病毒表面分子神經(jīng)氨酸酶可以使人體細胞因子TGF-β 活化。
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防控對象。
流感的威脅不僅在于病毒給患者帶來的病痛，更在于其引發(fā)的多種繼發(fā)性疾病，其中以繼發(fā)細菌性肺炎最為嚴重。中國疾病預防控制中心傳染病預防控制處處長余宏杰介紹，歷史上幾次流感大流行的數(shù)據(jù)顯示，繼發(fā)細菌性肺炎與流感大流行之間有著密切關聯(lián)，而且是導致流感患者死亡最主要的原因之一。
科學家早就發(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)細菌性肺炎，這種共感染被認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。
中國科學院微生物所病原微生物和免疫學重點實驗室研究員王北難團隊最近的一項研究揭開了這個謎底。
病毒“搭臺”細菌“唱戲”的分子機制
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）能夠增強細菌對細胞的黏附，然而其中的分子機制不清楚。
王北難在接受《中國科學報》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的人體細胞因子，會導致宿主細胞表面的黏附分子（如纖連蛋白和整合素）表達增高，這導致黏附于肺中的細菌增加�！�
王北難曾在國外專門研究細菌是如何黏附到細胞上的。她告訴記者，細菌要在宿主身上“定居”的話，必須表達一個“黏附因子”，然后才能黏附到細胞表面的分子（受體）上。
回國以后，王北難了解到病毒表面分子神經(jīng)氨酸酶可以使人體細胞因子TGF-β活化�！拔抑繲GF-β可以促進細胞表面上、細菌黏附所需要的受體表達，我就想，這之間可能有關系。”
王北難首先率領團隊在人肺的上皮細胞系上做了實驗驗證。在細胞系上的實驗結果不出王北難所料：第一，細胞系被病毒感染以后，細胞內(nèi)TGF-β就被“激活”了；第二，病毒感染后，細胞表面的黏附分子（受體）增加了。通過與中國科學院院士、中國疾病預防控制中心副主任高福的合作，用重組表達的流感病毒NA也重復出了相同的現(xiàn)象，說明此現(xiàn)象是由病毒的NA所致。
“這兩個獨立的現(xiàn)象，存在怎樣的聯(lián)系？”帶著這個問題，王北難團隊重新設計了實驗，他們在細胞被病毒感染的時候同時加入抑制TGF-β活性的抑制劑，結果發(fā)現(xiàn)細胞表面受體表達增加的現(xiàn)象“不見了”。這時候的王北難“心里有數(shù)了”。
動物實驗的驗證
做完了細胞系上的實驗，還需要通過活體動物這一整體模型對實驗結果進行驗證。王北難團隊開始用小鼠做體內(nèi)實驗。他們對一組小鼠進行病毒感染，然后給它們接種細菌。結果發(fā)現(xiàn)感染病毒組的小鼠肺內(nèi)細菌數(shù)顯著高于對照組小鼠（無病毒感染，只接種細菌）并且其肺內(nèi)細胞表面黏附受體表達也顯著增加。
接著，王北難與中科院動物所移植生物學研究組組長趙勇合作，在轉(zhuǎn)基因小鼠身上做“阻斷實驗”?該小鼠體內(nèi)細胞可表達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)細菌黏附并沒有增加，細胞表面黏附受體也不表達了。
“這就比較完美了?從細胞系（體外實驗）到動物水平上（體內(nèi)實驗）都證明，流感病毒通過活化細胞內(nèi)的TGF-β，使細胞表面的細菌黏附受體表達增加，增加了動物或其他宿主對細菌感染的敏感性，這是我們最后的結論。”王北難對《中國科學報》記者說。
然而，王北難團隊的研究并沒有結束�！拔⑸镏校≡头遣≡幸粋�明顯的差異，就是大多病原菌都有黏附因子，而非病原菌沒有。如果用非病原菌來做實驗，流感病毒對非病原菌應該沒有影響。”于是，他們又用非病原菌進行相關實驗，結果的確如此。
“非病原菌不表達黏附因子，即使細胞表達再多的黏附受體（分子）也無濟于事。”王北難告訴記者，他們隨后將病原菌中負責黏附的因子轉(zhuǎn)到非病原菌上，使非病原菌具有黏附的功能，再去做病毒感染實驗。結果發(fā)現(xiàn)，非病原菌表達了病原菌的黏附因子后，在病毒感染后，也會使它在細胞上的黏附增加。
“這證明了流感病毒介導的細菌黏附依賴于細菌表面的纖連蛋白結合蛋白，因此表達此類蛋白的細菌與流感繼發(fā)細菌感染密切相關，如肺炎球菌、金黃色葡萄球菌、A型鏈球球菌和嗜血桿菌，這些細菌都是在流感并發(fā)細菌肺炎時常見的致病菌。”
“至此就非常清楚地證明了病毒、細胞、細菌三者分子之間的關系，整條線索的脈絡是，流感病毒表面NA能夠活化機體細胞內(nèi)的因子TGF-β，TGF-β的活化會促進細胞表面黏附分子的表達，而這正好為細菌在肺內(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
王北難團隊的這一成果發(fā)表在近期的《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。
“王老師團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)性細菌感染，揭示了流感病毒具體何種分子機制誘導、加強、促進了細菌感染�！备吒Ｔu價說，“它的科學意義是非常大的。對于我們未來在阻斷細菌感染措施上，找到了藥物靶標。可以開發(fā)新藥，也可以利用現(xiàn)有的藥物進行阻斷�！�
“我們找到了一個病毒、細胞、細菌三者之間內(nèi)在的緊密聯(lián)系?這三者實際上是人類傳染病學最關注的三個關鍵詞?就是在長期的共進化中，細菌和病毒相互利用，產(chǎn)生了病毒介導細菌感染的現(xiàn)象。”王北難說。
當前，許多針對流感的藥物都是抑制NA的活性，比如達菲等�！按饲叭藗儗A的共識是，這種酶能夠促進病毒的復制，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�！蓖醣彪y說。
此外，王北難認為，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菌性肺炎的促進作用，老人和兒童這兩類易感人群或許應同時考慮盡早使用抗生素（殺死細菌）�！斑@樣有助于減少因為流感引發(fā)的細菌性肺炎造成的死亡�！�
當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，既然認清了流感病毒“搭臺”細菌“唱戲”的分子機制，“能不能從細菌的角度、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"細菌黏附細胞的能力”。
高福告訴《中國科學報》記者，當前我們還沒有開始細菌溶解物的研究，細菌溶解物與NA抑制劑的聯(lián)合應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防和治療的菌苗。
病毒、細菌“合作”機制的啟示
“在與人類的共進化中，很少是單一的病毒或者細菌感染，它們之間一般有相互作用的。”王北難受啟發(fā)于該項研究，認為人們對病原微生物的研究需要從多種角度去探索，去發(fā)現(xiàn)一些以前認識不到的問題，從而在針對性的藥物開發(fā)中提供更多思路。
“我們只是找到這樣一個機制：宿主感染流感病毒后，細菌進入宿主體內(nèi)（肺內(nèi)）的機會增加了。如果進入肺內(nèi)能夠被清除的話，威脅也會消失。我現(xiàn)在想，TGF-β是否會對宿主的免疫功能影響？”王北難對記者說，已知TGF-β對免疫細胞有抑制作用，從這個角度還可以繼續(xù)研究它是否抑制機體的免疫功能，干擾免疫機制對細菌的清除。
王北難認為，現(xiàn)實中病原微生物造成的機體病變是多層面間相互聯(lián)系和作用的結果，但受限于研究手段，人們的研究是“單挑”出來的，這就要求人們從整體上審視對病原微生物的研究。
“過去的學科分得很細，細菌學、病毒學和細胞生物學領域之間的交叉較少。”王北難話鋒一轉(zhuǎn)，如今學科間的界限越來越模糊，作為科研人員，需要對研究所需的知識有很全面的了解�！斑@不僅要求科學家們不斷學習，更需要實行學科間、團隊間的合作，這是非常重要的。病毒、細菌都懂得"合作"，更何況是我們？”
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隨著醫(yī)學科學的進步，流感造成的死亡數(shù)大大降低，但仍然是感染性疾病中造成人類死亡最多的疾病。歷史上，流感并發(fā)繼發(fā)性細菌性肺炎是造成流感大流行高死亡率的重要原因。
1918年，震驚世界的西班牙流感造成歐洲5000萬人死亡，約占當時世界人口的3%。病理研究證明，90%的死亡病人有嚴重的細菌性肺炎。
1957年，發(fā)端于中國的亞洲流感8個月間席卷全球，包括美國。流感大流行期間，美國各種呼吸道疾病特別是肺炎造成的住院和死亡數(shù)量均顯著增加，死亡病例中約50%死于并發(fā)繼發(fā)性肺炎。
2009年，甲型H1N1流感在世界范圍內(nèi)大流行，致使近30萬人喪命。數(shù)據(jù)顯示，繼發(fā)性肺炎與流感大規(guī)模暴發(fā)有著密切關聯(lián)。
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