当H5N1禽流感在2024年初开始感染美国奶牛时，兽医们 struggled 确认原因。该病毒很难被识别，因为它在奶牛中的行为与其他哺乳动物截然不同。H5N1并不是主要感染肺部，而是导致了乳房的严重感染，同时使呼吸系统基本不受影响。现在，匹兹堡公共卫生学院的研究人员揭示了这一异常模式背后的生物学原因。他们的发现发表在《科学进展》上，为为什么禽流感在牛身上表现出如此意想不到的形式提供了首个详细解释。该研究还可能帮助科学家更好地预测H5N1如果传播到新动物物种时的行为。 禽流感在奶牛群中的异常表现 疫情最初出现在德克萨斯州的奶牛中，动物们发展为严重的坏死性乳腺炎，这是一种疼痛的炎症性疾病，会损害乳腺的组织。“乳腺炎是乳制品动物的经典疾病，兽医们本应关注所有常见嫌疑人，如细菌病原，”资深作者、匹兹堡公共卫生学院传染病和微生物学系主任Suresh Kuchipudi博士说。“当真正的罪魁祸首被证实是禽流感时，领域内的每个人都感到完全震惊。我们甚至没有考虑过奶牛会是H5N1的宿主。”在该病毒被确认之前，它已在牛群之间传播，感染了奶牛并污染其周围环境。“如果一头牛感染了，就会在牛奶中排出大量病毒，”Kuchipudi说。“这引发了对农场工人职业风险的担忧。此外，还有给家宠（如猫）喂食生牛奶的习惯，以前我们研究过一些猫死亡的情况。”Kuchipudi强调，巴氏灭菌能够有效杀死病毒，这突显了避免生牛奶的重要性。 寻找生物学解释 在他的职业生涯中，Kuchipudi一直研究流感病毒，重点关注受体生物学如何影响哪些物种和组织可以被感染。流感病毒以锁和钥匙的方式附着在细胞特定的受体上。这些受体属于一组称为糖基的糖分子。其他研究组的早期研究表明，流感相关的糖基受体存在于奶牛的鼻子、气管和肺中。然而，感染H5N1的奶牛并没有发展出研究人员所预期的呼吸道疾病。这一差异表明需要更详细的解释。“糖基生物学非常复杂，”Kuchipudi表示。“我们意识到，要了解事情的真相，我们需要使用更先进的技术并详细绘制出病毒如何与细胞结合的精细结构。”为此，Kuchipudi与哈佛医学院的研究员Lauren E. Pepi博士合作，后者专注于糖组学，即糖基结构的全面研究。 为何H5N1选择奶牛的乳房 研究团队结合多种技术，包括结合实验、染色方法和超高分辨率成像，研究H5N1如何与不同组织相互作用。他们的分析显示，并非所有糖基受体在禽流感感染中以相同方式发挥作用。该病毒仅能结合到一种被称为N-连接唾液酸受体的特定亚型上。这些受体在奶牛的乳房组织中广泛存在，但在气道组织中几乎不存在。根据Kuchipudi的说法，这使得乳腺成为病毒的“完美温床”。这一发现帮助解释了为何H5N1导致奶牛严重乳腺炎而不是呼吸道疾病。 预测禽流感的下一个行动 研究人员相信，他们的发现不仅能解释牛群疫情。同样的方法可能帮助科学家在未来爆发发生之前确定哪些动物和组织对H5N1易感。“我们可以预先筛查不同物种及其内部不同组织的易感性，”Kuchipudi说。“例如，它们会表现出呼吸道症状吗？它们会仅仅表现出乳腺炎，像牛一样？或者，是否会表现出神经系统疾病，正如我们团队在猫中所显示的一样？所获得的经验教训可能有助于防止我们再次受到意外的冲击。” 其他参与这项研究的作者包括Surabhi Srinivas、Shubhada K. Chothe、Santhamani Ramasamy、Sougat Misra、Noel Chandan Nallipogu、Lindsey LaBella（均为匹兹堡大学）、Yin-Ting Yeh（宾夕法尼亚州立大学）、May Wang（哈佛大学）和Heidi L. Pecoraro、Brett T. Webb（北达科他州立大学）。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和农业研究所（FP00039373/AWD0001）的支持。