組織的推薦疫苗進(jìn)行接種，人群的免疫能力增強(qiáng)，然而流感病毒發(fā)生抗原漂移的可能性也隨之加大[11]。從統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上，要確認(rèn)發(fā)生抗原漂移，至少需要需要再HA1區(qū)上有4個(gè)以上氨基酸發(fā)生了突變，而且其中有3個(gè)是在抗原決定簇上[10，12-13]。6株分離株的HA氨基酸序列與參考株A/California/04/2009相比，2009-2014年HA1區(qū)分別有4、4、5、4個(gè)氨基酸發(fā)生了突變，主要是位于136、145、188、189、192和193位，福州地區(qū)H1N1流感的HA基因序列與世界流行的病毒參考株具有高度同源性，并發(fā)現(xiàn)多個(gè)的氨基酸發(fā)生點(diǎn)突變，確認(rèn)為抗原性漂移[12，14]。

從HA基因進(jìn)化樹(shù)分析結(jié)果顯示，

A/California/07/2009（H1N1）與福州2009年的分離毒株和疫苗株親緣關(guān)系較近，但是和2010-2014年的流感病毒株分別處于不同的分支，其親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。因此，從基因特性分析可以推測(cè)到，近6年根據(jù)WHO疫苗推薦株生產(chǎn)的疫苗對(duì)該年大連市H1N1亞型流感預(yù)防效果較理想[11，15]。

此次流行的甲型H1N1流感病毒，主要是由于流感病毒的抗原性發(fā)生變異，尤其是HA1區(qū)的抗原決定簇[2，16]，其次是由于中國(guó)對(duì)豬群流感病毒的檢測(cè)和流行并沒(méi)有較好的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而導(dǎo)致在豬群中引起流感大暴發(fā)的病毒和人或禽的流感進(jìn)行重組，而不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)、預(yù)警[17]，不同亞型的病毒有可能在不同種屬的動(dòng)物呼吸道上皮細(xì)胞上進(jìn)行基因重組[18]。所以，應(yīng)在世界衛(wèi)生組織全球范圍內(nèi)加強(qiáng)對(duì)甲型H1N1流感病毒監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)可能是基因重組的流感病毒株進(jìn)行病毒全基因組序測(cè)序，進(jìn)而分析病毒基因突變的現(xiàn)狀并為流感疫苗的研制做準(zhǔn)備[15，19-20]，使得流感疫苗能更好地防控流感流行，并為流行趨勢(shì)的改變制定防控方案提供病原學(xué)科學(xué)依據(jù)。

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（收稿日期：2016-12-08） （本文編輯：周亞杰）