甲型H1N1病毒HA、NA氨基酸序列比较及抗原性表位预测

甲型H1N1病毒HA、NA氨基酸序列比较及抗原性表位预测

作者：邹泽红等

来源：《中国医学创新》2013年第19期

【摘要】目的：比较新型甲型H1N1流感病毒分离株HA、NA氨基酸序列之间的差异，分析HA、NA蛋白可能的抗原性细胞表位。方法：从GenBank中选取28株世界各地的新型甲型H1N1流感病毒分离株并下载各株HA、NA的氨基酸序列；使用Clustal X和MEGA 2.0软件对氨基酸序列的进行进化树分析；用Protean软件预测HA、NA蛋白的B细胞表位；用NetMHCⅡ 2.2预测T细胞抗原表位。结果：世界范围的毒株之间氨基酸序列相对保守，HA及NA均只有少数位点的变异，HA蛋白氨基酸序列之间较NA蛋白氨基酸序列之间变异较大；预测HA蛋白具有8个B细胞表位和10个T细胞表位；NA蛋白有12个B细胞表位和7个T 细胞表位。结论：HA、NA蛋白的少数区域抗原性相对比较稳定，可以作为检测以及疫苗研究的靶区域。

【关键词】 H1N1流感病毒；抗原表位；血凝素；神经氨酸酶

2009年4月，在美国首次报道了两例感染新型甲型H1N1流感病毒患者[1]，同时在墨西哥出现了呼吸道感染的流行[2]。美国爆发的甲型H1N1流感迅速在北美洲地区蔓延，并很快波及亚洲、欧洲。新型甲型H1N1流感病毒是由禽流感、猪流感和人流感三种流感病毒的基因片段间的变异或重组产生的[3]，已经引起世界性的大流行。

甲型H1N1流感能不断引起流行是由于其抗原性不断发生漂移所致[4]，其中最重要是血凝素（hemagglutinin，HA）和神经氨酸酶（neuraminidase，NA）的变异[5]。血凝素是流感病毒最重要的蛋白，它的裂解性、受体特异性和糖基化是决定流感病毒感染性和致病性的重要因素。神经氨酸酶是病毒囊膜表面的另一种重要的糖蛋白，在决定病毒毒力和宿主特异性方面也具有重要作用，与HA共为流感病毒亚型分型的主要依据，NA同时也是抗流感病毒的重要作用靶点[6]。目前，国内虽然已经开发了H1N1流感疫苗并接种了2000多万人，但是，接种所致的不良反应事例的出现同样给健康的人们带来了灾难。有针对性地改造毒素的相应蛋白、获得更为安全有效的疫苗成为解决问题的关键，而解析甲型H1N1流感病毒HA、NA蛋白的抗原性表位成为关键的突破口。

本研究分析了甲型H1N1流感病毒HA、NA蛋白抗原性变化的情况，并对其可能的抗原性表位进行了分析预测，为新型甲型流感疫苗的制备提供依据，以便更有效及时地控制甲型流感的传播。

1 材料与方法

1.1 新型甲型H1N1流感病毒株HA和NA基因序列与氨基酸序列从NCBI（http：

///genomes/FLU/SwineFlu.html）网站下载新近公布的新发甲型H1N1流感病毒的核酸序列与氨基酸序列。从不同国家和地区随机挑选28株新型甲型H1N1流感病毒株来进行接下来的序列比较和抗原性分析。

1.2 新型甲型H1N1流感病毒的细胞抗原表位预测用Clustal X软件分别对28例HA、NA 氨基酸序列进行多序列比较，然后使用MEGA

2.0的邻接法（neighbor-joining method，NJ）构建进化树，分析彼此之间序列的变异大小。对比序列比对分析结果，选取其中代表性的序列作为基准株，用Protean软件对基准序列的亲水性、表面可能性、抗原指数进行综合分析，分析各指数值得到B细胞抗原表位预测结果；使用NetMHCⅡ 2.2在线表位预测服务器，选定服务器包含的所有MHC classⅡ等位基因，以9个连续氨基酸为测定单位，根据各序列与MHC classⅡ等位基因的亲和能力不同，预测出其可能的T细胞抗原表位。

2 结果

2.1 新型甲型H1N1流感病毒分离株HA、NA氨基酸比较用MEGA 2.0进行进化树分析，所得结果见图1、图2。从图1和2可以看出，28例HA以及NA氨基酸序列可以分为两个大的族群，通过对这两个族群的氨基酸序列进行分析发现，HA氨基酸序列按220位氨基酸为苏氨酸或者丝氨酸分为两个族群；NA氨基酸序列按106位异亮氨酸突变成缬氨酸、248位天冬氨酸突变成天冬氨酰分成两个大的族群；分别选取两种蛋白的两个族群中较有代表性的HA氨基酸序列CY046475与CY044869和NA氨基酸序列CY046477与GQ149691为基准序列以便进行下一步的细胞抗原性表位预测。

图1 28例甲型流感病毒H1N1 HA氨基酸序列进化树

2.2 Protean软件分析基准株HA、NA蛋白B细胞抗原性特征用Plot-Kyte-Doolittle亲水性[7]、Plot-Emini表面可能性[8]、Jameson-Wolf抗原指数[9]三参数综合考虑预测方案进行B细胞表位预测，HA氨基酸序列CY046475与CY044869的B细胞表位预测结果并没有明显差别，同样，NA氨基酸序列CY046477与GQ149691的B细胞表位预测结果也没有

注：进化树后的名称为GeneBank的登录号

图2 28例甲型流感病毒H1N1 NA氨基酸序列进化树

注：进化树后的名称为GeneBank的登录号

明显差别，因此，只选取HA氨基酸序列CY046475和NA氨基酸序列CY046477的结果列出。对各个参数进行综合分析，发现在HA蛋白中50-55、110-120、137-141、175-179、208-222、361-369、457-460、478-500各项指数均较高，提示可能是抗原性表位，见图3。综合各参数分析，发现在NA蛋白中1-9、57-60、97-105、137-141、143-150、162-168、210-

215、219-222、258-263、273-280、310-323、415-425各项指数均较高，提示为抗原性表位，见图4。

图3 HA蛋白（CY046475） B细胞表位分析结果

图4 NA蛋白（CY046477） B细胞表位分析结果

2.3 NetMHCⅡ 2.2软件分析基准株HA、NA蛋白T细胞抗原性特征使用NetMHCⅡ 2.2在线T细胞抗原表位预测服务器分析了基准株HA、NA蛋白T细胞抗原性表位，发现HA蛋白中8-16、41-49、61-69、96-104、155-169、215-223、259-267、309-331、346-354、532-542氨基酸区段抗原值较高，见图5；NA蛋白中32-40、74-85、132-140、155-163、177-185、256-264、351-359氨基酸区域抗原值较高，见图6，可能为T细胞抗原性表位。

图5 HA蛋白（CY046475） T细胞表位分析结果

注：纵坐标的分值表示NetMHCⅡ 2.2软件预测的9氨基酸滑动肽与各MHC class Ⅱ等位基因的亲和力大小

图6 NA蛋白（CY046477） T细胞表位分析结果

注：纵坐标的分值表示NetMHCⅡ 2.2软件预测的9氨基酸滑动肽与各MHC class Ⅱ等位基因的亲和力大小

3 讨论

甲型（A）流感病毒（influenza virus A）基因组含有8个RNA片段[10]，第1、2、3个节段编码的是RNA多聚合酶；第4个节段负责编码血凝素（hemagglutinin， HA）蛋白；第5个节段负责编码核蛋白（nucleoprotein， NP）；第6个节段编码的是神经氨酸酶（neuraminidase， NA）；第7个节段编码基质蛋白（matrix protein， MP）；第8个节段编码的是一种能起到拼接RNA功能的非结构蛋白，这种蛋白的其他功能尚不得而知。血凝素蛋白和神经氨酸酶被认为是最重要的免疫原性位点[11]。

经过对选自世界各国不同流感病毒株的HA、NA蛋白序列进行Clustal X分析，发现不同株之间氨基酸序列相对保守。HA蛋白最具特征性的变异为220位氨基酸的差别，28株中有15株为丝氨酸和13株为苏氨酸。对28例NA蛋白中有8例同时发生了106位异亮氨酸突变成缬氨酸、248位天冬氨酸突变成天冬氨酰。总体上来看，HA蛋白的变异性相对于NA蛋白较大。

利用Protean软件对基准株的HA、NA抗原表位进行预测，联合使用Kyte-Doolittle的亲水性方案，Plot-Emini的蛋白质表面可能性方案及Jameson-Wolf的抗原指数方案进行综合分析，发现HA蛋白有8段序列，NA蛋白有12段序列是可能的B细胞抗原表位。对220位氨基酸为