【美捷登原创】新发现：流感病毒彼此也是竞争上岗

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作者：美捷登学术部Joy

感染同一宿主的流感病毒会干扰彼此的复制。这种行为似乎导致组织中受感染细胞群的空间结构化，对病毒进化有影响。

病毒感染通常表现为病毒与其宿主之间的直接冲突。但是，感染同一个细胞的病毒也可以相互作用，共同对抗宿主或者彼此对抗。人们对病毒种群中的这些集体相互作用知之甚少，但这种认知可能对塑造感染动态和疾病进展至关重要。2023年2月9号Sims等人在PLoS Biology上发文揭示了病毒间彼此对抗的一个后果：流感病毒颗粒可以限制彼此的传播，并通过这种方式将宿主划分为不同的感染区域。

流感病毒必须合作才能在宿主体内生存，并且流感病毒这种相互对抗的现象特别有意思。流感基因组包含八个基因片段，但大多数单个病毒颗粒包装时可能缺乏一个或多个片段，因此无法独立感染。共同感染的病毒可以共享基因片段，恢复它们的感染能力。共同感染还可以加速病毒复制动力学，使病毒在对抗宿主免疫反应中占据优势。最后，感染同一细胞的病毒可以交换片段，以产生作为原始菌株遗传组合的后代。这些重组事件使流感具备了多样性，有时会产生新的大流行病毒株。

尽管共感染好处明显，但一旦一种流感病毒感染了一个细胞，它会阻止其他病毒粒子感染同一细胞。这种现象被称为重复感染排斥，其机制及其对感染组织中感染动力学的影响还有待研究。以前的研究结果表明流感病毒在宿主中的传播具有高度空间结构，本研究中Sims等人假设，在传播感染灶的边界处重复感染排斥可能导致受感染宿主中出现空间上隔离的病毒种群。

为了研究这种可能性，研究者构建了编码绿色或红色的荧光蛋白的流感病毒，便于区分病毒。他们先用绿色病毒然后用红色病毒感染细胞，确定在初次感染后约两小时开始出现重复感染排斥，并且随着感染的继续，这种效果呈指数级增长。值得注意的是，他们还观察到，增加第二种病毒的剂量并不能抵消排斥效应。

研究者想知道从受感染细胞释放的病毒后代在传播到附近细胞时是否会干扰彼此的复制。为了探索这种情况，作者追踪了同时由感染红色和绿色病毒的单个细胞引发的感染进展。他们发现，在这些条件下，从同一个细胞释放的红色和绿色病毒可以有效地共同感染相邻细胞，这表明从同一个亲本细胞释放的病毒不会相互干扰。

然后西姆斯等人又考虑了另一种情况，两种颜色的病毒单独形成的感染灶在向外传播时相遇会是什么情况呢？他们发现单独病灶稳步扩散，直到他们遇到另一个扩散的病灶。然后，这两个病毒种群会发生碰撞，但会因重复感染排斥而被不相互混合。作者在受感染小鼠的肺部也观察到了相同的现象，其中感染区域被细分为离散的斑块，只有红色或绿色病毒可以生长，两者混合最少。

本研究所描述的合作与排斥的平衡可能对病毒的进化潜力产生深远影响。在整个受感染组织中发现的非重复复制区域与以前的研究一致，表明在流感感染的宿主中可能出现遗传上不同的“感染岛”。目前的这一研究为这种感染模型提供了进一步的支持，并引入了一种特定的、病毒介导的机制，该机制可能促进病毒种群的空间划分。

这种空间结构和区室化可能会以多种方式影响病毒在局部区域的进化潜力。例如，限制受感染细胞中离散病毒基因组的数量可能会限制病毒的有效“倍性”（基因拷贝数），这可能会影响病毒种群的适应性并限制对病毒有益的变体出现的可能性。限制病毒在组织中的空间传播也可能会限制在一个宿主中出现的新有益病毒的突变体成功传播到另一个宿主的可能性。

本研究的发现也对全球病毒进化产生了影响。通过最大限度地减少合并感染期间病毒相互作用的程度，重复感染排斥将减少遗传交换和随后多样化的可能性。通过合并感染产生的嵌合病毒在上个世纪引起了五次流感大流行中的四次，因此了解控制这一过程的具体因素至关重要。本研究表明通过双重感染排斥对病毒复制的空间限制可能会限制嵌合病毒的产生，从而提高双重感染排斥抑制流感病毒大流行潜力的可能性。

本研究中也提出了一些问题。最大的问题就是重复感染排斥效应是否对病毒有利？如果是，怎么有利的呢？宿主在此过程中扮演何种角色也仍然未知。不管答案如何，这项激动人心的工作证实了重复感染排斥是塑造流感病毒感染动态的关键因素，并强调需要更好地了解集体相互作用如何控制病毒种群的行为。