细胞基唾液酸聚糖阵列直接比较甲型流感病毒结合与感染的受体需求

本研究针对甲型流感病毒(IAV)宿主特异性与受体利用机制不清的问题，通过构建HEK293细胞基唾液酸聚糖阵列(HEKΔSia)，系统解析了N-聚糖、O-聚糖和糖鞘脂(GSLs)三类糖缀合物在病毒结合与感染中的动态作用。研究发现1968年后的H3N2毒株逐渐丧失对O-聚糖/GSLs的利用能力，但1995年后重新获得该特性，揭示了受体偏好性进化与抗原漂移的关联。该平台为病毒-受体互作研究提供了生理相关性的新工具，论文发表于《iScience》。

　　

流感病毒如何识别并入侵宿主细胞？这个看似简单的问题背后，隐藏着病毒与宿主间复杂的"分子对话"。甲型流感病毒(IAV)通过其表面蛋白血凝素(HA)与宿主细胞表面的唾液酸(Sia)受体结合，但不同病毒株对受体类型的选择存在显著差异。传统观点认为，病毒主要依赖N-连接的聚糖(N-glycans)进行感染，而O-聚糖(O-glycans)和糖鞘脂(GSLs)的作用长期存在争议。更关键的是，现有合成聚糖阵列虽能精细解析初始结合特性，却无法模拟病毒入侵所需的动态细胞表面互作过程。

针对这些瓶颈，荷兰乌得勒支大学兽医学院的Mengying Liu、Xuesheng Wu等研究人员与哥本哈根大学糖组学中心合作，在《iScience》发表了创新性研究。他们利用CRISPR-Cas9基因编辑技术，构建了HEK293细胞基唾液酸聚糖阵列，首次实现了从病毒结合到感染全过程的系统分析。这项研究不仅揭示了三类糖缀合物在感染中的协同作用，更发现了H3N2病毒受体利用的"U型"进化规律。

研究团队采用多项关键技术：1）通过CRISPR-Cas9敲除β-半乳糖苷α2-6/α2-3唾液酸转移酶(STs)，获得唾液酸缺陷型HEK^ΔSia细胞系；2）建立糖缀合物特异性细胞系(HEK^SiaN/O/GSL)，通过瞬时转染逐个重建唾液酸化能力；3）结合流式细胞术(FACS)和生物层干涉仪(BLI)进行凝集素和病毒结合分析；4）采用高斯荧光素酶报告系统定量病毒感染效率；5）对1968-2009年间分离的H3N2毒株进行纵向比较。

【人类IAV感染随时间推移丧失并重新获得O-聚糖和糖脂支持】章节显示，通过感染工程化细胞系(HEK^WT、HEK^N、HEK^O、HEK^GSL)，发现早期大流行株(HK68Hu-H3)能等效利用三类糖缀合物，但季节性H3N2株逐渐丧失对O-聚糖/GSLs的利用能力。引人注目的是，1995年后分离株(如PE09Hu-H3)重新获得这种能力，提示受体偏好进化并非单向进程。

【生成展示特异性唾液酸糖缀合物的细胞基聚糖阵列】部分详细描述了细胞库的特征。通过凝集素谱分析发现，ST3Gal4和ST6Gal1能有效唾液酸化所有三类糖缀合物上的II型LN结构(Galβ1-4GlcNAc)，而ST3Gal1/2特异性修饰O-聚糖/GSLs上的III型LN(Galβ1-3GalNAc)。这种精确的糖基化调控为后续功能研究奠定了基础。

【每类糖缀合物上唾液酸化的II型LN都支持高效感染】章节证实，ST3Gal4和ST6Gal1修饰的N-聚糖、O-聚糖和GSLs均能支持高效感染，且效率与已知受体结合亲和力(KD)高度相关。特别值得注意的是，高度人源化的WU95Hu-H3毒株在ST3Gal4转染细胞中感染效率未提升，印证了其对人型α2-6连接唾液酸(2-6Sia)的特异性进化。

在【病毒结合与感染的相关性】部分，研究发现结合强度与感染效率的关联具有毒株特异性。例如NE09Hu-H1毒株表现出"低结合-高感染"特征，提示除初始结合外，后续入侵步骤存在特异性受体需求。通过比较ST3Gal4与ST6Gal1转染细胞的2-3Sia/2-6Sia利用率比值，揭示WU95Hu-H3的结合特异性比感染特异性低达1000倍，为HA/NA功能平衡理论提供了新证据。

这项研究从根本上改变了我们对流感病毒受体利用的认知。首先，三类糖缀合物均可独立支持完整感染过程，颠覆了N-聚糖为主导受体的传统观点。其次，发现H3N2毒株受体偏好呈现"丧失-重获"的进化模式，暗示抗原变异可能驱动受体利用策略的多样化。最重要的是，建立的细胞基聚糖阵列平台克服了合成阵列的局限性，能够模拟生理条件下的多价态异质结合(heteromultivalent binding)过程。

讨论部分深入分析了该系统的优势与局限。虽然HEK293细胞不能完全模拟呼吸道上皮的复杂糖组，但其可控的糖基化工程为解析特定糖结构功能提供了独特窗口。作者特别指出，黏液层中丰富的O-聚糖可能具有"诱饵受体"功能，而该系统为研究这种保护机制提供了新工具。未来通过引入更多糖基转移酶，可进一步探索糖链长度、分支和修饰对病毒感染的影响。

这项由荷兰和中国学者合作完成的研究，不仅为流感病毒宿主适应性机制提供了新见解，更为重要传染病的防控策略开发奠定了理论基础。该细胞平台的应用范围可扩展至其他糖结合病毒的研究，为揭示病毒-宿主互作的糖密码开辟了新途径。