正粘病毒遺傳與變異
甲型流感病毒每個核苷酸在每個複製周期中的突變機率大約是15×10－5，與其它RNA病毒的突變率相似。但是，由於流感病毒的基因組分為8個或7個不相同的片段，在病毒增殖過程中很容易發生基因重排，因而使流感病毒的抗原性和致病性很容易發生變異。
(1)病毒變異的類型A.抗原性變異〓抗原性變異是甲型流感病毒常見的一種自然變異，同時在實驗室內用抗體也可篩選到抗原變異株。變異率最高的是HA，其次是NA。這兩種抗原的變異可獨立發生，有時隻涉及一個(HA或NA)，有時兩個同時發生變異。根據抗原性變異的程度可將其分為兩種：抗原漂移和抗原轉變。B.致病性變異a.條件致死性變種和溫度敏感(ts)變種：條件致死性變種是指在某種條件下不能增殖，但在另一種條件下卻能增殖並產生子代病毒的變種。這種可在一個或幾個不同基因片段上的任何一點發生突變或損傷，使其生物學特性發生改變。研究最多的是溫度敏感(ts)變種。ts變種能在33℃增殖，但和野毒株不同，37～39℃培養時不能增殖或增殖不好。ts變種通過基因重排、互補、變溫試驗以及RNA片段電泳遷移率測定等方法可以用來研究病毒的基因功能。另外，由於ts變種比野毒株的致病力弱，因此可用作減毒疫苗株或作為基因供體用於選擇弱毒株。b.冷適應變種：用野毒株感染雞胚在較低溫度下(25～30℃)培養，連續傳代後可較快地使病毒的致病力減弱。這一方法可用於減毒活疫苗株的選育和生產。c.新宿主適應變種：流感病毒在某種培養係統中連續傳代後，其增殖滴度和致病性均可逐漸升高，出現對新宿主的適應性變異。
(2)病毒的抗原性變異A.抗原漂移(antigenicdrift)〓由於基因組自發的點突變引起小幅度的變異，當氨基酸的改變積累到一定程度或突變氨基酸正好使抗原決定簇改變，則引起抗原性的變異，這種變異稱為抗原漂移。由於RNA聚合酶缺乏校正功能，在病毒基因組複製時容易出現差錯，因此RNA病毒的突變率比DNA病毒高。流感病毒HA基因的變異率最高，據估計每個複製周期中每個核苷酸的突變機率為2×10－3，也就是說病毒每複製一代，HA基因上大約有一個堿基發生變異。HA發生變異可能與抗體的壓力篩選有關，但其突變的準確機製還不清楚。用單克隆抗體對禽流感病毒HA的抗原性進行分析，發現抗原漂移率比人流感病毒低，並且多種不同的變異株可同時在禽類中循環存在。禽流感病毒HA變異率較低的原因可能是由於免疫係統對病毒變異的壓力不夠，因為已經發現禽類感染流感病毒後，其抗體持續時間較短。另外禽類的壽命比人短得多。流感病毒的NA也常發生抗原漂移。如用單克隆抗體對A/Tokyo/3/67(H2N2)進行篩選，在雞胚上傳一代即可篩選到突變株。B.抗原轉變(antigenicshift)〓由於突變幅度較大導致產生新的亞型，這種變異稱為抗原轉變。變異涉及抗原的數量和幅度大小並常直接影響流行的規模。抗原轉變在人流感的發生曆史上表現很明顯，例如，1957年H2N2亞型的出現代替了H1N1亞型，1968年H3N2亞型毒株引起流感暴發，1977年又出現了H1N1亞型的流行。從HA的氨基酸序列來看，H2與H5的亞型比較接近，點突變的積累有可能造成兩者抗原性互相轉變，而H2與H3之間有很大差別，僅靠點突變使H2轉變為H3可能需要相當長的時間。為什麽H3亞型能在10年左右的時間內取代H2出現流行?其原因有多種解釋。一種解釋認為，這種新流行的毒株是通過與其它動物(包括禽類)流感病毒的基因發生重排而出現的。大量試驗已經證明，不同亞型的病毒同時感染一個細胞，病毒基因組可在細胞中發生重排,即基因片段發生交換。研究表明，1957年和1968年流行的毒株就是由基因重排產生的。1957年毒株的HA和NA的基因序列與H1N1毒株有很大的差異，但經序列分析和雜交試驗證明，其餘6個片段中至少有5個片段基本相同，1968年流行的毒株與1957年流行的毒株的HA雖然不同，但含有相同的NA，都為N2。另外發現1968年毒株的HA(H3)與一株禽流感病毒的HA具有98%的同源性，因此推測新毒株的HA基因很可能來自禽流感病毒。第二種觀點認為，這種新流行的毒株可能在許多年前就已存在並流行過，但後來這一毒株隱藏在某個地方一直沒有發生變化，在適當的條件下這一毒株又“複蘇”增殖，引起新的暴發流行。例如1977年流行的H1N1亞型毒株與1950年流行的完全相同。如何解釋在長達27年的時間內兩個流行株的基因沒有發生變化。有人認為動物保藏宿主將這一毒株保存下來，最後又傳播給人造成流感暴發。但是在如此長的時間內不發生抗原漂移，令人難以置信。另有人認為病毒基因插入宿主基因組，但目前看來這是一種無根據的假設。第三種解釋是病毒在自然界一直處於冰凍狀態中，沒有增殖的機會也就不會發生變異，但仍保持有感染性，遇有適當條件則重新造成暴發。另外一種解釋是動物病毒發生變異，造成人的感染，引起新的流感暴發。但是，病毒基因組需要發生多大變化才能造成人的感染，目前還不清楚。
(3)流感病毒基因組變異
A.基因重排(reassortment)〓甲型流感病毒有8個基因組片段，當兩個或兩個以上的不同病毒粒子同時感染一個宿主細胞時，在病毒的增殖過程中，不同毒粒的8個基因組片段可以隨機互相交換，從而發生核酸片段水平上的重新組合，這種現象就稱為基因重排。甲型流感病毒的HA已鑒定出18種，NA已有10種。如果HA和NA基因能夠隨意重排，則可產生160種不同亞型的流感病毒。當細胞感染兩種不同的流感病毒後，通過基因片段的重排有可能產生256種遺傳學不同的子代病毒。在自然界，這種混合感染的現象很常見，通過基因重排有可能產生高致病力的毒株。不同毒株的基因出現重新組合這一現象是Burnet等在1949年最初發現的，他們用兩株不同的流感病毒感染小鼠後，發現HA的血清型和病毒的嗜神經性發生了交換。1951年Henle等發現，當兩個或多個用紫外線照射後喪失感染能力的甲型流感病毒粒子同時吸附一個細胞後，可產生感染性的病毒粒子。這是因為紫外線照射可損傷不同的基因片段，而任何片段的損傷可使病毒的感染力喪失。但是當多個病毒同時吸附並進入一個細胞後，通過基因交換可使缺陷基因的功能得到補充，從而產生出正常的有感染力的病毒粒子。具有不同缺陷的流感病毒粒子同時感染一個細胞後，在增殖時可發生基因交換，從而使缺陷彌補，這種現象為標記拯救。基因重排隻能發生在同型病毒之間，在不同型病毒之間不能發生，即甲型流感病毒隻能與甲型發生基因重排，與乙型或丙型流感病毒不能發生。因此基因重排與傳統的基因重組(Recombination)不同，基因重組時，發生基因斷裂、交換和連接三個過程，而基因重排不發生斷裂和連接，隻有基因交換。
B.互補(complementation)〓流感病毒的任何一個RNA片段發生損傷都可造成該片段基因所編碼蛋白質合成功能的缺陷，但可被具有該蛋白質功能的其它流感病毒粒子彌補。例如溫度敏感變異株在編碼HA糖蛋白的基因片段上發生損害，在合適溫度(33℃)下增殖，仍可產生有完整功能的HA，但如在不適宜溫度下培養則不能合成有功能的HA，表現出HA功能的缺損。兩株不同的ts突變株，損害的基因片段可能不同，在限製溫度下兩株病毒都不能正常增殖。如果用兩株ts突變株同時感染一個細胞，即使在限製溫度下兩者都可以正常增殖,其原因是一株ts病毒所缺損的蛋白質功能被另一株ts病毒相應的蛋白質所補充，從而表現出完整的功能。在病毒增殖過程中，兩株病毒之間可通過基因重排而產生正常的病毒粒子。除了M和HA基因外，其它RNA片段還可發生片段內互補(intrasegmentalcomplementation)。片段內互補時缺陷片段產生的蛋白質含有兩個缺陷亞單位，但這兩個亞單位可互相彌補彼此的不足，從而表現正常的功能。編碼NS的片段8，有4個互補組，因此ts突變株的NS基因有基因內和基因間互補。NP基因之間有三個互補組，因NP基因是單順反子，這些互補組僅是在基因內互補。
C.表型混合和核衣殼移植〓抗原性差別很大的兩株甲型流感病毒感染細胞後可產生表型混合(phenotypicmixing)的病毒粒子，如表型混合的病毒粒子含有兩個親代病毒的HA基因，在血凝抑製試驗或中和試驗中可被任何一種親代病毒的抗血清抑製或中和。有時在子代病毒中表型混合病毒粒子的比例可高達84%。這種現象不僅出現在不同的甲型流感病毒間，也可出現在甲型和乙型之間，甚至在甲型流感病毒與其它病毒之間發生，如與新城疫病毒或水泡性口炎病毒之間發生表型混合。核衣殼移植(transcapsidation)是指一種病毒的基因組由另一種病毒的囊膜包裝攜帶。比如用甲型流感病毒和水泡性口炎病毒混合感染細胞，流感病毒的囊膜可包裝水泡性口炎病毒的基因組，這種毒粒可占子代病毒的1%。
D.重排抑製和突變抑製〓與某一RNA片段有關的表型，由於基因重排被野生型病毒的其它基因片段改變，這種現象為重排抑製(suppressorreassortants)。例如，NS基因突變產生的ts表型，在基因重排時由於與野生病毒PB2基因發生交換而被抑製；PB1基因被野生病毒的替換也可抑製NS基因突變產生的ts表型。通過重排抑製的研究能夠確定病毒基因產物之間的相互作用。某個基因片段的突變可改變(抑製)與另一基因片段有關的表型，這種現象為基因外突變抑製(suppressormutants)。例如與PB2基因有關的ts表型可由於PA基因的突變而受到抑製。HA基因的ts突變可被基因外或基因內的突變抑製所彌補。
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