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發布時間:2020-09-08         浏覽次數:205

 

97日,夏甯邵教授團隊在《自然》子刊《自然?微生物學》(Nature Microbiology)上發表題爲“Near-atomic cryo-electron microscopy structures of varicella-zoster virus capsids”的研究論文。該研究首次揭示了疱疹病毒α家族的水痘-帶狀疱疹病毒(VZV)不同類型核衣殼的近原子分辨率結構,闡明了VZV核衣殼不同組成蛋白的相互作用網絡與衣殼裝配機制,可爲進一步開展新型載體疫苗設計及抗病毒藥物等研究提供重要支持。

VZV是一種廣泛存在並且具有高度傳染性的人類α-疱疹病毒。初次感染VZV可導致水痘,人群普遍易感(感染率約爲61% ~ 100%)。該病毒可在背根神經節潛伏感染,持續終生。水痘在全世界造成了巨大的疾病負擔,每年至少有1.4億新發水痘病例、420萬水痘嚴重並發症病例以及4200死亡病例。此外,近三分之一的VZV感染者在年老時會因潛伏于神經的VZV重新激活而引起帶狀疱疹,通常伴有劇烈的神經痛,即使治愈後還會發生後遺神經痛,嚴重影響患者的生活質量。水痘和帶狀疱疹還會在新生兒與免疫缺陷人群中導致嚴重的危及生命的並發症。當前,VZV防治方法仍存在重大挑戰,尚無特效治療藥物,現有疫苗存在仍保留神經毒力的風險隱患和適用人群限制等問題。由于VZV是一種結構及生活史均較複雜的疱疹病毒,研究難度較大,目前對VZV的顆粒結構組裝、複制和潛伏複發等依然缺乏全面和清晰的認識,嚴重制約了相關新藥研發。衣殼裝配是病毒生活周期的關鍵步驟,是尋找和設計抗病毒藥物的良好靶標。近年來,隨著冷凍電鏡(Cryo-EM)等技術的迅速發展,已有多種人類疱疹病毒的高分辨率衣殼結構獲得解析。然而,由于VZV存在體外培養滴度低、細胞結合性強等特性,難以獲得足夠且高純度的病毒顆粒,長期以來一直制約了相關研究的開展,目前仍然缺乏關于VZV衣殼顆粒的精確結構、蛋白組成及其相互作用機制的系統認識。

 

夏甯邵教授團隊長期開展VZV相關基礎與新型疫苗研究,通過系統和精細探索建立了高效的VZV規模化培養和病毒顆粒純化技術體系,成功獲得高質量的VZV顆粒樣品。發現VZV衣殼主要存在兩種顆粒類型,分別爲包含病毒核酸的成熟衣殼與不含核酸的空心衣殼。應用冷凍電鏡技術與局部重構(Localized reconstruction)技術首次獲得了兩種衣殼的近原子分辨率結構,分辨率分別爲4.1 ?3.5 ?,提供精細的衣殼組成與結構特征信息。VZV兩種衣殼顆粒的結構特征總體相似,與同屬人類α疱疹病毒的單純疱疹病毒(HSV)衣殼整體結構也存在較多相似之處,提示了通過靶向共有關鍵相互位點發現人類疱疹病毒潛在的廣譜抗病毒靶標的可能性。研究發現,與其它已知疱疹病毒衣殼不同,VZV衣殼具有更多的柔性區域,且衣殼蛋白之間、衣殼與皮層蛋白之間的相互作用均相對較弱,但VZV衣殼仍然具有與其它疱疹病毒衣殼相當的結構穩定性,這可能與VZV具有人類疱疹病毒中最小的基因組有關。VZV衣殼具有人類疱疹病毒中最大的小衣殼蛋白(SCP),該蛋白對VZV感染必不可少,其結構具有獨特的、延伸至VZV病毒顆粒皮層的柔性C端區域,該區域與VZV衣殼出核和包膜組裝直接相關。此外,此次研究還發現VZV基因組最外層有部分插入到由主要衣殼蛋白(MCP)組成的六鄰體腔內,目前僅在具有疱疹病毒家族最大基因組的人巨細胞病毒(HCMV)衣殼有發現類似現象,研究提出這種特殊的基因組排列特征可能與病毒基因組和衣殼六鄰體腔內部的分子靜電作用相關,而不僅僅是此前認爲的與病毒基因組大小相關。此次研究填補了人類α疱疹病毒VZV結構信息空白,爲揭示不同疱疹病毒結構異同點並進一步研究該類病毒組裝的共性問題提供重要基礎,也爲廣譜抗病毒藥物和新型疫苗的研制提供科學線索和理論依據。

另外,夏甯邵教授團隊長期開展VZV致病機理與新型水痘減毒活疫苗研究,近年來取得一系列進展:發現VZV可導致合胞體細胞的細胞核膜發生融合作用,揭示了VZV感染後細胞病變的新特征(Virology 2017);基于人胚肺嵌合小鼠建立了VZV人胚肺體內感染模型,可用于支持VZV對人肺髒的感染與致病機制研究(Antiviral Research 2017);發現皮層蛋白ORF7VZV衣殼之間存在相互作用,可能影響VZV衣壳在细胞质内的二次包膜與组装成熟(Journal of Virology 2017);基于類病毒顆粒聯合展示VZV與人肠道病毒71型(EV71)優勢中和表位的新型表位疫苗(Vaccine 2017);揭示VZV皮肤與神经趋向性因子ORF7與重要皮层蛋白ORF53的相互作用,爲VZV致病機制研究提供基礎(Virologica Sinica 2017)。此次發表的研究成果有望爲深入了解VZV衣壳與关键毒力因子的互作关系,进一步系统揭示病毒感染與致病机制提供重要支持。在VZV新型疫苗研发方面,與万泰生物合作开发基于反向遗传学技术构建了敲除ORF7的皮肤與神经双减毒的新型水痘减毒活疫苗(VZV-7D),已進入IIa期臨床試驗階段。

博士後王玮、高級工程師鄭清炳、博士生潘德全和俞海副教授爲該論文共同第一作者,夏甯邵教授、程通副教授、李少偉教授以及美國羅格斯大學朱桦(Hua Zhu)教授、加利福尼亞大學洛杉矶分校周正洪(Z. Hong Zhou)教授爲該論文的共同通訊作者。該研究獲得了國家自然科學基金、新藥創制國家科技重大專項和傳染病防治國家科技重大專項等資助。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41564-020-0785-y

(学院办公室 欧明展)