流感病毒对全球公共卫生造成重大影响,数次流感大爆发给人类经济和健康造成了严重危害。甲型流感病毒的变异始终是公共卫生与生物医药领域的关注焦点,其中A/Victoria/4897/2022 亚型因近年在流行特征与致病性上的特殊性,成为科研与防控的重点对象。而解锁该亚型研究的关键,正是病毒表面两种核心抗原蛋白 ——血凝素(HA) 与神经氨酸酶(NA)。本期内容带大家全面读懂这两种蛋白。
一、流感病毒简介流感病毒属于正粘病毒家族,是一种有包膜的、负链RNA病毒。
根据抗原性不同,流感病毒分为甲型、乙型、丙型。人流感主要由甲型和乙型引起。甲型和乙型病毒表面有两个重要的糖蛋白抗原:血凝素(Hemagglutinin, HA)、神经氨酸酶(Neuraminidase, NA),分别具有使病毒进入细胞和病毒从细胞中释放的功能。甲型流感HA和NA容易发生突变,导致免疫原性改变,因此分为多种亚型,如引起季节性流感的H1N1、H3N2,高致病性禽流感H5N1、H7N9等。乙型流感HA和NA无亚型之分,目前主要包含Yamagata系或Victoria系。
二 、HA/NA结构及功能01.流感血凝素HA的结构及功能
(1)HA结构特征血凝素(Hemagglutinin, HA),是流感病毒表面含量最高的抗原蛋白,外观呈 “蘑菇状” 三聚体结构。成熟的HA蛋白在病毒表面以非共价同源三聚体形式存在,每个三聚体分为头部和茎部两个结构功能域。HA由 HA1 和 HA2 两个亚基组成:①HA1:是球状头部的主要成分,位于膜-远端,负责结合宿主细胞;
②HA2:是茎部的主要成分,位于膜-近端,负责介导病毒膜与宿主细胞膜融合。将HA蛋白锚定到病毒脂质包膜中的茎由HA2和部分HA1组成。

图1.血凝素HA三维结构
(2)HA功能特性HA蛋白负责介导病毒与受体的结合和膜融合。首先HA蛋白与宿主细胞表面的唾液酸结合,通过内吞作用进入宿主细胞,在低pH诱导下,最终实现由膜融合前状态(pre-fusion)到膜融合后状态(post-fusion)的转变,造成病毒与宿主细胞膜的融合。HA前体蛋白(HA0)首先在细胞内质网合成,后经过特定位点被胰蛋白酶样丝氨酸内切蛋白酶裂解,形成以二硫键链接的HA1和HA2亚基,共同构成成熟的HA三聚体。HA0裂解为HA1和HA2是病毒融合宿主细胞所必需的构象变化和具有感染性的前提,对病毒激活至关重要。
02.神经氨酸酶NA的结构及功能
(1)NA结构特征
神经氨酸酶( Neuraminidase, NA)是甲型流感病毒包膜表面的“蘑菇状” 四聚体糖蛋白,常与 HA 共同分布于病毒颗粒表面。NA 以四个相同单体的四聚体形式存在,每个单体由四个不同的结构域组成,称为催化头茎、跨膜区和细胞质尾部。使用蛋白质数据库代码4GZX (A/Tanzania/205/2010 N2 NA) 中的结构信息在 Pymol 中生成头部结构域结构。单个头部结构域单体以绿色、灰色、紫色和橙色显示。NA 柄、跨膜区域和细胞质尾部尚未解析,此处描述为四个 α 螺旋。

图2.神经氨酸酶NA三维结构
(2)NA功能特性NA蛋白具有唾液酸水解活性,能切断病毒血凝素与宿主细胞间连接以促进病毒释放。该酶与血凝素共同构成流感病毒亚型分类依据,分为11种NA亚型。其活性位点及茎部结构影响病毒释放效率和宿主适应性,茎部氨基酸缺失可增强病毒细胞增殖能力。神经氨酸酶抗原性相对保守,成为广谱流感疫苗研发的关键靶点之一。 三HA/NA作用机制HA 与 NA 虽同属病毒表面蛋白,但在病毒感染周期中扮演完全不同的角色,二者协同作用,共同完成病毒的 “入侵 - 复制 - 扩散” 过程。
1. HA作用机制
HA 的作用贯穿病毒入侵宿主细胞的全过程,两个核心步骤:受体结合:HA1 亚基与宿主呼吸道上皮细胞表面的 “唾液酸受体” 特异性结合,让病毒牢牢吸附在细胞表面,这是病毒入侵的 “启动环节”;膜融合:结合后 HA 蛋白发生构象变化,HA2 亚基介导病毒包膜与宿主细胞膜融合,使病毒基因组进入宿主细胞,为后续复制奠定基础。
2. NA作用机制
NA 的作用集中在病毒复制完成后,两个核心功能:助力病毒释放:新生成的病毒颗粒会通过表面的 HA 再次结合宿主细胞表面的唾液酸,NA 通过切割这些唾液酸残基,打破 “粘连”,让病毒顺利脱离宿主细胞;防止病毒聚集:NA 还能清除细胞表面或黏液中的唾液酸,避免新释放的病毒颗粒相互聚集,确保病毒能自由扩散到其他健康细胞,扩大感染范围。
四HA/NA 研究价值
01. 疫苗研发
HA核心作用:几乎所有甲流疫苗(包括灭活疫苗、重组蛋白疫苗)都以 HA 为核心抗原,因为 HA 能诱导人体产生 “中和抗体”—— 这种抗体可直接结合病毒 HA,阻止其与宿主细胞结合,从而预防感染。
NA辅助作用:NA 不诱导中和抗体,但能诱导 “抑制性抗体”,可阻止病毒释放与扩散,与 HA 协同提升疫苗的保护效果。
02. 药物筛选
HA潜在价值:HA 介导的受体结合与膜融合过程,也可作为药物靶点 —— 通过小分子药物阻断 HA 与唾液酸受体结合,或抑制 HA 构象变化,同样能阻止病毒入侵。NA成熟应用:目前临床常用的抗甲流药物(如奥司他韦、扎那米韦)均以 NA 为靶点,通过抑制 NA 的酶活性,阻止病毒释放,达到治疗效果。
03. 诊断技术
快速诊断:通过检测患者样本中 HA 或 NA 的抗原,可实现亚型的快速识别(如胶体金试纸条、ELISA 检测)。
流行病学监测:通过分析 HA/NA 的序列变异,可追踪甲型流感的传播路径与进化趋势。 五HA/NA 蛋白表达服务外源表达血凝素 (HA) 和神经氨酸酶 (NA) 蛋白存在两大难点:①是蛋白结构复杂(具有多个N-糖基化位点),易出现错误折叠;②是活性难以保证,无法满足后续实验需求。
强耀生物可提供HA/NA靶点相关蛋白,多肽的合成制备,以及对应抗体开发,具备大肠杆菌,哺乳动物细胞,昆虫杆状病毒,毕赤酵母等蛋白表达系统,以及各类多抗/单抗开发技术路线,可供解决相关抗原抗体需求。


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