動物源性病毒跨種間感染與傳播機(jī)制研究

1、項(xiàng)目名稱首席科學(xué)家起止年限依托部門動物源性病毒跨種間感染與傳播機(jī)制研究高福中國科學(xué)院微生物研究所中國科學(xué)院一、研究容本項(xiàng)目選擇發(fā)病率高、危害嚴(yán)重的動物源性傳染病如高致病性禽流感、狂犬病和蟲媒病毒病等為研究對象，認(rèn)識病原的致病機(jī)制，揭示病原的分子變異和進(jìn)化規(guī)律，闡明新發(fā)傳染病跨種間傳播的分子基礎(chǔ)；并開展其生態(tài)學(xué)研究以及動物作為某些病原的天然貯存宿主的機(jī)制。擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題：1. 動物源性人類新發(fā)病原的致病機(jī)制動物源性人類新發(fā)病原的致病性取決于宿主與病原的關(guān)系，病原與細(xì)胞受體結(jié)合是感染的首要步驟。病原與其細(xì)胞受體的相互作用啟動了細(xì)胞的一連串動力學(xué)反應(yīng)。研究病原與受體的作用可揭示病毒與宿主細(xì)胞的

2、相互關(guān)系，明確病毒的細(xì)胞、組織、器官、宿主嗜性、進(jìn)人細(xì)胞機(jī)制及其對宿主細(xì)胞的影響;闡明病毒的致病機(jī)制，弄清病毒融合和侵入過程、復(fù)制動力學(xué)及其引起的一系列細(xì)胞過程。2. 動物源性人類新發(fā)病原的分子變異和進(jìn)化規(guī)律病原特性取決于其基因組的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，新發(fā)傳染病在絕大多數(shù)情況下是通過病原的基因變異、基因重組、基因重排等方式突破原有物種間的屏障，在其他物種間引發(fā)新型傳染病的流行。在傳播中所涉及的宿主個體愈多，其受到的選擇壓力的累積效應(yīng)就愈大，又加大了病原發(fā)生進(jìn)化的動力。掌握病原的分子變異和進(jìn)化規(guī)律，不僅可了解病毒在群體感染過程中的進(jìn)化趨向，而且對一些新病原的出現(xiàn)和其可能來源做出判斷，并且通過現(xiàn)代分子生物

3、學(xué)技術(shù)如反向遺傳操作技術(shù)等預(yù)測新型病原對人類的威脅和危害，進(jìn)一步揭示如侯鳥與禽流感傳播的相關(guān)性等擺在我們面前的重大科學(xué)問題。3. 動物源性人類新發(fā)傳染病跨種間傳播的分子基礎(chǔ)病原基因變異所引起的致病性、抗原性及對宿主細(xì)胞嗜性等的改變是新型病原跨種間傳播的分子基礎(chǔ)?；蚪M重要位點(diǎn)的關(guān)鍵基因突變可導(dǎo)致病原對宿主細(xì)胞嗜性的改變，集中在幾個重要的基因片段或重要變異點(diǎn)深入進(jìn)行研究，尋找導(dǎo)致跨種間傳播關(guān)鍵基因的決定子是當(dāng)前要解決的關(guān)鍵問題之一。4動物源性病毒的自然生態(tài)與傳染病發(fā)生的關(guān)系生態(tài)環(huán)境的惡化導(dǎo)致了許多人類傳染病的產(chǎn)生，動物在自然狀態(tài)下正?；顒右部赡軐⑿碌牟≡w傳播給人類，人與動物越來越密切的接觸更直

4、接地導(dǎo)致病原體侵入人類社會。所以，研究病毒相關(guān)動物類群在自然狀態(tài)下的生態(tài)與病原體傳播和擴(kuò)散，探討病原體與自然宿主之間的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系等問題，是解決自然疫源性疫病來源的重要途徑。5.動物源性人類新發(fā)傳染病模型動物的建立模型動物是研究傳染病發(fā)病機(jī)制、傳播機(jī)制以及預(yù)防和治療的重要手段。理想的疾病模型應(yīng)具備再現(xiàn)性好、復(fù)制率高以及專一性好等特點(diǎn)。模型動物的建立和發(fā)展促進(jìn)了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的飛躍。建立人類新法疫病的動物模型，不但使我們可正確認(rèn)識新發(fā)病原的致病機(jī)制、傳播機(jī)制，更重要的是我們研發(fā)疫苗和評價藥物效果等研究中的重要手段。主要研究容1. 病毒與宿主細(xì)胞受體的作用機(jī)制以禽流感病毒和乙型腦炎病毒等為突破口，闡明病

5、毒與受體的親和特性以及和配體的相互作用機(jī)制，分析跨種群傳播多種細(xì)胞系感染和復(fù)制機(jī)制，解析病毒跨種間感染分子基礎(chǔ)；并根據(jù)宿主高度保守的受體蛋白和病毒囊膜蛋白的受體結(jié)合設(shè)計(jì)疫苗和藥物，提出行之有效的防治措施；根據(jù)目前國情的急需，重點(diǎn)研究我國當(dāng)前H5N1亞型流行毒株與不同嵌合類型細(xì)胞受體的親和特性和基因組變異對嗜性改變的影響，了解當(dāng)前禽流感病毒對人和動物細(xì)胞受體的親和特點(diǎn)，解析當(dāng)前流行病毒的遺傳進(jìn)化特性，闡明對人類的潛在危害，為防控政策的制定提供科學(xué)依據(jù)。2. 病毒功能蛋白與宿主細(xì)胞蛋白的相互作用組學(xué)以禽流感病毒和朊病毒等為突破口，利用酵母雙雜交和串聯(lián)親和純化技術(shù)篩選與病毒發(fā)生相互作用的宿主細(xì)胞蛋白

6、。對基因進(jìn)行定點(diǎn)突變，尋找蛋白與細(xì)胞靶蛋白發(fā)生結(jié)合的關(guān)鍵位點(diǎn)，同時從細(xì)胞水平觀察病毒蛋白與細(xì)胞蛋白的相互作用對病毒在細(xì)胞復(fù)制的影響。觀察病毒突變體和野生株在致病力和感染力等方面的差別。利用特異性的朊病毒多肽進(jìn)行神經(jīng)細(xì)胞朊病毒受體基因表達(dá)的定量，同時采用蛋白組學(xué)的研究方法確定參與蛋白構(gòu)象變化的宿主細(xì)胞因子，確定宿主的致病位點(diǎn)與朊病毒的遺傳關(guān)系，分析相關(guān)蛋白質(zhì)的多態(tài)性，對朊病毒的種間屏障進(jìn)行免疫學(xué)的分子基礎(chǔ)分析。3. 媒介/中間宿主在人畜共患病發(fā)生中的作用研究狂犬病毒和乙型腦炎等病毒等溯源，以野生動物如蝙蝠、果子貍等為主要研究對象，開展病毒在野生動物中的生態(tài)學(xué)研究，確定其在自然界的最終動物宿主、病

7、毒自然宿主庫和地域分布。研究狂犬病毒等重要流行毒株跨種感染機(jī)理；研究不同動物（豬、鴨、鵪鶉等）在流感病毒進(jìn)化與傳播中的作用和病毒在免疫壓力下的遺傳與變異規(guī)律；蚊蟲為代表的媒介在乙腦、登革熱（熱帶）、出血熱等病毒中中介作用的分子生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)，建立病毒資源庫、基因儲備庫和生物信息庫。4. 自然貯存宿主在病毒傳播中的作用以蝙蝠源病毒和狂犬病病毒為突破口，確定我國境蝙蝠體感染和攜帶的幾種已知人類重要病毒的種類、分布及其變異規(guī)律，弄清狂犬病毒在野生動物之間的傳播鏈，野生動物行為生態(tài)學(xué)與病毒協(xié)同進(jìn)化之間的相互關(guān)系，弄清不同基因型狂犬病毒的地域分布情況。評價未知病毒對人畜的潛在危害，研究病毒在蝙蝠等重要貯存動

8、物貯存和傳播的分子機(jī)理。調(diào)查禽流感病毒在侯鳥中的存在狀況，研究侯鳥遷徙與疫病流行的關(guān)系，為疫病防控政策的制定提供理論依據(jù)。5. 模型動物在研究跨種間感染中的作用以H5亞型高致病性禽流感病毒、豬戊型肝炎病毒和狂犬病病毒等為突破口，建立致病和跨種間傳播的動物模型。系統(tǒng)分析病毒在哺乳動物模型的感染和致病能力。利用建立的模型動物，闡明H5亞型禽流感病毒等的分子致病機(jī)制;同時利用反向遺傳操作系統(tǒng)，研究決定病毒跨越宿主屏障能力以及致病力的分子機(jī)制，為人類新發(fā)動物源性疫病的預(yù)防和控制提供信息及理論技術(shù)支撐。二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)通過本項(xiàng)目的研究，闡明目前主要動物源性病毒病的致病機(jī)理、發(fā)生機(jī)制和跨種間傳播的分子

9、和細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)問題，確定病毒功能蛋白基因的遺傳變異與致病性、宿主圍、分子生態(tài)進(jìn)化等關(guān)系，揭示動物源性病毒病的分子發(fā)生機(jī)理，在病毒演化規(guī)律、種間屏障突破機(jī)制、病毒與細(xì)胞受體關(guān)系和宿主細(xì)胞蛋白的分子作用機(jī)制方面取得創(chuàng)新性成果，推動我國在該領(lǐng)域的研究達(dá)到國際先進(jìn)水平，為研發(fā)動物源性新發(fā)人類傳染病的科學(xué)控制技術(shù)提供理論根據(jù)，進(jìn)而為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定、公眾健康提供科學(xué)可信的保障。五年預(yù)期目標(biāo)1. 確定主要病毒識別宿主細(xì)胞受體的進(jìn)化規(guī)律與跨種間感染的分子機(jī)制，可考核指標(biāo)如下：（1）利用遺傳學(xué)方法，進(jìn)行基因突變，體外真核表達(dá)病毒識別宿主細(xì)胞受體蛋白，研究這些基因上的一些重要的結(jié)構(gòu)位點(diǎn)的改變，對其受

10、體結(jié)合功能和侵入細(xì)胞功能的影響，以及與病毒高致病力的關(guān)系，從而深入了解病毒的致病機(jī)制及變異規(guī)律，探索抑制病毒入侵的方法。（2）在分子水平上進(jìn)一步了解和認(rèn)識毒種間傳播機(jī)理，并針對病毒吸附和侵入分子機(jī)制，設(shè)計(jì)小分子藥物阻斷劑。（3）應(yīng)用哺乳動物細(xì)胞轉(zhuǎn)染等現(xiàn)代技術(shù)，在不用操作活病毒的基礎(chǔ)上，找尋黃病毒受體。2. 建立主要病毒蛋白與人類宿主細(xì)胞蛋白互作組學(xué)平臺，可考核指標(biāo)如下：（1）研究病毒蛋白與宿主細(xì)胞蛋白的相互作用，篩選與病毒相關(guān)蛋白發(fā)生相互作用的細(xì)胞靶蛋白，探討相關(guān)新蛋白與靶蛋白之間的相互作用對病毒復(fù)制、裝配、出芽等方面的影響。（2）闡明蛋白的相互作用在病毒復(fù)制過程中以及感染后細(xì)胞發(fā)生病變的分子

11、機(jī)制、種間屏障突破機(jī)制和種間差異的分子機(jī)制。（3）提供研制小分子藥物治療動物源性病毒病的理論依據(jù)。3. 建立主要動物源性病毒天然貯存宿主的病原生態(tài)學(xué)研究平臺，可考核指標(biāo)如下：（1）確定禽流感、狂犬病毒等病毒的起源、病毒自然宿主庫、流行病學(xué)和分子流行病學(xué)、遺傳變異和分子進(jìn)化以及跨物種感染機(jī)制。（2）解析病毒在生態(tài)鏈中的傳播規(guī)律以及病毒與家養(yǎng)動物、野生動物之間的協(xié)同進(jìn)化規(guī)律，確定病毒在自然界的最終動物宿主和病毒自然宿主庫以及病毒的地域分布圖。（3）比較不同地理區(qū)域，不同動物來源病毒的遺傳信息，揭示其變異和分子進(jìn)化規(guī)律及跨物種感染的生態(tài)進(jìn)化規(guī)律。4. 建立動物源性疾病的生態(tài)傳播模型，可考核指標(biāo)如下：

12、（1）確定我國主要媒介動物蝙蝠體感染和攜帶的幾種已知人類重要病毒的種類、分布及其變異規(guī)律的分子流行病學(xué)。（2）通過血清學(xué)和分子生物學(xué)檢測手段調(diào)查不同地區(qū)不同季節(jié)蝙蝠體病毒的攜帶或感染狀況和分布規(guī)律。（3）了解未知病毒的種類、分布和敏感宿主，評價未知病毒對人畜的潛在危害。（4）提供未知病毒的檢測和預(yù)防方法，建立新生病毒血清學(xué)和分子生物學(xué)診斷、監(jiān)測技術(shù)。5. 建立H5亞型病毒和豬戊型肝炎病毒等動物模型，可考核指標(biāo)如下：（1）系統(tǒng)分析H5亞型病毒和豬戊型肝炎病毒在哺乳動物模型的感染和致病能力，并建立禽流感、豬戊型肝炎病毒和狂犬病等動物模型。2）利用建立的模型動物，闡明H5亞型禽流感病毒等的分子致病機(jī)

13、制。（3）利用反向遺傳操作系統(tǒng)，研究決定病毒跨越宿主屏障能力以及致病力的分子機(jī)制。三、研究方案總體思路：綜合現(xiàn)代病原生態(tài)學(xué)、分子病毒學(xué)、分子生物學(xué)、生物信息學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和生物化學(xué)等，利用學(xué)科交叉，發(fā)揮多學(xué)科優(yōu)勢，從群體、個體、細(xì)胞、分子不同層次上，研究動物源性病原的結(jié)構(gòu)、致病性、分子生態(tài)、跨種間傳播的發(fā)生機(jī)理。重點(diǎn)圍繞動物流感病毒、日本乙型腦炎病毒、狂犬病病毒、朊病毒副粘病毒等動物源性病毒，以解決這些疾病致病機(jī)理和跨種間傳播發(fā)生機(jī)制為關(guān)鍵，從不同角度對這些病原的分子致病特性、與宿主細(xì)胞的相互作用關(guān)系、媒介傳播與宿主之間的關(guān)系、物種之間種間屏障基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。技術(shù)路線：詳見流程圖（圖1

14、）。本研究的技術(shù)路線將全面系統(tǒng)地深入研究當(dāng)前危害嚴(yán)重發(fā)病率高的重要動物源性病毒的致病性及其進(jìn)化的分子基礎(chǔ)，疾病傳播的遺傳規(guī)律和種間傳染的分子基礎(chǔ)。動物源性病毒疾病跨種間感染研究方案示意圖可行性分析：1. 本項(xiàng)目中有動物學(xué)、生態(tài)學(xué)、分子病毒學(xué)、分子免疫學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科的交叉，集成與優(yōu)勢互補(bǔ)可以創(chuàng)新一系列方法，使我們有能力解析動物源性傳染病的發(fā)生機(jī)制，例如蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)中蛋白質(zhì)1D和2D電泳、酵母雙雜交、蛋白質(zhì)芯片技術(shù)等技術(shù)的綜合構(gòu)成了研究病毒與宿主細(xì)胞相互作用的技術(shù)平臺。2. 本項(xiàng)目集中了國最強(qiáng)勢的動物傳染病學(xué)、分子病毒學(xué)與生態(tài)學(xué)、分子免疫學(xué)研究隊(duì)伍，首次在國大規(guī)模協(xié)作、系統(tǒng)開展動物源性新發(fā)

15、人類傳染病發(fā)生機(jī)制的基礎(chǔ)研究，由此而構(gòu)建的平臺對快速解決今后新發(fā)疫病的防控有重要作用。3. 本項(xiàng)目的研究領(lǐng)域?qū)儆趪H熱點(diǎn)領(lǐng)域，研究容屬于該領(lǐng)域的前沿，國際上該方面的研究多數(shù)屬于某一環(huán)節(jié)的研究，涉及多個層面上的系統(tǒng)研究還較有限，我們集中國的優(yōu)勢力量，極有可能在該領(lǐng)域取得一些突破性成果。4. 參與單位具有良好的工作基礎(chǔ)，承擔(dān)過在新發(fā)傳染病相關(guān)領(lǐng)域的國家自然科學(xué)基金、863項(xiàng)目和國家攻關(guān)項(xiàng)目，有了相當(dāng)?shù)姆e累，具備開展本研究的工作基礎(chǔ)。創(chuàng)新點(diǎn)與特色：1. 本課題緊緊抓住動物源性病毒在人類及其它動物中存活、增殖并可能同時致病的特點(diǎn)，從分子生態(tài)與分子進(jìn)化（群體）和蛋白質(zhì)互作（個體）的獨(dú)特視角，系統(tǒng)探討跨種

16、傳播模式及其相關(guān)機(jī)制。2. 運(yùn)用分子生物學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)手段，闡明病毒在其媒介及終末宿主中生物學(xué)特征差異的細(xì)胞與分子基礎(chǔ)，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)干預(yù)這種傳播鏈的新型抑制劑提供依據(jù)。3. 通過對同種病毒在不同種屬動物及人類中使用受體及與宿主細(xì)胞因子互作的不同，探尋人畜（動物）共患病發(fā)生與致病機(jī)制，為設(shè)計(jì)新型藥物與疫苗提供理論基礎(chǔ)。4對一些可能傳入我國的重要動物源性病毒進(jìn)行預(yù)研，防患于未然，尤其是在東南亞和附近地區(qū)已經(jīng)形成嚴(yán)重態(tài)勢、我國境又有相關(guān)動物貯存宿主的病毒。5. 通過模型動物的建立，分析禽流感病毒、戊型肝炎病毒等對哺乳動物的感染性和致病能力，并利用現(xiàn)代基因操作技術(shù)研究病毒跨種間傳播的分子遺傳機(jī)制。四、

17、年度計(jì)劃硏究容預(yù)期目標(biāo)硏究容預(yù)期目標(biāo)第年研究病毒識別宿主細(xì)胞受體蛋白基因重要結(jié)構(gòu)位點(diǎn)對其受體結(jié)合功能和侵入細(xì)胞功能的影響篩選與病毒蛋白發(fā)生相互作用的宿主細(xì)胞蛋白，探索抑制病毒入侵的方法；不同動物在重要病毒貯存、進(jìn)化與傳播中的作用病毒在哺乳動物模型的感染和致病能力/并建立禽流感、豬戊型肝炎病毒等動物模型。(1)體外制備病毒識別宿主細(xì)胞受體蛋白，了解病毒的致病機(jī)制及變異規(guī)律，探索抑制病毒入侵的方法。(2)篩選出23種與病毒蛋白相互作用的宿主細(xì)胞蛋白。(3) 明確禽流感病毒、狂犬病毒等病原在野生禽鳥、動物和家畜的生態(tài)分布和病毒進(jìn)化特點(diǎn)。(4) 杳明重要貯存宿主如蝙蝠等體重要病毒的攜帶狀況并進(jìn)仃病毒基

18、因變異和分子進(jìn)化特征分析。(5) 建立H5亞型病毒和豬戊型肝炎病毒等動物模型。硏究容預(yù)期目標(biāo)(1)針對病毒吸附和侵入分子機(jī)研究病毒蛋白與佰主蛋白的相互制設(shè)計(jì)46種小分子藥物阻斷劑。作用對病毒復(fù)制的影響在分子水平(2)應(yīng)用哺乳動物細(xì)胞轉(zhuǎn)染等現(xiàn)代第上認(rèn)識病毒種間傳播機(jī)理并針對病毒吸附和侵入分子機(jī)制，開究設(shè)計(jì)小技術(shù)，在不用操作活病毒的基礎(chǔ)上，找尋黃病毒類受體。二分子約物阻斷劑；開究在不同動物在(3)建立禽流感病毒和狂犬病病毒流感病毒進(jìn)化的作用以及病毒在選等病毒資源庫、基因儲備庫和生物信年擇壓力下的變異規(guī)律；開究病毒在蝙息庫。蝠等重要貯存動物貯存和傳播的分(4)病毒在蝙蝠等重要貯存動物貯子機(jī)理;研究建立評價決定病毒跨越存和傳播的分子機(jī)理。宿主屏障能力以及致病力分子機(jī)制(5)建立穩(wěn)定的反向遺傳操作技術(shù)的操作技術(shù)平臺。平臺111o病毒功能基因組的變異對病毒受體(1)篩選對病毒繁殖功能影響大的第結(jié)合位點(diǎn)識別功能、致病性及嗜性的小分子阻斷劑。(2)揭示禽流感病影響選擇壓力對基因組結(jié)構(gòu)和蛋白毒等變異和分子進(jìn)化規(guī)律及跨物種三質(zhì)結(jié)構(gòu)的