302: H5血凝素（H5 Hemagglutinin）

Author: Janet Iwasa Translator: 于 健（PDBj）

血凝素三聚体与硅烷酸受体类似物（橙色区域）结合的俯视图和侧视图。禽类 H5 显示为紫色，人类 H1 显示为蓝色。
血凝素三聚体与硅烷酸受体类似物（橙色区域）结合的俯视图和侧视图。禽类 H5 显示为紫色，人类 H1 显示为蓝色。 高质量的TIFF图片可以从这里获得。

H5N1 禽流感（avian influenza）自 1996 年爆发以来，已造成全球数百万只鸟类死亡和被捕杀，给家禽业造成了巨大的经济损失，并引起了人们对濒危野生鸟类种群的担忧。最近爆发的禽流感不仅在鸟类中造成疾病，也在野生动物和家养哺乳动物中造成疾病。

各种亚型

血凝素（hemagglutinin）是一种穗状蛋白，与 神经氨酸酶（neuraminidase）一起覆盖在流感病毒表面。目前，已知 血凝素的 18 个变体（H1 至 H18）和神经氨酸酶的 11 个变体（N1 至 N11）。这些蛋白的不同组合决定了病毒的亚型，如 H1N1 和 H3N2。人类最常感染 H1、H2 或 H3 的 血凝素病毒，而鸟类则可能感染几乎所有能表达 血凝素亚型的病毒（从蝙蝠身上分离出的 H17 和 H18 除外）。然而，只有两种 血凝素亚型（H5 和 H7）会导致鸟类患上严重疾病。

糖的特异性

流感可通过血凝素进入细胞并感染细胞，血凝素可识别并结合细胞表面的特定分子。大多数 血凝素被发现以唾液酸（sialic acid）为目标。这种唾液酸是一种有9个碳原子的糖分子，常见于细胞表面蛋白质和脂质上附着的聚糖（糖链）的末端。禽流感病毒（如 H5N1 和 H7N9）能与鸟类呼吸道和胃肠道中的α-2,3-连接的硅铝酸受体结合。它大量存在于呼吸道和胃肠道中。鸟类 H5 在图的左侧以紫色显示（PDB ID 1JSN ）。对于人类来说，上呼吸道（鼻、喉和气管）中的大多数细胞都有α-2,6-连接的唾液酸受体；人类流感病毒如H1N1（H1显示为蓝色，PDB ID为1RVT）能与这些受体结合，因此更容易在人与人之间传播。

跨越物种障碍

尽管 H5N1 喜欢感染鸟类，但已知它也会感染人类和其他哺乳动物。这种传播通常是通过在家禽养殖场和活禽市场等拥挤环境中与受感染的禽类直接接触而发生的；尽管 H5N1 病毒在人与人之间的传播非常罕见且效率很低，但哺乳动物之间的传播病例，包括最近在美国几个奶牛场爆发的 H5N1 病毒传播病例，也有不少报道。报告了一些病例。研究表明，由于奶牛乳腺中含有大量α-2,3-链式唾液酸受体，H5N1 可复制并释放到牛奶中，通过受污染的挤奶设备传播给其他奶牛。

创建糖衣细胞

ST3Gal1（浅绿色）和 ST6Gal1（深绿色）通过柔性连接体与高尔基体膜（灰色）结合；ST3Gal1 与生成的分子（深橙色）和受体糖（浅橙色）结合。催化碱基以浅绿色标出；ST6Gal1 与α-2,6-连接的半乳淀粉酸（浅橙色）结合。
ST3Gal1（浅绿色）和 ST6Gal1（深绿色）通过柔性连接体与高尔基体膜（灰色）结合；ST3Gal1 与生成的分子（深橙色）和受体糖（浅橙色）结合。催化碱基以浅绿色标出；ST6Gal1 与α-2,6-连接的半乳淀粉酸（浅橙色）结合。 高质量的TIFF图片可以从这里获得。

如何将唾液酸添加到细胞表面分子中？ 这是通过唾液酸转移酶（sialyltransferase）的作用完成的，它将唾液酸从 CMP-唾液酸等供体分子转移到糖蛋白和糖脂等受体分子上。α-2,3-唾液酸转移酶（例如，ST3Gal1，PDB ID 2WNB，以浅绿色显示）通过 α-2,3 键将唾液酸添加到半乳糖（galactose）上。相反，α-2,6-唾液酸转移酶（如 ST6Gal1，PDB ID 6QVT, 深绿色显示）通过α-2,6 键将唾液酸添加到半乳糖中。细胞表面唾液酸化的丰富性参与了细胞识别、信号传导和分化等多种过程，使其成为病毒的理想靶标。

探索结构

主机转移

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研究表明，只需改变一个氨基酸，H5 就能优先与哺乳动物受体（α-2,6 结合）而不是禽类受体（α-2,3 结合）结合。具体来说，当残基 226（通常是谷氨酰胺 glutamine）变为亮氨酸（leucine）时，就会产生疏水环境，从而促进与哺乳动物受体的结合。点击图下按钮切换到交互式图像，比较正常 H5（PDB ID 4K63, 4K64 ）和突变 H5（PDB ID 4K66, 4K67 ）如何与鸟类和人类受体结合。

进一步的讨论议题

  1. 血凝素能识别细胞表面的受体并与之结合，然后通过几个阶段攻击细胞。详见这里。
  2. 有关流感其他成分和病毒横截面的更多信息，请参阅此处。
  3. 有关流感疫苗外观的更多信息，请参阅此处。

参考文献

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本文是由RCSB PDB的PDB-101提供的《当月的分子》2025年2月的文章的中文翻译。请参考我们的条款和条件页面。

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