研究人员揭示了H5N1禽流感为何侵袭奶牛的乳房而非肺部：病毒偏好的受体集中分布于乳腺组织中。这一突破有助于科学家预测禽流感未来的跨种跳跃，并在其广泛传播前识别异常感染。
现在，匹兹堡大学公共卫生学院的研究人员揭示了这种异常模式背后的生物学原因。他们的发现发表在《科学进展》杂志上，首次详细解释了为何禽流感在牛身上呈现出如此意想不到的形式。这项工作还有助于科学家更好地预测如果H5N1在未来传播给新的动物物种，其表现可能如何。
禽流感在奶牛群中的异常表现
疫情首先出现在德克萨斯州潘汉德尔地区的奶牛中，患病动物出现了严重的坏死性乳腺炎病例，这是一种破坏乳腺组织的疼痛性炎症疾病。
“乳腺炎是产奶动物的一种典型疾病，兽医们尽职地排查所有常见的病原体来源，比如细菌性病原体，”匹兹堡公共卫生学院传染病与微生物学系主任、资深作者Suresh Kuchipudi博士说。“当真正的罪魁祸首被证明是禽流感时，该领域的每个人都大吃一惊。我们甚至完全没有考虑到牛可能是H5N1的宿主。”
在病毒被鉴定出来之前，它已在牛群之间传播，感染牛只并污染了它们的环境。
“如果一头牛被感染，它会在牛奶中排出大量病毒，”Kuchipudi说。“这引发了人们对农场工人职业风险的关注。此外，有人有给家养宠物（如猫）喂食生奶的习惯，并且已经出现了猫死亡的案例，我们之前对此进行过研究。”
Kuchipudi强调，巴氏杀菌法能有效杀灭病毒，并突出了避免食用生奶的重要性。
寻找生物学解释
在其职业生涯中，Kuchipudi一直致力于流感病毒研究，重点关注受体生物学如何影响物种和组织的易感性。流感病毒以“锁钥”方式附着在细胞表面的特定受体上。这些受体属于一类被称为聚糖的糖基分子。
其他研究小组早期的研究表明，牛的鼻腔、气管和肺部存在与流感相关的聚糖受体。然而感染H5N1的牛并没有表现出研究人员预期的呼吸道疾病。
这种差异表明需要更详细的解释。
“聚糖生物学非常复杂，”Kuchipudi说。“我们意识到，要了解到底发生了什么，我们需要使用更具创新性的技术，并绘制出使病毒能够与细胞结合的精细结构。”
为此，Kuchipudi与哈佛医学院研究员Lauren E. Pepi博士合作，后者的专长是糖组学，即对聚糖结构的全面研究。
为何H5N1靶向牛乳房
研究团队结合了多种技术，包括结合实验、染色方法和超高分辨率成像，以检查H5N1如何与不同组织相互作用。
他们的分析表明，在禽流感感染方面，并非所有聚糖受体的功能都相同。该病毒只能与一种被称为N-连接唾液酸受体的特定亚型结合。
这些受体遍布牛的乳房组织，但在气道组织中几乎不存在。据Kuchipudi所说，这使得乳腺成为病毒的“完美繁殖地”。
这一发现有助于解释为何H5N1在奶牛中引发了严重的乳腺炎，而非呼吸道疾病。
预测禽流感的下一步动向
研究人员认为，他们的发现不仅仅是解释了牛群的疫情爆发。同样的方法可以帮助科学家在未来的疫情爆发前识别哪些动物和组织易感H5N1。
“我们可以预先筛选不同物种及其内部的不同组织的易感性，”Kuchipudi说。“例如，它们会表现出呼吸道症状吗？会像牛一样只表现出乳腺炎吗？还是会像我们团队在猫身上展示的那样表现出神经系统疾病？吸取的经验教训可能有助于防止我们再次措手不及。”
该研究的其他作者包括匹兹堡大学的Surabhi Srinivas（理学硕士）、Shubhada K. Chothe（博士）、Santhamani Ramasamy（博士）、Sougat Misra（博士）、Noel Chandan Nallipogu（医学博士、公共卫生硕士）和Lindsey LaBella；宾夕法尼亚州立大学的Yin-Ting Yeh（博士）；哈佛大学的May Wang（理学学士）；以及北达科他州立大学的Heidi L. Pecoraro（博士）和Brett T. Webb（博士）。
这项研究得到了匹兹堡公共卫生学院和美国农业部国家食品与农业研究所（FP00039373/AWD00010780）的支持。