從甲型H1N1到H7N9，高致病性的甲型流感曾多次引起全球范圍內(nèi)的流行。因其能夠直接由禽類感染人，它們被稱為“禽流感”。每年冬春，禽流感都是我國乃至世界各地的重點(diǎn)防控對象。科學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)，被流感病毒感染之后患者更容易患上并發(fā)繼發(fā)細(xì)菌性肺炎，這種共感染被認(rèn)為是流感大流行時死亡率增高的重要原因。只是，一直以來人們并不清楚這現(xiàn)象背后的具體原因。中國科學(xué)院微生物所病原微生物和免疫學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室研究員王北難團(tuán)隊最近的一項研究揭開了這個謎底。

研究過程

近年來已有研究表明，A型流感病毒（IAV，即甲型流感病毒）的表面分子神經(jīng)氨酸酶（NA）能夠增強(qiáng)細(xì)菌對細(xì)胞的黏附，然而其中的分子機(jī)制不清楚。王北難在接受《中國科學(xué)報》記者專訪時介紹說：“我們的研究發(fā)現(xiàn)和證明，流感病毒的神經(jīng)氨酸酶（NA）通過激活一種叫作TGF-β的人體細(xì)胞因子，會導(dǎo)致宿主細(xì)胞表面的黏附分子（如纖連蛋白和整合素）表達(dá)增高，這導(dǎo)致黏附于肺中的細(xì)菌增加。”王北難首先率領(lǐng)團(tuán)隊在人肺的上皮細(xì)胞系上做了實(shí)驗驗證。在細(xì)胞系上的實(shí)驗結(jié)果不出王北難所料：第一，細(xì)胞系被病毒感染以后，細(xì)胞內(nèi)TGF-β就被“激活”了；第二，病毒感染后，細(xì)胞表面的黏附分子（受體）增加了。通過與中國科學(xué)院院士、中國疾病預(yù)防控制中心副主任高福的合作，用重組表達(dá)的流感病毒NA也重復(fù)出了相同的現(xiàn)象，說明此現(xiàn)象是由病毒的NA所致。“這兩個獨(dú)立的現(xiàn)象，存在怎樣的聯(lián)系？”帶著這個問題，王北難團(tuán)隊重新設(shè)計了實(shí)驗，他們在細(xì)胞被病毒感染的時候同時加入抑制TGF-β活性的抑制劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞表面受體表達(dá)增加的現(xiàn)象“不見了”做完了細(xì)胞系上的實(shí)驗，還需要通過活體動物這一整體模型對實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行驗證。王北難團(tuán)隊開始用小鼠做體內(nèi)實(shí)驗。他們對一組小鼠進(jìn)行病毒感染，然后給它們接種細(xì)菌。結(jié)果發(fā)現(xiàn)感染病毒組的小鼠肺內(nèi)細(xì)菌數(shù)顯著高于對照組小鼠（無病毒感染，只接種細(xì)菌）并且其肺內(nèi)細(xì)胞表面黏附受體表達(dá)也顯著增加。接著，王北難與中科院動物所移植生物學(xué)研究組組長趙勇合作，在轉(zhuǎn)基因小鼠身上做“阻斷實(shí)驗”――該小鼠體內(nèi)細(xì)胞可表達(dá)TGF-β，但由于TGF-β發(fā)揮作用所需的信號通路被切斷，故TGF-β在該鼠體內(nèi)不起作用。他們用該轉(zhuǎn)基因小鼠感染病毒后發(fā)現(xiàn)，該小鼠肺內(nèi)細(xì)菌黏附并沒有增加，細(xì)胞表面黏附受體也不表達(dá)了。“這就比較完美了――從細(xì)胞系（體外實(shí)驗）到動物水平上（體內(nèi)實(shí)驗）都證明，流感病毒通過活化細(xì)胞內(nèi)的TGF-β，使細(xì)胞表面的細(xì)菌黏附受體表達(dá)增加，增加了動物或其他宿主對細(xì)菌感染的敏感性，這是我們最后的結(jié)論。”王北難對《中國科學(xué)報》記者說。然而，王北難團(tuán)隊的研究并沒有結(jié)束。他們又用非病原菌進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗。“非病原菌不表達(dá)黏附因子，即使細(xì)胞表達(dá)再多的黏附受體（分子）也無濟(jì)于事。”王北難告訴記者，他們隨后將病原菌中負(fù)責(zé)黏附的因子轉(zhuǎn)到非病原菌上，使非病原菌具有黏附的功能，再去做病毒感染實(shí)驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，非病原菌表達(dá)了病原菌的黏附因子后，在病毒感染后，也會使它在細(xì)胞上的黏附增加。“這證明了流感病毒介導(dǎo)的細(xì)菌黏附依賴于細(xì)菌表面的纖連蛋白結(jié)合蛋白，因此表達(dá)此類蛋白的細(xì)菌與流感繼發(fā)細(xì)菌感染密切相關(guān)，如肺炎球菌、金黃色葡萄球菌、A型鏈球球菌和嗜血桿菌，這些細(xì)菌都是在流感并發(fā)細(xì)菌肺炎時常見的致病菌。”
    “至此就非常清楚地證明了病毒、細(xì)胞、細(xì)菌三者分子之間的關(guān)系，整條線索的脈絡(luò)是，流感病毒表面NA能夠活化機(jī)體細(xì)胞內(nèi)的因子TGF-β，TGF-β的活化會促進(jìn)細(xì)胞表面黏附分子的表達(dá)，而這正好為細(xì)菌在肺內(nèi)大量‘定居’提供了條件。”王北難說，“這就是我們研究的全部。”

臨床意義重大

“王老師團(tuán)隊的研究從分子水平上解釋了為什么許多人得了流行感冒后會變成繼發(fā)性細(xì)菌感染，揭示了流感病毒具體何種分子機(jī)制誘導(dǎo)、加強(qiáng)、促進(jìn)了細(xì)菌感染。”高福評價說，“它的科學(xué)意義是非常大的。對于我們未來在阻斷細(xì)菌感染措施上，找到了藥物靶標(biāo)。可以開發(fā)新藥，也可以利用現(xiàn)有的藥物進(jìn)行阻斷。”當(dāng)前，許多針對流感的藥物都是抑制NA的活性，比如達(dá)菲等。“此前人們對NA的共識是，這種酶能夠促進(jìn)病毒的復(fù)制，我們的研究就提供了另外一條使用這種藥物的理由，讓這種藥物有了一石二鳥的作用。”王北難說。此外，王北難認(rèn)為，現(xiàn)在臨床上對使用抗生素比較慎重，然而在流感大流行的時候，考慮到流感病毒對細(xì)菌性肺炎的促進(jìn)作用，老人和兒童這兩類易感人群或許應(yīng)同時考慮盡早使用抗生素（殺死細(xì)菌）。“這樣有助于減少因為流感引發(fā)的細(xì)菌性肺炎造成的死亡。”
當(dāng)前流感病毒變異之快讓抗NA藥物研發(fā)面臨著巨大的“抗藥性”壓力。王北難提出，既然認(rèn)清了流感病毒“搭臺”細(xì)菌“唱戲”的分子機(jī)制，“能不能從細(xì)菌的角度、從宿主的角度來減少并發(fā)繼發(fā)性肺炎的發(fā)病率？”她舉了個例子：“比如我們找到了細(xì)菌黏附所需的整合素，病人就可以攝入游離的整合素，讓游離的整合素‘中和’細(xì)菌黏附細(xì)胞的能力”。高福告訴《中國科學(xué)報》記者，當(dāng)前我們還沒有開始細(xì)菌溶解物的研究，細(xì)菌溶解物與NA抑制劑的聯(lián)合應(yīng)用將為有效控制流感的死亡率帶來前景。此外，未來可以有針對性地將一些常見病原菌做成滅活苗，用于針對兒童或老人預(yù)防和治療的菌苗。