两种病毒同时感染能否产生杂交后代？

你有没有想过，如果你同时感染了两种不同的病毒会发生什么?

据去年10月22日在《Nature Microbiology 》上发表的一篇研究论文（见参考文献）， 英国格拉斯哥（Glasgow）大学的研究人员的一项旨在回答这个问题的研究有令人震惊的新发现。

这项研究的作者想要观察呼吸道合胞病毒(RSV)和甲型流感病毒(IAV)之间的相互作用，所以他们分别用其中的一种病毒或两种病毒的混合物感染肺细胞。一项初步实验比较了这两种病毒在联合感染细胞中的复制动力学，结果表明，联合感染对IAV的复制没有影响，但确实导致RSV的复制减少。

在各自分别感染的过程中，IAV和RSV分别定位于不同的细胞区域——RSV聚集在称为包涵体（inclusion bodies）的细胞质复合物中，而IAV在整个细胞质中更广泛地分散分布。通过荧光显微镜对感染细胞进行分析，使用针对RSV和IAV核蛋白的抗体，显示联合感染不会改变这种定位：RSV仍然在包涵体中，而IAV显示弥漫性的存在。

示意图：此图像仅用于示意，并不反映呼吸道合胞病毒(RSV)和甲型流感病毒(IAV)基因组和HVPs（杂交病毒颗粒）中糖蛋白的确切位置。

随后，作者分析了感染的后期阶段，在单次感染中，这些病毒在质膜中的脂筏（lipid rafts）结构中组装。他们使用针对IAV血凝素(HA)蛋白或RSV的F蛋白(两者都是病毒的表面糖蛋白)的抗体的结果显示，在联合感染中，这两种病毒也同时位于质膜周围的同一区域，这表明从细胞表面出芽的病毒颗粒可能同时包含RSV和IAV的成分。

使用高分辨率共聚焦显微镜和冷冻电子断层扫描技术，通过重建一系列虚拟切片的图像以生成样本的三维结构，作者发现联合感染的细胞产生了两种类型的颗粒。第一种被称为“假病毒（pseudotyped viruses）”，是含有IAV糖蛋白的RSV颗粒。第二种类型被称为“杂交病毒颗粒”(HVPs)，是真正的杂交病毒，包含两种病毒的基因组和表面糖蛋白，具有每种病毒特有的不同结构区域。

因为糖蛋白决定了病毒可以与哪些细胞和细胞表面蛋白结合(即它们的“抗原性”)，因此有理由假设HVPs相对于IAV和RSV具有修饰过的抗原性。IAV通过病毒HA蛋白进入细胞，HA蛋白结合细胞表面蛋白唾液酸。RSV的进入是部分地受其F蛋白影响的，该蛋白介导病毒与宿主细胞膜的融合。为了确定HVPs上的HA和F糖蛋白在抗原性方面是否发生改变，作者进行了中和试验，揭示抗体是否可以结合糖蛋白并使病毒颗粒失活。

抗HA抗体中和HVPs的效率比从仅感染IAV的细胞中收集的病毒低三倍左右，这表明HVPs上的HA已产生了足够大的改变，以至于抗体不会识别它。相反，抗F抗体中和HVPs的效果与从仅感染RSV的细胞中分离的病毒差不多，这表明F糖蛋白在HVPs中的抗原性被很好地保留了下来。这些结果也表明HVPs不能通过IAV 的HA蛋白进入宿主细胞，而可能是通过RSV 的F蛋白进入。

为了验证这一假设，作者用神经氨酸酶（neuraminidase）处理细胞，该酶能结合唾液酸并将其隔离，从而不让IAV与此类受体结合并进入细胞。然后用从单个或合并感染的细胞中分离的病毒感染这些经神经氨酸酶处理过的细胞，用IAV和RSV核蛋白特异性荧光抗体对细胞进行染色，并通过荧光显微镜观察以确定是否有IAV、RSV或HVPs的感染。

正如预期的那样，对经过神经氨酸酶处理的细胞进行感染试验，使用了从仅感染RSV或仅感染IAV的细胞中分离出来的病毒，结果细胞中只含有RSV核蛋白而不含IAV核蛋白，这表明IAV无法感染这些细胞(因为没有唾液酸可以结合)，而RSV通常可感染这些细胞，因为RSV的进入不依赖于唾液酸。有趣的是，经神经氨酸酶处理的细胞被从合并感染细胞中分离出来的病毒感染后，含有丰富的IAV核蛋白，这进一步表明含有IAV基因组的HVPs 是通过RSV的F蛋白进入这些细胞。

为了确认RSV F蛋白介导的HVPs进入了细胞，从合并感染的细胞中分离出的病毒在感染经神经氨酸酶处理的细胞之前，用抗RSV F蛋白的单克隆抗体处理。该单克隆抗体可能隔离任何具有F蛋白的病毒，并阻止任何病毒以F蛋白介导的方式进入细胞。这种处理导致HVPs进入细胞数量的显著减少，证实RSV的 F蛋白介导杂交颗粒进入细胞。

关于病毒与宿主相互作用的研究非常普遍，科学家们在了解驱动这些相互作用的机制方面取得了很大进展。与此形成鲜明对比的是，我们对病毒之间的相互作用知之甚少。一些研究表明，并不是所有的合并感染都是成功的，通常会导致“竞争性排斥（competitive exclusion）”，一种病毒取代另一种病毒，从而阻止后者完成复制周期或在一开始就实现0感染。

这可能是第一个表明两种完全不同的病毒可以协调它们的复制周期，以明确显示共同进化的某种共生关系的研究。尽管这种现象可能看起来很不寻常，但它可能比我们想象的更普遍。

参考文献:

Haney, J., Vijayakrishnan, S., Streetley, J. et al.　 Coinfection by influenza A virus and respiratory syncytial virus produces hybrid virus particles（A型流感病毒和呼吸道合胞病毒混合感染产生杂交病毒颗粒）. Nat Microbiol 7, 1879–1890 (2022).　 https://doi.org/10.1038/s41564-022-01242-5