人轮状病毒感染与组织血型抗原相关性研究

Rotavirus (RV) is the important pathogen causing the severe diarrhea in children with < 5 years of age. The disease burden caused by RV is large. The previous studies indicated that sialic acids (SA) are the receptor for some animal RVs. However, all human RVs were SA independent (sialidase-insensitive). The recent several studies found that RVs recognize the histo-blood group antigens (HBGAs) as potential receptor. However, so far the HBGA patterns have been only identified in several human RV genotypes. It was still unknown that the HBGA patterns for all different human RV genotypes, the molecular basis for the correlation of the RV with HBGAs and the role of HBGAs in RV infection. In this study, the binding assay (based on saliva and synthesized oligosaccharides) of VP8* protein and cell cultured RV particle of different RV genotypes will be conducted. Amino acids from the binding surface between RVs and HBGAs will be deduced. The molecular basis between RVs and HBGAs will be identified by the site-mutagenesis. The engineered cell lines for special HBGAs, integrin and heat shock protein 70 will be established. The role of HBGAs in RV infection will be identified by the binding assay and inhibiting and blocking assay. Finally, the correlation of HBGAs with RV predominant strains in clinical infection will be identified. This grant will give the basis on the design for novel RV vaccines, the mechanism of infection, cross-species transmission and evolution of the RV.

轮状病毒（RV）是引起全球儿童重症腹泻的重要病原，其疾病负担巨大。最新研究发现组织血型抗原（HBGAs）可能是人RV的识别受体，但仅有少数基因型人RV的HBGAs结合模式被确定。不同基因型人RV的HBGAs结合模式、相互作用的分子基础及HBGAs在RV感染中的作用尚不清楚。本项目拟表达不同基因型人RV VP8*蛋白和培养不同基因型RV中国流行株进行HBGAs结合分析（唾液和寡糖）；再利用分子对接模拟导出不同基因型RV与HBGAs结合面氨基酸残基，应用定点突变技术确定不同基因型RV与HBGAs结合的分子基础；构建特异HBGAs、整合素以及热休克蛋白70基因工程细胞株，通过与RV粒子的结合、封闭阻断实验来确定HBGAs在RV感染中的作用；最后通过分子流行病学确定人RV主要流行株（基因型）与HBGAs在临床感染中的相互关系。本课题将为RV新型疫苗设计、感染发病及跨种传播和进化机制的阐明奠定基础。

轮状病毒（rotaviruses, RVs）是呼肠孤病毒科轮状病毒属的双链RNA病毒，是引起人类和动物急性胃肠炎的重要病原体。目前，RVs可分为10个血清组（A~J），其中既可以感染人又可以感染动物的包括A、B、C和H组。A组RVs（RVAs）的流行水平最高，约90%的病例由其引起。RVA VP8*与组织血型抗原（Histo-blood group antigens, HBGAs）相互作用的发现，对理解RVs的感染，宿主范围以及跨物种传播等有着重要的意义。本项目对于RVs与组织血型抗原类型相关性，A组不同P型轮状病毒，以及C组轮状病毒的糖结合特征及其分子机制都进行了广泛的研究。本项目对通过对腹泻儿童临床标本的唾液、细胞和粪便标本的检测，研究人P[8]和P[4]轮状病毒感染与组织血型抗原相关性研究，发现其倾向于感染分泌型个体。进而对人群中广泛流行的P[4]、P[6]、P[8]型轮状病毒的VP8*蛋白糖结合特征进行研究，结果表明P[4]和P[8]流行毒株VP8*与H1和lewis b组织血型抗原结合。对疫苗株轮状病毒Rotateq，Rotarix，中国疫苗株LLR的唾液结合和糖结合特征也进行了研究。也解析了Rotateq VP8*的晶体结构。P[19]型轮状病毒来源于猪，偶发性感染人。VP8*序列分析显示P[4]、P[6]、P[8] 与 P[19]型轮状病毒同属于第二基因群组。研究发现其与黏蛋白核心和1型组织血型抗原结合。寡糖结合实验发现P[4]、P[6]、P[8]VP8*与黏蛋白核心也结合，并且不同宿主来源的P[6]具有不同的结合特征。利用晶体学方法解析了P[6] VP8*蛋白的结构，进一步解析了P[19] VP8*与黏蛋白核心（mucin core 2）及1型组织血型抗原前体（Lactose-N-tetrarose，LNT）的复合物结构。研究表明P[19]轮状病毒具有与其他型别不同的受体结合位点，并且通过序列分析和结构比较发现该受体结合位点在P[4]、P[6]、P[8]VP8*中是保守的，为阐明第二基因群组轮状病毒与宿主表面多糖受体的作用机制提供了基础此外，对人C组轮状病毒的研究发现其与A型组织血型抗原结合，并通过结构解析发现其具有与A组轮状病毒不同的配体结合位点，具有不同的机制。本项目为阐明轮状病毒进化，传播，流行机制及疫苗设计提供深入理解。