论文总字数：18317字

摘 要

流感是一种传染性强、传播速度快的急性传染病，由流感病毒黏附人体呼吸道细胞膜引起急性呼吸道感染。目前的研究主要针对流感病毒颗粒结构表征以及流感疫苗研发，但对病毒黏附细胞膜的感染过程了解并不深入。本论文首先综述了国内外流感病毒研究现状，然后聚焦流感病毒颗粒与糖脂膜的多价态作用，研究了流感病毒表面的血凝素蛋白寡聚物与以唾液酸受体为代表的糖脂分子层的多价态相互作用, 揭示了病毒颗粒与糖脂膜的多价态作用对病毒颗粒黏附的促进作用，进一步提出了一种定量解析病毒颗粒与糖脂膜的多价态作用的物理模型，该论文的研究结果对研制抗流感病毒黏附的多价分子药物具有重要的指导意义。

关键词：禽流感病毒；多价态作用；细胞膜；糖基受体

Abstract

Influenza is a kind of acute disease with strong infectivity and fast transmission speed. Acute respiratory tract infection is caused by influenza virus clings to human respiratory tract cell membrane. The current research mainly focuses on the work of influenza virus particle structure and the Improvement of influenza vaccine, but the understanding of the infection process of virus clings to cell membrane is not very well. In this paper, the research discusses the passed studies about influenza virus firstly, then focusing on the multivalency action between influenza virus and glycolipid membrane, the multivalent interaction between hemagglutinin protein oligomer on the surface of influenza virus and glycolipid molecular layer represented by sialic acid receptor is studied, find the promotion effect of multivalent interaction between virus particles and glycolipid membrane on the cling process of virus particles is revealed, and a physical model for quantitatively analyzing the multivalent interaction between virus particles and glycolipid membrane is further proposed. The research results of this paper will have important guiding significance for the development of multivalent molecular drugs against influenza virus clings.

KeyWords：avian influenza virus；the multivalency action；cell membrane; glycosyl receptor

目 录

第1章 国内外关于膜上病毒吸附的研究概况 1

1.1研究背景 1

1.2研究现状 1

1.3现存问题 2

1.4研究目标 2

第2章 流感病毒和糖脂膜的性状研究 3

2.1禽流感病毒 3

2.1.1病毒结构 3

2.1.2血凝素结构 3

2.2细胞膜 4

2.2.1细胞膜的磷脂双分子层结构 4

2.2.2细胞膜表面的糖蛋白 5

第3章 糖脂膜与流感病毒多价态作用研究 7

3.1流感病毒侵蚀细胞的原理 7

3.2流感病毒与细胞膜表面受体的吸附原理 7

3.2病毒在细胞膜表面的多价态结合 8

3.2.1病毒与受体的单分子吸附 8

3.2.2受体的流动性 10

3.2.3病毒与受体的多价态结合 10

第4章 实验验证 12

4.1 实验准备 12

4.2 实验流程 12

4.2.1 H5N1病毒的制备 12

4.2.2 H5N1病毒衣壳的制备 12

4.2.3 H5N1病毒衣壳的纯化和浓缩 12

4.2.4 GM3-containing脂质膜的制备 13

4.2.5 标记病毒 13

4.2.6 观察与检测 13

4.3 数据分析 13

4.4 实验结论 14

第5章 多价态结合机理的应用 15

5.1多价抑制剂的研发与应用 15

5.1.1大分子多价抑制剂 15

5.1.2小分子抑制剂 16

5.2结论 17

参考文献 18

致 谢 20

第1章 国内外关于膜上病毒吸附的研究概况

1.1研究背景

近几年，病毒性流行病常有发生且往往给人类带来严重的生命威胁和巨大的经济损失，从2002年SARS事件、2005年H5N1禽流感事件以及2020年初2019-nCoV病毒流行事件可以看出，病毒性流行病具有易传染、难预防、难治疗、高变异性的特点。以流感病毒、冠状病毒为代表的具有强烈致病性的病毒往往是通过呼吸道等方式进入人体内，病毒进入体内后可以与细胞膜表面的受体结合从而被细胞识别继而将遗传物质注入宿主细胞，进而用宿主细胞的细胞器复制自己的遗传物质。当下已有的研究对病毒与膜表面受体的结合机制并不清晰，一定程度影响了相应抗体和疫苗的研究，所以膜上病毒的作用过程是值得深入研究的一个课题，病毒和膜表面糖类物质的结合机理对于该问题的研究具有一定的现实意义。

1.2研究现状

已掌握的文献显示，理论界主要从以下几方面展开了相关研究：

多价结合机制有利于病毒与细胞膜表面的糖基受体的结合过程。病毒表面的血凝素和细胞膜表面的糖基受体的作用主体都是糖链，在内环境中，病毒和细胞膜表面的糖基受体的结合可以近似的看作单分子吸附过程。单分子吸附过程遵循Langmuir等温吸附方程，而一个受体的病毒实际吸附量可以通过吸附颗粒数与脱附颗粒数的差值来计算，也可以被抽象为吸附力和脱附力的差值。

多价结合机制是指一个信号分子可以与多个靶点同时结合，该机制在许多生物过程中被证实存在，我们可以从价键结合的角度去理解该机制。鳌合作用是一种常见的多价结合过程，以鳌合作用为例，两个或多个配位体与同一金属离子形成螯合键，鳌合键之所以属于较强的键，就是因为其具有多个结合位点。

多价结合机制可以降低结合熵，有利于配体与蛋白质之间的结合，从而导致更高的亲和力或抑制力^[1]。这种机制也可能被应用于病毒与细胞膜表面糖基受体的结合过程。且病毒表面一般都存在多个信号分子，这就为多价态结合效应提供了物理基础。

病毒与糖基结合的作用力比较微弱。细胞膜表面的受体，本质属于糖蛋白，承担受体结合吸附功能的一般是糖蛋白中寡糖链或多糖链的部分；病毒一般是通过病毒衣壳上的靶点识别和结合细胞受体，以禽流感病毒为例，禽流感病毒是通过表面的血凝素蛋白与细胞受体相结合的^[9]，这两种物质的结合其本质是碳水化合物-蛋白质相互作用，这种相互作用本身比较微弱，极易脱附。^[10]

1.3现存问题

由于现有论文并没有清晰的给出病毒的吸附过程是遵循怎样的多价吸附效应，过去也并没有对此过程给出清晰的分析研究，既然碳水化合物-蛋白质相互作用比较微弱，那么病毒是如何在这种微弱的结合作用下高效地完成侵蚀过程的呢？如果我们了解了这种作用过程的机理，我们是否可以针对此过程研发一种广谱抗病毒感染药物呢？

1.4研究目标

依据学界对病毒在细胞膜表面吸附过程的现有研究结果，在全面考察相关论文中病毒与糖基结合的机理的情况下，本研究以禽流感病毒为例，研究禽流感病毒与受体的多价相互作用，本综述拟分为性状分析和结合模拟两个部分，首先对病毒主体和细胞膜主体进行性质分析，分析其结合位点，然后与其相关的物质吸附过程进行异同比较，最后对分析结果进行归纳。

第2章 流感病毒和糖脂膜的性状研究

2.1禽流感病毒

2.1.1病毒结构

禽流感病毒（AIV）根据生物分类法可以被划分到正粘病毒科，流感病毒（IAV）属，人们根据病毒感染动物的能力将其细分为甲、乙、丙三型，其中比较常见的是甲型流感，甲型流感主要感染禽类，近些年也出现感染人类的情况。

如图2.1所示，流感病毒具有正粘病毒科的特点，病毒整体呈球形﹐直径约为90～110纳米。病毒表面有受体﹐该病毒属于RNA病毒，核酸为8个节段的负链RNA。病毒结构从内到外大致可分3层﹕最中心为螺旋形病毒核壳﹐主要是由蛋白质、RNA及其多聚体构成﹔中间层是膜蛋白﹔最外层有脂质色膜包被,膜上镶嵌着多种多样的糖蛋白突起﹐这些糖蛋白凸起中主要研究的是血凝素(H)和神经氨酸酶(N)。HA蛋白之所以被称为血凝素，是因为这种物质可以与许多种动物的红细胞结合引起红细胞凝集，因此又被称为血凝素。在不同的病毒中往往含有不同种类的受体，其中血凝素具有十六个亚型，神经氨酸酶有九个亚型，这些亚型用数字编码用于区分。在研究过程中，人们通常用其表面的血凝素和神经氨酸酶来称呼不同种的病毒，例如H5N1。

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