轮状病毒特异性感染与宿主细胞表面多糖受体类型的相关性研究

Rotaviruses (RVs) are the principal cause of severe diarrhea in children, responsible for approximately 200,000 deaths in children younger than 5 years old worldwide in 2011. It has been shown that RV attachment to cell surface carbohydrates, mediated by the VP8* domain of the VP4 spike protein, is the important first step for successful infection.RVs are diverse in recognizing different receptors, causing infections in humans and different animal species. Early studies showed that infection with some animal RVs relies on the terminal sialic acid (SA) and are sialidase-sensitive, but the majority of human and animal RVs are sialidase-insensitive.Recently, significant progress has been made in understanding the recognition of histo-blood group antigens (HBGAs) by human rotaviruses (RVs). However, there are still many questions regarding the diverse roles of HBGAs in RV infection and illness in children. In addition, the potential carbohydrate ligands of many animal RVs that were previously known as sialic acid (SA)-independent remain undefined. In this project, we will perform a systematic study to address these issues. Three aims will be fulfilled: 1) We will perform in vitro binding/blocking experiments, including glycan array analysis, to more completely characterizethe genotype-specific glycan recognition of RV P[4], P[6], and P[8]; 2) we will perform field studies on specific populations to refie our understanding of how HBGAs act as receptors or host susceptibility factors in RV infection in children, with the aim of developing a better understanding of strain-specific host ranges for future vaccine development against RVs; and 3) we will perform structural studies of the receptor binding interfaces of major human RVs by NMR and VP8*-ligand co-crystalization studies to establish a molecular level understanding of how HBGAs act as receptors for RVs. Knowledge of these structures should prove valuable for antiviral design against RVs .

轮状病毒（RV）是引起婴幼儿病毒性腹泻的主要病原体之一，其通过表面的受体结合蛋白与细胞表面特异性多糖受体识别而感染宿主。因此明确RV识别的受体多糖类型，对RV感染防治极具意义。然而流行于人群的P[4]，P[6]和P[8]基因型RV，所识别的受体多糖类型并不明确，存在较大争议。本项目组前期结果发现，人类RV可识别并结合组织血型抗原(HBGAs)，但不同基因型RV表面受体结合蛋白与HBGAs的特异性识别机制以及HBGAs特异性识别对RV在不同人群中、物种间特异性感染的影响仍有待进一步研究。本项目拟通过多糖阵列分析、寡糖结合ELISA分析、NMR和蛋白-配体共结晶X-衍射技术以及病毒感染阻断实验，明确体人RV和动物RV所识别的特异性多糖受体，鉴定其相互作用位点，探讨RV在不同物种中的感染发病机制、流行病学规律以及RV感染的种属屏障机理，为RV暴发防治提供理论支持。

轮状病毒（Rotavirus, RV）是引起婴幼儿和动物非细菌性急性肠胃炎的主要病原体之一，前期研究发现某些RV能够识别细胞表面组织血型抗原（HBGAs）作为受体，而进一步明确不同RV识别的受体多糖类型，特别是造成人群感染的主要RV基因型在受体识别上的差异对RV感染的防治极具意义。在本研究项目中我们研究了造成人群感染的主要RV基因型所识别的寡糖类型，另一方面也广泛研究了A组轮状病毒中的动物病毒和C组轮状病毒在寡糖识别上的异同。我们的结果发现，P[II]亚群中的P[19]基因型RV能够特异性的识别和结合两类不同的寡聚糖LNFPI和Mucin core2，病毒蛋白-寡糖共结晶结果显示P[19]使用完全不同于动物病毒的受体识别位点进行受体识别，此识别位点更靠近病毒蛋白的C末端，可以识别更复杂的寡聚糖形式。针对人群主要RV的研究发现：P[8]与P[4]特异性识别含有Leb基团的I型HBGAs四聚糖Leb tetra-saccharide 和六聚糖LNDFH I；而P[6]与P[8]/P[4]存在较大不同，P[6]VP8*特异性高亲和不含Leb基团的HBGAs四聚糖 LNT和五聚糖LNFP I，进一步我们通过共结晶或者NMR的方法对病毒蛋白与寡糖受体间的识别位点进行了研究。另一方面，我们对A组动物RV的研究发现感染不同动物物种的RV所识别的寡糖是不同的。其中P[3]P[5]和P[7]基因型RV除了识别末端唾液酸的寡糖外，还能特异性识别含末端Galα的三糖Galα1-3Galβ1-4Glc；感染羊的P[15]和感染猪的P[23]基因型RV只识别末端唾液酸； P[16]RV则只特异性的识别三糖Galα1-3Galβ1-4Glc。而在P[I]亚群中的人RV P[28]识别分泌型的I型HBGAs，但P[28]也能够对三糖Galα1-3Galβ1-4Glc有特异性的结合。此外，感染人的RVC能够特异性的识别A型HBGAs，这与RVA中P[III]亚群病毒的寡糖识别特性相同，但两组病毒寡糖识别位点上的序列却有很大差异。感染牛的RVC毒株对三糖Galα1-3Galβ1-4Glc有最高的亲和力，而这一特性与RVA中的动物轮状病毒类似。本项目的研究结果阐释了轮状病毒感染的分子基础，同时也为研究病毒与宿主受体之间的协同进化以及预防动物轮状病毒跨物种传播提供了研究基础。