中国南北方禽流感病毒蛋白进化差异的探究

王雨佳

(呼和哈特第二中学 内蒙古 010010)

禽流感病毒(Avian Influenza Virus，AIV)属甲型流感病毒，是有包膜的一种RNA病毒，其形态为80～120nm的球状，且其基因由8条单股负链RNA组成[1，2]，基因组共编码10种蛋白质。AIV根据病毒核蛋白(Nucleoprotein，NP)和膜蛋白(Membrane Protein，NP)抗原及其基因特性的不同分为A、B、C三种类型，根据外膜凝血素和神经氨酸酶的不同又可分为16个H亚型和9个N亚型[3]，它们之间可相互构成若干血清亚型。AIV的基因突变率很高，其中突变率最高的是HA基因，其次是NA基因[4]。当AIV与宿主受体结合位点的氨基酸突变积累到一定程度时，突变的氨基酸刚好使病毒抗原决定簇发生改变，引起抗原变异[5]。由于禽流感病毒的血凝素结构等特点，一般感染禽类[6]，当病毒在复制过程中发生基因重组，致使结构发生改变，获得感染人的能力时，人才有可能被感染禽流感疾病。这不仅造成人类的伤亡，对家禽养殖业也会造成重创，造成无法挽回的巨大损失。同时，AIV对热较敏感[7]，为适应不同气候，AIV蛋白可能产生不同的进化，以促进其感染不同的宿主和广泛传播，这将会为人类未来对抗禽流感病毒带来巨大的挑战。就我国而言，我国气候丰富多样，从南到北横跨热带、亚热带、温带，气候差距较大，温度和湿度差距格外大，这可能是不同地区间禽流感病毒为适应不同气候而产生不同变异的诱因。

禽流感病毒为人类政治、经济、社会等造成了巨大的损失，其特性亟待被探究，以便在面对不同禽流感时能及时、迅速地采取措施止损。距离上次禽流感病毒大爆发(2013年H7N9流感)已有数年之久。但是，禽流感病毒还未曾消失，依旧潜伏在人们身边，以各种形式潜藏，伺机卷土重来，在当下多种诱因的催化下，可能在未来产生多种变异，不仅感染鸡，甚至在人群中迅速传播。虽然目前AIV对人的感染较少，但仍在禽类中大面积扩散。我们不应该放松对AIV的警惕，以免在面对未来的未知变异时因没有做好准备而发生重大事故。此外，我国疆域辽阔，对影响AIV变异的诱因众多，爆发的禽流感病毒可能会因纬度等差距而产生不同差异，对不同地域治疗造成巨大影响。由此，研究禽流感病毒从关注南北方的禽流感病毒蛋白的进化差异切入格外重要。在此背景下，我们关注禽流感蛋白(编码区)在中国地区的进化差异，探究禽流感蛋白在南北方进化异同。本研究选取我国南北方(以北京、上海、广州地区为代表)共15株禽流感病毒，通过MEGA(Molecular Evolutionary Genetics Analysis)绘制AIV蛋白进化树，分析其进化距离。以期能为今后禽流感的紧急处理提供一定的方向参考。

一、材料及方法

(一)样本选取

通过NCBI (National Center for Biotechnology Information )Influenza Virus Resource选取中国地区A型HA的H7、H5病毒蛋白编码区数据。选取北京3株2013年份人源AIV病株，上海2株2013年份人源AIV病株，广东3株2013年份人源AIV病株，广东2株2017年份人源AIV病株，广东3株2013年份鸡源AIV病株以及广东2株H5人源AIV病株(2008年、2014年各一株)。共三株北京地区AIV病株，两株上海地区AIV病株，10株广东地区(包括广东、东莞)AIV病株。

表1 本文涉及的病株

(二)数据处理

通过MEGA(Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 10.0.5)软件对数据进行系统化分析，构建时采用最大似然法(Maximum Likelihood)。构建前先分析病株，将参数设定为Model/Method：Jones-Taylor-Thornton(JTT)model，Rates among Sites：Uniform Rates，Gaps/Missing Data Treatment：Use all sites，ML Heuristic Method：Nearest-Neighbor-Interchange(NN)，Initial Tree for ML：Make intitial tree automatically(Default-NJ/BioNJ)，绘制进化树。

图1 本文涉及的病株分布图

二、结果与分析

在南北方方面，AIV的进化差距相对较小，总体上呈现病株向地域集中。从图2中可知，在2013年的H7型的AIV病株中，有6株广东的AIV病株聚集，3株北京的AIV病株聚集，2株上海的AIV病株聚集，以北京、上海、广州三个地区为中国南北方代表的三个地区的病株，体现了一定的地域分异。总体上2013年份的病株进化差距较小，且呈现地域上的集中。

在时间方面，AIV的进化差距较大，由2株2017年份广东人源AIV与11株2013年份各地的AIV病株产生较大的进化距离可知：AIV的HA蛋白区段随时间发生的变异进化程度较大。

寄主方面，鸡源病株和人源病株混杂交替排列，并未体现明显的差距。以广东的6株H7型2013年份的人源AIV病株及鸡源AIV病株为例：该6株AIV病株在图中未体现明显的进化距离或表现出不同寄主病株的聚集。这说明，不同寄主AIV的HA病毒蛋白差距较小，具有一定的同源性。

不同亚型方面，AIV的H5和H7片段的进化差距较大。广东的2株H5禽流感病毒病株明显与13株来自不同地区，不同年份以及不同寄主的H7禽流感病毒病株产生较大的进化距离，故不同亚型的AIV的同源性相对较小。

总体上，地域(南北方)、时间、寄主、亚型均对AIV的进化变异产生不同程度的影响。其影响程度从大到小分别为：亚型＞时间＞地域＞寄主。在同一亚型中，年份的影响程度最大，进化变异程度相对明显。

图2 15株AlV系统发育的进化树

三、讨论

AIV蛋白质的变异可能会引起其实际功能的变化，温度、湿度等不同，外界环境条件都是其诱因。AIV对家畜养殖业及人类构成巨大的威胁，因此在爆发禽流感时能够快速找到与爆发的类型同源性最近的AIV病株格外重要。通过进化树，我们得出各因素对AIV变异的影响程度从大到小分别为：亚型＞时间＞地域＞寄主。因此，在未来的研究中若要分析某一新型AIV，可以参考同年份或相近的年份的AIV已知样本，此二者的相似性相对较大。年份差距较大的AIV病株样本则可能与新型病株差距较大。同时，针对这AIV在年份上变化较大这一点，应当要求各地疾控中心密切关注每年的AIV变化，及时记录尽量多的、有价值的数据，以为AIV的爆发提前做好预防和样本储备。

此外，AIV在寄主方面尚未体现较大的进化距离，相对于时间地域等因素，AIV在寄主方面的进化差距最小，故各地在监控AIV时应高度注意并监视禽类的疫情，禽类间爆发AIV可能预示着人类的AIV爆发。同时，人类在接触禽类后尤其是患病禽类应及时杀菌消毒，以免因禽类AIV病株与人类AIV病株的同源性较大而造成人禽间感染。

本文章仅探索了AIV在中国范围内的进化差距，并未探究AIV在世界范围内的的进化差异。中国的气候固然丰富多样，在纬度、湿度等范围上具有一定的代表性，但在某种程度上缺乏某些极端气候。本文在那些极端气候地区的AIV未被绘入进化树，在极端气候下AIV会产生哪些变异来适应困难的环境条件，这值得研究人员未来进一步分析。中国是北半球国家，所流行的病株可能与南半球的国家不同，这一点可以进一步收集病株绘制进化树，分析南北半球AIV病株的进化差异，进而得出全球AIV的进化变异走向，为未来全球性禽流感打好预见性的基础性准备。此外，AIV也感染猪、海豹等不同生物，研究人员可以收集不同生物的AIV样本，绘制进化树，比较其与人源AIV病株的同源性，进而得出与人源AIV病株同源性最强的其他源病株。这可以以这种生物为AIV在人群间爆发的预警生物，密切关注该种生物的AIV流行动向，便于对未来AIV爆发的预防和研究。