302: H5血凝素（H5 Hemagglutinin）

Author: Janet Iwasa Translator: 于 健（PDBj）

血凝素三聚體與矽烷酸受體類似物（橘色區域）結合的俯視圖和側視圖。禽類 H5 顯示為紫色，人類 H1 顯示為藍色。
血凝素三聚體與矽烷酸受體類似物（橘色區域）結合的俯視圖和側視圖。禽類 H5 顯示為紫色，人類 H1 顯示為藍色。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

H5N1 禽流感（avian influenza）自 1996 年爆發以來，已造成全球數百萬隻鳥類死亡和被捕殺，給家禽業造成了巨大的經濟損失，並引起了人們對瀕危野生鳥類種群的擔憂。最近爆發的禽流感不僅在鳥類造成疾病，也在野生動物和家養哺乳動物造成疾病。

各種亞型

血凝素（hemagglutinin）是一種穗狀蛋白，與神经氨酸酶（neuraminidase）一起覆蓋在流感病毒表面。目前，已知血凝素的18 個變體（H1 至 H18）和神經氨酸酶的 11 個變體（N1 至 N11）。這些蛋白的不同組合決定了病毒的亞型，如 H1N1 和 H3N2。人類最常感染H1、H2 或 H3 的血凝素病毒，而鳥類則可能感染幾乎所有能表現血凝素亞型的病毒（從蝙蝠身上分離出的 H17 和 H18 除外）。然而，只有兩種血凝素亞型（H5 和H7）會導致鳥類罹患嚴重疾病。

糖的特異性

流感可經由血凝素進入細胞並感染細胞，血凝素可辨識並結合細胞表面的特定分子。大多數血凝素被發現以唾液酸（sialic acid）為目標。這種唾液酸是一種有9個碳原子的糖分子，常見於細胞表面蛋白質和脂質上附著的聚醣（糖鏈）的末端。禽流感病毒（如 H5N1 和 H7N9）能與鳥類呼吸道和胃腸道中的α-2,3-連接的矽鋁酸受體結合。它大量存在於呼吸道和胃腸道中。鳥類 H5 在圖的左側以紫色顯示（PDB ID 1JSN ）。對人類來說，上呼吸道（鼻、喉和氣管）中的大多數細胞都有α-2,6-連接的唾液酸受體；人類流感病毒如H1N1（H1顯示為藍色，PDB ID為1RVT）能與這些受體結合，因此更容易在人與人之間傳播。

跨越物種障礙

儘管 H5N1 喜歡感染鳥類，但已知它也會感染人類和其他哺乳動物。這種傳播通常是透過在家禽養殖場和活禽市場等擁擠環境中與受感染的禽類直接接觸而發生的；儘管 H5N1 病毒在人與人之間的傳播非常罕見且效率很低，但哺乳動物之間的傳播病例，包括最近在美國幾個奶牛場爆發的 H5N1 病毒傳播病例，也有不少報道。報告了一些病例。研究表明，由於乳牛乳房中含有大量α-2,3-鍊式唾液酸受體，H5N1 可複製並釋放到牛奶中，透過受污染的擠乳設備傳播給其他乳牛。

創建糖衣細胞

ST3Gal1（淺綠色）和ST6Gal1（深綠色）透過柔性連接體與高爾基體膜（灰色）結合；ST3Gal1 與產生的分子（深橙色）和受體糖（淺橙色）結合。催化鹼基以淺綠色標示；ST6Gal1 與α-2,6-連接的半乳澱粉酸（淺橙色）結合。
ST3Gal1（淺綠色）和 ST6Gal1（深綠色）透過柔性連接體與高爾基體膜（灰色）結合；ST3Gal1 與產生的分子（深橙色）和受體糖（淺橙色）結合。催化鹼基以淺綠色標示；ST6Gal1 與 α-2,6-連接的半乳澱粉酸（淺橙色）結合。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

如何將唾液酸添加到細胞表面分子中？ 這是透過唾液酸轉移酶（sialyltransferase）的作用完成的，它將唾液酸從CMP-唾液酸等供體分子轉移到糖蛋白和醣脂等受體分子上。α-2,3-唾液酸轉移酶（例如，ST3Gal1，PDB ID 2WNB，以淺綠色顯示）透過α-2,3 鍵將唾液酸添加到半乳糖（galactose）上。相反，α-2,6-唾液酸轉移酶（如 ST6Gal1，PDB ID 6QVT, 深綠色顯示）透過α-2,6 鍵將唾液酸加入半乳糖中。細胞表面唾液酸化的豐富性參與了細胞辨識、訊號傳導和分化等多種過程，使其成為病毒的理想標靶。

探索結構

主機轉移

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研究表明，只需改變一個胺基酸，H5 就能優先與哺乳動物受體（α-2,6 結合）而不是禽類受體（α-2,3 結合）結合。具體來說，當殘基 226（通常是麩醯胺酸 glutamine）變成亮氨酸（leucine）時，就會產生疏水環境，從而促進與哺乳動物受體的結合。點擊圖下按鈕切換到互動式影像，比較正常 H5（PDB ID 4K63, 4K64 ）和突變 H5（PDB ID 4K66, 4K67 ）如何與鳥類和人類受體結合。

進一步的討論議題

  1. 血凝素能辨識細胞表面的受體並與之結合，然後透過幾個階段攻擊細胞。詳見這裡。
  2. 有關流感其他成分和病毒橫截面的更多信息，請參閱此處。
  3. 有關流感疫苗外觀的更多信息，請參閱此處。

參考文獻

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本文是由RCSB PDB的PDB-101提供的《當月的分子》2025年2月的文章的中文翻譯。請參考我們的條款和條件頁面。

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