動(dòng)物源性病毒跨種間感染與傳播機(jī)制研究

1、項(xiàng)目名稱：動(dòng)物源性病毒跨種間感染與傳播機(jī)制研究首席科學(xué)家：高福中國(guó)科學(xué)院微生物研究所起止年限:依托部門：中國(guó)科學(xué)院、研究容本項(xiàng)目選擇發(fā)病率高、 危害嚴(yán)重的動(dòng)物源性傳染病如高致病性禽流感、 狂犬 病和蟲(chóng)媒病毒病等為研究對(duì)象， 認(rèn)識(shí)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(kāi)展其生態(tài)學(xué)研究以及動(dòng)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(wèn)題：1. 動(dòng)物源性人類新發(fā)病原的致病機(jī)制動(dòng)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(dòng)了細(xì)胞的一連串動(dòng)力 學(xué)反應(yīng)。研究病原與受

2、體的作用可揭示病毒與宿主細(xì)胞的相互關(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(duì)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(guò)程、 復(fù)制動(dòng)力學(xué)及其引起的一系列細(xì)胞過(guò)程。2. 動(dòng)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(guò)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(gè)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(dòng)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(guò)程中的進(jìn)化趨向，

3、而且對(duì)一些新病原的 出現(xiàn)和其可能來(lái)源做出判斷， 并且通過(guò)現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)如反向遺傳操作技術(shù) 等預(yù)測(cè)新型病原對(duì)人類的威脅和危害， 進(jìn)一步揭示如侯鳥(niǎo)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(wèn)題。3. 動(dòng)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(duì)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)。 基因組重要位點(diǎn)的關(guān)鍵基因突變可導(dǎo)致病原對(duì)宿主細(xì) 胞嗜性的改變， 集中在幾個(gè)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(wèn)題之一。4動(dòng)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

4、產(chǎn)生， 動(dòng)物在自然狀態(tài)下正常活動(dòng) 也可能將新的病原體傳播給人類， 人與動(dòng)物越來(lái)越密切的接觸更直接地導(dǎo)致病原 體侵入人類社會(huì)。 所以，研究病毒相關(guān)動(dòng)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(wèn)題， 是解決自然疫源 性疫病來(lái)源的重要途徑。5. 動(dòng)物源性人類新發(fā)傳染病模型動(dòng)物的建立模型動(dòng)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(dòng)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(dòng)物模型， 不但使我們可正 確認(rèn)識(shí)新發(fā)病原的致病機(jī)制、 傳播機(jī)制， 更重要的是我們

5、研發(fā)疫苗和評(píng)價(jià)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(guó)情的急需， 重點(diǎn)研究 我國(guó)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(duì)嗜性改變的影響， 了解當(dāng)前禽流感病毒對(duì)人和動(dòng)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(duì)人類的潛在危害， 為防控

6、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。 對(duì)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(shí)從細(xì)胞水平觀察病毒蛋白與細(xì)胞蛋白的相互作 用對(duì)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(shí)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(duì)朊病毒的種間屏障 進(jìn)行免疫學(xué)

7、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(dòng)物如蝙蝠、 果子貍等為主 要研究對(duì)象， 開(kāi)展病毒在野生動(dòng)物中的生態(tài)學(xué)研究， 確定其在自然界的最終動(dòng)物 宿主、病毒自然宿主庫(kù)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(dòng)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(chóng)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(kù)、 基因儲(chǔ)備庫(kù)和生物信息 庫(kù)。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(guó)境蝙蝠體

8、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(dòng)物之間的 傳播鏈，野生動(dòng)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(píng)價(jià)未知病毒對(duì)人畜的潛在危害， 研究病毒在蝙蝠等 重要貯存動(dòng)物貯存和傳播的分子機(jī)理。 調(diào)查禽流感病毒在侯鳥(niǎo)中的存在狀況， 研 究侯鳥(niǎo)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(dòng)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(dòng)物模型。 系統(tǒng)分析病毒在哺乳動(dòng)物模型的感染和致病能 力。利用建立的模型動(dòng)物，闡

9、明 H5 亞型禽流感病毒等的分子致病機(jī)制 ; 同時(shí)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(dòng)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(guò)本項(xiàng)目的研究， 闡明目前主要?jiǎng)游镌葱圆《静〉闹虏C(jī)理、 發(fā)生機(jī)制和 跨種間傳播的分子和細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)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(dòng)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(dòng)我國(guó)在該領(lǐng)域的研究達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水 平，為研發(fā)動(dòng)物源性新發(fā)人

10、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(guó)家 經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)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(shí)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(shí)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(duì)其受體結(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(shí)毒種間傳播機(jī)理，并針對(duì)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(dòng)物細(xì)胞轉(zhuǎn)染等現(xiàn)代技術(shù)，在不用操

11、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(tái)，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(duì)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(guò)程中以及感染后細(xì)胞發(fā)生病變的分子機(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(dòng)物源性病毒病的理論依據(jù)。3. 建立主要?jiǎng)游镌葱圆《咎烊毁A存宿主的病原生態(tài)學(xué)研究平臺(tái)，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(kù)、流行病學(xué)和分子 流行病學(xué)、遺傳

12、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(dòng)物、野生動(dòng)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(dòng)物宿主和病毒自然宿主庫(kù)以及病毒的地 域分布圖。（ 3）比較不同地理區(qū)域，不同動(dòng)物來(lái)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(dòng)物源性疾病的生態(tài)傳播模型，可考核指標(biāo)如下：（1）確定我國(guó)主要媒介動(dòng)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(guò)血清學(xué)和分子生物學(xué)檢測(cè)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，

13、評(píng)價(jià)未知病毒對(duì)人畜的潛在危害 （ 4）提供未知病毒的檢測(cè)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(cè)技術(shù)。5. 建立 H5 亞型病毒和豬戊型肝炎病毒等動(dòng)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(dòng)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(dòng)物模型。（ 2）利用建立的模型動(dòng)物，闡明 H5 亞型禽流感病毒等的分子致病機(jī)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)

14、勢(shì)，從群體、個(gè)體、細(xì)胞、分 子不同層次上，研究動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(jiàn)流程圖（圖 1）。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?jiǎng)游镌葱圆《镜闹虏⌒约捌溥M(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(dòng)物源性病毒疾病跨種間感染研究方案示意圖可行

15、性分析：1. 本項(xiàng)目中有動(dòng)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(shì)互補(bǔ)可以創(chuàng)新一系列方法， 使我們有能力解析動(dòng)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(tái)。2. 本項(xiàng)目集中了國(guó)最強(qiáng)勢(shì)的動(dòng)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(guó)大規(guī)模協(xié)作、系統(tǒng)開(kāi)展動(dòng)物源性新發(fā)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(tái)對(duì)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?guó)際熱點(diǎn)領(lǐng)域，研究容屬于該領(lǐng)域的前沿，國(guó)際上 該方面的研究多數(shù)屬于某一

16、環(huán)節(jié)的研究，涉及多個(gè)層面上的系統(tǒng)研究還較有限， 我們集中國(guó)的優(yōu)勢(shì)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(guò)在新發(fā)傳染病相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)家自然科學(xué)基金、863項(xiàng)目和國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目，有了相當(dāng)?shù)姆e累，具備開(kāi)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(dòng)物源性病毒在人類及其它動(dòng)物中存活、增殖并可能同時(shí) 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(gè)體）的獨(dú)特視角, 系統(tǒng)探討跨種傳播模式及其相關(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)。

17、3. 通過(guò)對(duì)同種病毒在不同種屬動(dòng)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(dòng)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(duì)一些可能傳入我國(guó)的重要?jiǎng)游镌葱圆《具M(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(shì)、我國(guó)境又有相關(guān)動(dòng)物貯存宿主的病毒。5. 通過(guò)模型動(dòng)物的建立，分析禽流感病毒、戊型肝炎病毒等對(duì)哺乳動(dòng)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、年度計(jì)劃研究容預(yù)期目標(biāo)研究容預(yù)期目標(biāo)(1 )體外制備病毒識(shí)別宿主細(xì)胞受研究病毒識(shí)別宿主細(xì)胞受體蛋白體蛋白，了解病毒的致病機(jī)制及變異基因重要結(jié)構(gòu)位點(diǎn)對(duì)其受體結(jié)

18、合功規(guī)律，探索抑制病毒入侵的方法。能和侵入細(xì)胞功能的影響，篩選與病(2)篩選出23種與病毒蛋白相第毒蛋白發(fā)生相互作用的宿主細(xì)胞蛋互作用的宿主細(xì)胞蛋白。白，探索抑制病毒入侵的方法；不同(3 )明確禽流感病毒、狂犬病毒等一動(dòng)物在重要病毒貯存、進(jìn)化與傳播中病原在野生禽鳥(niǎo)、動(dòng)物和家畜的生態(tài)的作用；病毒在哺乳動(dòng)物模型的感染分布和病毒進(jìn)化特點(diǎn)。年和致病能力，并建立禽流感、豬戊型(4 )查明重要貯存宿主如蝙蝠等體肝炎病毒等動(dòng)物模型。重要病毒的攜帶狀況，并進(jìn)行病毒基 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(dòng)物模型。研究容預(yù)期目標(biāo)(1)針對(duì)病毒吸附和侵入分子機(jī)研究病毒蛋白與宿主蛋白

19、的相互制，設(shè)計(jì)46種小分子藥物阻斷劑。作用對(duì)病毒復(fù)制的影響，在分子水平(2 )應(yīng)用哺乳動(dòng)物細(xì)胞轉(zhuǎn)染等現(xiàn)代上認(rèn)識(shí)病毒種間傳播機(jī)理，并針對(duì)病技術(shù)，在不用操作活病毒的基礎(chǔ)上，第毒吸附和侵入分子機(jī)制，研究設(shè)計(jì)小找尋黃病毒類受體。分子藥物阻斷劑；研究在不同動(dòng)物在(3 )建立禽流感病毒和狂犬病病毒二流感病毒進(jìn)化的作用以及病毒在選等病毒資源庫(kù)、基因儲(chǔ)備庫(kù)和生物信擇壓力下的變異規(guī)律；研究病毒在蝙息庫(kù)。年蝠等重要貯存動(dòng)物貯存和傳播的分(4 )病毒在蝙蝠等重要貯存動(dòng)物貯子機(jī)理；研究建立評(píng)價(jià)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)疋的反向遺傳操作技術(shù)的操作技術(shù)平臺(tái)。平臺(tái)。病毒功能基因組的變異對(duì)病毒受體(1 )師選對(duì)病毒繁殖功能影響大的第結(jié)合位點(diǎn)識(shí)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(duì)基因組結(jié)構(gòu)和蛋白毒等變異和分子進(jìn)化規(guī)律及跨物種質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用；比較不同地理區(qū)域，感染的生態(tài)進(jìn)