夏寧邵教授團(tuán)隊(duì)在Cell Host & Microbe發(fā)表腸道病毒相關(guān)研究論文
近日，夏寧邵教授團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》子刊《細(xì)胞?宿主與微生物》（Cell Host & Microbe）上在線發(fā)表題為“Cryo-EM Structures Reveal the Molecular Basis of Receptor-Initiated Coxsackievirus Uncoating”的研究論文。該研究闡明了柯薩奇B組病毒（Coxsackievirus B，CVB）與其高度依賴的功能性受體柯薩奇病毒-腺病毒受體（Coxsackievirus and Adenovirus Receptor，CAR）相互作用及變構(gòu)過程的精細(xì)特征，從分子水平上揭示了CAR介導(dǎo)CVB病毒高效脫衣殼的作用機(jī)制與關(guān)鍵位點(diǎn)，并指引發(fā)現(xiàn)了可模擬受體作用特征誘導(dǎo)CVB成熟病毒顆粒失穩(wěn)及崩解的獨(dú)特的高效治療性抗體。這是夏寧邵教授團(tuán)隊(duì)近年來在《自然?通訊》（Nature Communications，2017）、《科學(xué)?進(jìn)展》（Science Advances，2018）、《自然?微生物學(xué)》（Nature Microbiology，2019）和《細(xì)胞?宿主與微生物》（Cell Host & Microbe，2020）上發(fā)表腸道病毒重要病原體CVA6、CVA10、EVD68和CVA16研究論文后的又一項(xiàng)重要研究成果，可為CVB疫苗及抗病毒藥物研究提供關(guān)鍵基礎(chǔ)，豐富了對病毒與受體相互作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為開發(fā)靶向病毒受體結(jié)合域的高效廣譜抗病毒藥物提供重要參考和理論基礎(chǔ)。
柯薩奇B組病毒（CVB）是可導(dǎo)致多種嚴(yán)重疾病的腸道病毒病原體，可通過糞口等途徑傳播，傳染性強(qiáng)，可感染嬰幼兒、青少年及成年人，在全球存在廣泛流行。CVB有6種血清型（CVB1～6），均可引發(fā)重要疾病，包括發(fā)熱、手足口病、腹瀉、腦炎、腦膜炎、心肌炎、胰腺炎、急性弛緩性麻痹等，甚至死亡。研究發(fā)現(xiàn)，CVB感染與近年來發(fā)病率不斷上升的病毒性胰腺炎、病毒性心肌炎存在密切聯(lián)系，是導(dǎo)致I型糖尿病和青少年心源性致死的主因之一，具有嚴(yán)重的危害性。開展CVB防治的重要性和公共衛(wèi)生意義已被高度重視，但目前尚無CVB特效治療藥物和預(yù)防疫苗，相關(guān)藥物是當(dāng)前抗腸道病毒研究的重要方向。然而，目前對于CVB的基礎(chǔ)病毒學(xué)特別是潛在的高效抗病毒靶標(biāo)及效應(yīng)分子作用機(jī)制仍缺乏清晰認(rèn)識(shí)，嚴(yán)重制約了相關(guān)研究的有效開展。
CAR是CVB感染作用高度依賴的功能性細(xì)胞受體，也被稱為脫衣殼受體（Uncoating receptor）。CAR結(jié)合可誘導(dǎo)CVB成熟病毒顆粒的不可逆變構(gòu)進(jìn)而促進(jìn)核酸釋放，在CVB感染中具有關(guān)鍵作用。CVB-CAR結(jié)合域是發(fā)現(xiàn)廣譜抗病毒靶標(biāo)的理想目標(biāo)。然而，目前對CVB與CAR相互作用的精確特征與詳細(xì)作用機(jī)制仍缺乏清晰認(rèn)識(shí)，也尚未發(fā)現(xiàn)并精確鑒定CVB的CAR結(jié)合域潛在的高效抗病毒表位的精確信息及靶向性中和抗體，是研制新型疫苗或抗病毒藥物亟需解決的核心科學(xué)問題。
該研究通過構(gòu)建并解析CVB病毒顆粒及與CAR受體復(fù)合物的高分辨率結(jié)構(gòu)，獲得在中性pH條件下的一系列代表病毒感染不同階段的近原子分辨率結(jié)構(gòu)，包括CVB1成熟顆粒（Mature virion）、低溫和生理溫度下CAR結(jié)合的CVB1前體脫衣殼中間態(tài)（Pre-A-particle）、脫衣殼中間態(tài)（A-particle）和空心顆粒（Empty particle），捕捉到CVB成熟病毒顆粒脫衣殼過程的多種不同中間態(tài)及CAR受體相互作用域的一系列的精細(xì)構(gòu)象變化特征。研究顯示，CAR結(jié)合在病毒表面由衣殼蛋白VP1形成的五倍軸周圍的“峽谷”（canyon）區(qū)域，相比于其它已知的腸道病毒脫衣殼受體，CAR結(jié)合更為深入峽谷凹槽部分，在生理中性pH條件下即可誘導(dǎo)峽谷內(nèi)部VP1疏水“口袋”（pocket）的塌陷，使得疏水口袋內(nèi)部維持腸道病毒顆粒穩(wěn)定性的脂質(zhì)分子（又稱“口袋因子”，pocket factor）釋放，從而啟動(dòng)成熟病毒顆粒的脫衣殼進(jìn)程，推動(dòng)病毒進(jìn)一步變構(gòu)成脫衣殼中間態(tài)及空心顆粒，完成病毒完整的脫衣殼及基因組釋放過程。該研究闡釋了CAR結(jié)合驅(qū)動(dòng)CVB感染的分子作用機(jī)制，揭示了CVB與CAR之間精確的相互作用方式、結(jié)構(gòu)域特征與關(guān)鍵氨基酸位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)受體結(jié)合域上可作為潛在高效抗病毒靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)域與關(guān)鍵位點(diǎn)。基于上述發(fā)現(xiàn)的指引，該研究篩選到可模擬受體作用特征誘導(dǎo)CVB成熟病毒顆粒失穩(wěn)及崩解的獨(dú)特的高效中和抗體5F5。研究發(fā)現(xiàn)，5F5可通過空間位阻效應(yīng)阻斷或競爭CAR與CVB的相互作用，不僅能夠模擬受體與病毒顆粒的相互作用，還可以通過誘導(dǎo)受體CAR結(jié)合域的關(guān)鍵靶點(diǎn)VP2 EF-loop的構(gòu)象變化從而破壞病毒衣殼的穩(wěn)定性，并最終導(dǎo)致成熟病毒顆粒裂解而發(fā)揮高效的中和作用。
該研究豐富了腸道病毒感染及與受體相互作用機(jī)制的基礎(chǔ)理論，發(fā)現(xiàn)受體結(jié)合域的關(guān)鍵抗病毒靶標(biāo)的精確信息和效應(yīng)抗體分子，對開展新型疫苗免疫原和抗病毒藥物的理性設(shè)計(jì)和應(yīng)用開發(fā)具有重要價(jià)值和意義。
博士后徐龍發(fā)、鄭清炳高級工程師、博士生朱瑞、博士生尹志超、俞海副教授為該論文共同第一作者。夏寧邵教授、程通教授、李少偉教授和美國加州大學(xué)洛杉磯分校納米系統(tǒng)研究所Z. Hong Zhou（周正洪）教授為該論文的共同通訊作者。該研究獲得了國家自然科學(xué)基金、新藥創(chuàng)制國家科技重大專項(xiàng)、傳染病防治國家科技重大專項(xiàng)、國家博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目和美國國立衛(wèi)生研究院基金的支持。
論文鏈接：https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(21)00001-9
（圖/文國家傳染病診斷試劑與疫苗工程技術(shù)研究中心）
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