點(diǎn)擊關(guān)注不迷路 ↑ ↑

普及科學(xué)知識(shí)，傳播科學(xué)精神

自1976年首次在非洲扎伊爾和蘇丹被發(fā)現(xiàn)后，埃博拉病毒已在非洲肆虐了近50年，暴發(fā)過(guò)30多次，造成數(shù)萬(wàn)人死亡，病死率最高可達(dá)90%。至今非洲仍然面臨著埃博拉疫情暴發(fā)的危險(xiǎn)。

好在全世界科學(xué)家對(duì)埃博拉病毒的研究始終沒(méi)有停下腳步，開(kāi)發(fā)能有效抑制埃博拉病毒的小分子藥物一直是國(guó)際熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

近日，一支中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)在頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表論文，首次解析了埃博拉病毒聚合酶的三維結(jié)構(gòu)，揭示其工作的分子機(jī)制。同時(shí)，這項(xiàng)工作還發(fā)現(xiàn)了一種百年老藥——蘇拉明（suramin）抑制埃博拉病毒聚合酶活性的機(jī)制。

這一結(jié)果為防控埃博拉疫情提供了候選治療方案，也為抗埃博拉病毒的藥物開(kāi)發(fā)提供了新的靶點(diǎn)和方向。中國(guó)科學(xué)院微生物研究所研究人員施一和高福為論文共同通訊作者。

研究團(tuán)隊(duì)指出，埃博拉病毒基因組的轉(zhuǎn)錄與復(fù)制過(guò)程由病毒聚合酶L蛋白和其他輔助蛋白形成的復(fù)合物來(lái)共同完成。由于聚合酶復(fù)合物在不同的絲狀病毒中具有高度保守性，是非常理想的廣譜性抗病毒藥物開(kāi)發(fā)靶點(diǎn)。

但無(wú)論是對(duì)現(xiàn)有的靶向聚合酶藥物進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，還是針對(duì)聚合酶保守位點(diǎn)開(kāi)發(fā)新的藥物，都迫切需要弄清楚埃博拉病毒的復(fù)制機(jī)制，闡明其聚合酶發(fā)揮功能的分子基礎(chǔ)。不過(guò)，埃博拉病毒聚合酶的分子量大、不穩(wěn)定、易降解，這些因素導(dǎo)致其三維結(jié)構(gòu)的解析一直是世界性難題，從而嚴(yán)重限制了靶向聚合酶的藥物開(kāi)發(fā)。

中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年的嘗試摸索，此次成功表達(dá)純化獲得了埃博拉病毒聚合酶復(fù)合物蛋白（L-VP35復(fù)合物），并利用冷凍電鏡技術(shù)解析其高分辨率三維結(jié)構(gòu)。

▲埃博拉病毒L-VP35聚合酶復(fù)合物整體結(jié)構(gòu)（圖片來(lái)源：參考資料[1]；研究團(tuán)隊(duì)提供）

結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，埃博拉病毒的聚合酶L蛋白與VP35蛋白四聚體形成穩(wěn)定的復(fù)合物，其聚合酶活性結(jié)構(gòu)域和加帽結(jié)構(gòu)域與呼吸道合胞病毒（RSV）和狂犬病毒（RABV）等其它同為不分節(jié)段負(fù)鏈RNA病毒的聚合酶結(jié)構(gòu)相似，說(shuō)明不分節(jié)段的負(fù)鏈RNA病毒聚合酶在進(jìn)化過(guò)程中具有保守性。

研究團(tuán)隊(duì)注意到，埃博拉病毒聚合酶的N端結(jié)構(gòu)域有一個(gè)絲狀病毒特有的插入結(jié)構(gòu)域，并在埃博拉病毒聚合酶發(fā)揮活性時(shí)是必不可少的，可成為潛在的抗病毒藥物研發(fā)靶點(diǎn)。

病毒聚合酶在生成子代RNA的過(guò)程中涉及多種構(gòu)象變化，其中最重要的構(gòu)象變化是從起始態(tài)到延伸態(tài)的轉(zhuǎn)變。在這項(xiàng)工作中，研究人員通過(guò)改變冷凍電鏡的制樣條件，捕捉到了埃博拉病毒聚合酶處于延伸狀態(tài)時(shí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)結(jié)構(gòu)比對(duì)分析，確認(rèn)了酶活中心的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)元件在延伸態(tài)時(shí)如何發(fā)生構(gòu)象調(diào)整，以促進(jìn)產(chǎn)物順利合成。

▲處于起始和延伸狀態(tài)時(shí)的聚合酶活性中心構(gòu)象（圖片來(lái)源：參考資料[1]；研究團(tuán)隊(duì)提供）

此外，病毒VP35作為聚合酶L蛋白發(fā)揮活性不可或缺的伴侶蛋白，以何種形式與聚合酶L蛋白形成復(fù)合物來(lái)介導(dǎo)病毒基因組復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，一直存有爭(zhēng)議。而這項(xiàng)研究確認(rèn)，VP35以四聚體形式與聚合酶L蛋白進(jìn)行結(jié)合，L-VP35相互作用界面的分子細(xì)節(jié)為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)靶向聚合酶的藥物提供了新的靶點(diǎn)以及重要指導(dǎo)信息。

圖片來(lái)源：參考資料[1]；研究團(tuán)隊(duì)提供

▲L蛋白與VP35的相互作用細(xì)節(jié)：只有3個(gè)VP35蛋白與L蛋白發(fā)生直接相互作用，結(jié)合區(qū)域涉及L蛋白的手指結(jié)構(gòu)域，手掌結(jié)構(gòu)域和N端結(jié)構(gòu)域，以氫鍵和疏水相互作用為主

早在100多年前，人們發(fā)現(xiàn)一種叫蘇拉明的藥物可以治療非洲錐蟲(chóng)昏睡病等寄生蟲(chóng)疾病。而在埃博拉疫情暴發(fā)后，一些研究提示，蘇拉明有良好的體外抗埃博拉病毒活性，但不清楚確切的分子機(jī)制。

而此次研究中，科學(xué)家們通過(guò)體外酶活和細(xì)胞復(fù)制子實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，蘇拉明能有效地抑制埃博拉病毒聚合酶活性，并進(jìn)一步利用冷凍電鏡技術(shù)解析了埃博拉病毒聚合酶與蘇拉明的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，揭示蘇拉明是通過(guò)結(jié)合在聚合酶的NTP進(jìn)入通道，阻礙底物進(jìn)入酶活中心而發(fā)揮抑制作用。

蘇拉明藥物與L蛋白相互作用的分子細(xì)節(jié)，為進(jìn)一步改造和優(yōu)化蘇拉明藥物提供了關(guān)鍵參考信息。

▲蘇拉明藥物抑制埃博拉病毒聚合酶的分子機(jī)制（圖片來(lái)源：參考資料[1]；研究團(tuán)隊(duì)提供）

綜上所述，這項(xiàng)研究首次解析了埃博拉病毒聚合酶的結(jié)構(gòu)，闡明了其合成子代RNA的分子機(jī)制，明確了不分節(jié)段負(fù)鏈RNA病毒在進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和復(fù)制時(shí)，從起始狀態(tài)向延伸狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的動(dòng)態(tài)變化，為從分子水平理解埃博拉病毒復(fù)制機(jī)制奠定了關(guān)鍵理論基礎(chǔ)。

同時(shí)，該工作發(fā)現(xiàn)蘇拉明藥物能通過(guò)抑制NTP底物進(jìn)入酶活中心而有效抑制埃博拉病毒聚合酶的活性，不僅為防控埃博拉疫情提供了候選治療方案，也為抗埃博拉病毒的藥物開(kāi)發(fā)提供了新的靶點(diǎn)和方向。

中國(guó)科學(xué)院微生物研究所博士生袁斌和研究人員彭齊為該研究論文共同第一作者，博士后程晉龍和研究人員王敏也參與了該研究課題。中國(guó)科學(xué)院微生物研究所研究人員施一和高福為本文共同通訊作者。該工作也得到了中科院微生物所研究人員齊建勛和上海巴斯德所研究人員鐘勁的大力支持。該研究得到了中國(guó)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。

題圖來(lái)源：Wikipedia，public domain，credit：CDC/ Dr. Frederick A. Murphy

參考資料：

[1] Bin Yuan et al, Structure of the Ebola virus polymerase complex, Nature (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05271-2

免責(zé)聲明：藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊(duì)專注介紹全球生物醫(yī)藥健康研究進(jìn)展。本文僅作信息交流之目的，文中觀點(diǎn)不代表藥明康德立場(chǎng)，亦不代表藥明康德支持或反對(duì)文中觀點(diǎn)。本文也不是治療方案推薦。如需獲得治療方案指導(dǎo)，請(qǐng)前往正規(guī)醫(yī)院就診。