Virus cúm gia cầm có nhiều loại kháng nguyên như protein nhân (NP), protein đệm (M), protein gây ngưng kết hồng cầu (HA), protein enzym cắt thụ thể (NA),… Trong đó hai kháng nguyên HA và NA vừa là cơ sở cho việc định
subtype virus cúm type A vừa có vai trò quan trọng trong miễn dịch bảo hộ. HA được coi là yếu tố vừa quyết định tính kháng nguyên, vừa quyết định độc lực của virus cúm A.
2.2.3.1.Protein HA (Hemagglutinin)
Protein hemagglutinin là một glycoprotein thuộc protein màng type I (lectin), có khả năng gây ngưng kết hồng cầu gà trong ống nghiệm (in vitro). Có 16 subtype HA đã được phát hiện ký hiệu từ H1 đến H16. Có khoảng 400 phân tử HA trên bề mặt capsid của một virus, có vai trò quan trọng trong quá trình nhận diện của virus và khởi động quá trình xâm nhiễm của virus vào tế bào chủ (Bender et al., 1999; Wagner et al., 2002). Phân tử HA có dạng hình trụ, dài khoảng 130 ăngstron (Å), cấu tạo gồm 3 đơn phân (trimer), mỗi đơn phân (monomer) được tạo thành từ hai tiểu đơn vị HA1 (36 kDa) và HA2 (27kDa), liên kết với nhau bởi các cầu nối disulfide (-S-S-). Các đơn phân sau khi tổng hợp, được glycosyl hóa (glycosylation) và gắn vào tiểu đơn vị HA2 trên mặt ngoài capsid, phần đầu tự do hình chỏm cầu được tạo bởi dưới đơn vị HA1 chứa đựng vị trí gắn với thụ thể thích hợp của HA trên bề mặt màng tế bào đích (Bosch et al., 1981; Wagner et al., 2002).
Sự kết hợp của HA với thụ thể đặc hiệu (glycoprotein chứa sialic acid) trên bề mặt màng tế bào, khởi đầu quá trình xâm nhiễm của virus trên vật chủ giúp cho virus xâm nhập, hòa màng và giải phóng ARN hệ gen thực hiện quá trình nhân lên ở trong tế bào cảm nhiễm. Quá trình kết hợp phụ thuộc vào sự phù hợp cấu hình không gian của thụ thể chứa acid sialic của tế bào đích với vị trí gắn với thụ thể này trên phân tử HA của virus cúm, quyết định sự xâm nhiễm dễ dàng của virus ở các loài vật chủ khác nhau (Wagner et al., 2002; Wasilenko et al., 2008).
Vị trí amino acid 226 (aa226) của HA1 được xác định là vị trí quyết định phù hợp gắn HA với thụ thể đặc hiệu của nó, ở hầu hết các chủng virus cúm A lưu hành trong tự nhiên vị trí này là Glycine, thích ứng với thụ thể Gal α-2,3 sialic acid của tế bào biểu mô đường hô hấp của chim và gia cầm. Ngoài ra, một số vị trí amino acid khác như Glutamine 222, Glycine 224, hay cấu trúc SGVSS và NGQSGR cũng có sự liên quan chặt chẽ đến khả năng thích ứng với thụ thể chứa sialic acid bề mặt màng tế bào chủ (Luong and Palese, 1992). Đặc biệt, một số chủng virus cường độc A/H5Nx; A/H7Nx lưu hành hiện nay có thể xâm nhiễm trên người, khi chúng có mật độ cao trong đường hô hấp (Bauer et al.,
phần chuỗi nối trên protein HA cũng như các vị trí amino acid liên quan đến khả năng gắn với thụ thể thích ứng, được coi là các chỉ thị phân tử trong nghiên cứu phân tích gen kháng nguyên HA (Luong and Palese, 1992).
Protein HA còn là kháng nguyên bề mặt quan trọng của virus cúm A, kích thích cơ thể sinh ra đáp ứng miễn dịch dịch thể đặc hiệu với từng subtype HA, và tham gia vào phản ứng trung hòa virus. Protein HA được coi là protein vừa quyết định tính kháng nguyên, vừa quyết định độc lực của virus, và là đích của bảo vệ miễn dịch học nhằm ngăn chặn sự xâm nhiễm của virus ở cơ thể nhiễm, cơ sở điều chế các vacxin phòng cúm hiện nay (Horimoto and Kawaoka, 2001; Matrosovich et al., 1999).
2.2.3.2.Protein NA (neuraminidase)
Protein neurominidase là một protein enzyme có bản chất là glycoprotein được gắn trên bề mặt capsid của virus cúm A, mang tính kháng nguyên đặc trưng theo từng subtype NA (Baigent and Mc Cauley, 2001; Uiprasertkul et al., 2007). Có 9 subtype (từ N1 đến N9) đã được phát hiện và chủ yếu ở virus cúm gia cầm, hai subtype N1 và N2 được tìm thấy ở virus cúm người liên quan đến các đại dịch cúm trong lịch sử (Wasilenko et al., 2008). Có khoảng 100 phân tử NA xen giữa các phân tử HA trên bề mặt capsid của hạt virus. Phân tử NA có dạng nút lồi hình nấm, đầu tự do (chứa vùng hoạt động) gồm 4 dưới đơn vị giống như hình cầu nằm trên cùng một mặt phẳng, và phần kị nước gắn vào vỏ capsid (Castrucci and Kawaoka, 1993).
Protein NA có vai trò là một enzyme cắt đứt liên kết giữa gốc acid sialic của màng tế bào nhiễm với phân tử cacbonhydrate của protein HA, giải phóng hạt virus ra khỏi màng tế bào nhiễm, đẩy nhanh sự lây nhiễm của virus trong cơ thể vật chủ, và ngăn cản sự tập hợp của các hạt virus mới trên màng tế bào. Mặt khác, NA tham gia vào phân cắt liên kết này trong giai đoạn “hòa màng”, đẩy nhanh quá trình cởi áo “uncoating” giải phóng hệ gen của virus vào trong bào tương tế bào nhiễm, giúp cho quá trình nhân lên của virus diễn ra nhanh hơn (Uiprasertkul et al., 2007).
Ngoài ra, NA còn phân cắt các liên kết glycoside, giải phóng neuraminic acid làm tan loãng màng nhầy bề mặt biểu mô đường hô hấp, tạo điều kiện cho virus nhanh chóng tiếp cận tế bào biểu mô và thoát khỏi các chất ức chế không đặc hiệu. Cùng với vai trò của kháng nguyên HA, cả 3 khâu tác động trên của NA đều tham gia làm gia tăng độc lực gây bệnh của virus cúm A ở cơ thể vật chủ. Do
đó, NA là đích tác động của các thuốc, hóa dược ức chế virus không đặc hiệu hiện nay, đặc biệt là Oseltamivir (biệt dược là Tamiflu) phong tỏa enzyme này, ngăn cản sự giải phóng hạt virus mới khỏi các tế bào đích, bảo vệ cơ thể (Aoki et
al., 2007; Castrucci and Kawaoka, 1993).
Bên cạnh đó, NA còn là một kháng nguyên bề mặt của virus, tham gia kích thích hệ thống miễn dịch của cơ thể chủ, sinh ra kháng thể đặc hiệu với kháng nguyên NA của các chủng virus đương nhiễm có tác dụng phong tỏa protein NA (Doherty et al., 2006).