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作者：美捷登學術部Joy

感染同一宿主的流感病毒會干擾彼此的復制。這種行為似乎導致組織中受感染細胞群的空間結構化，對病毒進化有影響。

病毒感染通常表現為病毒與其宿主之間的直接沖突。但是，感染同一個細胞的病毒也可以相互作用，共同對抗宿主或者彼此對抗。人們對病毒種群中的這些集體相互作用知之甚少，但這種認知可能對塑造感染動態(tài)和疾病進展至關重要。2023年2月9號Sims等人在PLoS Biology上發(fā)文揭示了病毒間彼此對抗的一個后果：流感病毒顆�？梢韵拗票舜说膫鞑�，并通過這種方式將宿主劃分為不同的感染區(qū)域。

流感病毒必須合作才能在宿主體內生存，并且流感病毒這種相互對抗的現象特別有意思。流感基因組包含八個基因片段，但大多數單個病毒顆粒包裝時可能缺乏一個或多個片段，因此無法獨立感染。共同感染的病毒可以共享基因片段，恢復它們的感染能力。共同感染還可以加速病毒復制動力學，使病毒在對抗宿主免疫反應中占據優(yōu)勢。最后，感染同一細胞的病毒可以交換片段，以產生作為原始菌株遺傳組合的后代。這些重組事件使流感具備了多樣性，有時會產生新的大流行病毒株。

盡管共感染好處明顯，但一旦一種流感病毒感染了一個細胞，它會阻止其他病毒粒子感染同一細胞。這種現象被稱為重復感染排斥，其機制及其對感染組織中感染動力學的影響還有待研究。以前的研究結果表明流感病毒在宿主中的傳播具有高度空間結構，本研究中Sims等人假設，在傳播感染灶的邊界處重復感染排斥可能導致受感染宿主中出現空間上隔離的病毒種群。

為了研究這種可能性，研究者構建了編碼綠色或紅色的熒光蛋白的流感病毒，便于區(qū)分病毒。他們先用綠色病毒然后用紅色病毒感染細胞，確定在初次感染后約兩小時開始出現重復感染排斥，并且隨著感染的繼續(xù)，這種效果呈指數級增長。值得注意的是，他們還觀察到，增加第二種病毒的劑量并不能抵消排斥效應。

研究者想知道從受感染細胞釋放的病毒后代在傳播到附近細胞時是否會干擾彼此的復制。為了探索這種情況，作者追蹤了同時由感染紅色和綠色病毒的單個細胞引發(fā)的感染進展。他們發(fā)現，在這些條件下，從同一個細胞釋放的紅色和綠色病毒可以有效地共同感染相鄰細胞，這表明從同一個親本細胞釋放的病毒不會相互干擾。

然后西姆斯等人又考慮了另一種情況，兩種顏色的病毒單獨形成的感染灶在向外傳播時相遇會是什么情況呢？他們發(fā)現單獨病灶穩(wěn)步擴散，直到他們遇到另一個擴散的病灶。然后，這兩個病毒種群會發(fā)生碰撞，但會因重復感染排斥而被不相互混合。作者在受感染小鼠的肺部也觀察到了相同的現象，其中感染區(qū)域被細分為離散的斑塊，只有紅色或綠色病毒可以生長，兩者混合最少。

本研究所描述的合作與排斥的平衡可能對病毒的進化潛力產生深遠影響。在整個受感染組織中發(fā)現的非重復復制區(qū)域與以前的研究一致，表明在流感感染的宿主中可能出現遺傳上不同的“感染島”。目前的這一研究為這種感染模型提供了進一步的支持，并引入了一種特定的、病毒介導的機制，該機制可能促進病毒種群的空間劃分。

這種空間結構和區(qū)室化可能會以多種方式影響病毒在局部區(qū)域的進化潛力。例如，限制受感染細胞中離散病毒基因組的數量可能會限制病毒的有效“倍性”（基因拷貝數），這可能會影響病毒種群的適應性并限制對病毒有益的變體出現的可能性。限制病毒在組織中的空間傳播也可能會限制在一個宿主中出現的新有益病毒的突變體成功傳播到另一個宿主的可能性。

本研究的發(fā)現也對全球病毒進化產生了影響。通過最大限度地減少合并感染期間病毒相互作用的程度，重復感染排斥將減少遺傳交換和隨后多樣化的可能性。通過合并感染產生的嵌合病毒在上個世紀引起了五次流感大流行中的四次，因此了解控制這一過程的具體因素至關重要。本研究表明通過雙重感染排斥對病毒復制的空間限制可能會限制嵌合病毒的產生，從而提高雙重感染排斥抑制流感病毒大流行潛力的可能性。

本研究中也提出了一些問題。最大的問題就是重復感染排斥效應是否對病毒有利？如果是，怎么有利的呢？宿主在此過程中扮演何種角色也仍然未知。不管答案如何，這項激動人心的工作證實了重復感染排斥是塑造流感病毒感染動態(tài)的關鍵因素，并強調需要更好地了解集體相互作用如何控制病毒種群的行為。