在6月14日以封麵形式發表於(yu) 《自然—微生物學》的一篇論文中，中科院微生物研究所研究員施一與(yu) 合作者利用冷凍電鏡技術，解析了兩(liang) 種沙粒病毒——拉沙病毒和馬秋波病毒的L聚合酶蛋白與(yu) 其相應基質蛋白Z的複合物結構，並進一步揭示了Z蛋白負調控聚合酶活性的作用機製。相關(guan) 發現可為(wei) 開發廣譜抗病毒藥物提供潛在靶點。

　　那麽(me) ，沙粒病毒是什麽(me) ？其在全球感染情況如何？此次研究如何為(wei) 開發廣譜性藥物提供指導？《中國科學報》就此采訪了論文通訊作者施一。

　　兩(liang) 個(ge) 關(guan) 鍵“靶點” 

　　沙粒病毒是一種RNA病毒，通過電鏡超薄切片觀察，因其病毒顆粒內(nei) 部通常會(hui) 有來自宿主細胞的核糖體(ti) 顆粒而呈現沙粒形態，故而得名。

　　施一介紹，目前所有已知能夠引起人類疾病的沙粒病毒都屬於(yu) 哺乳動物沙粒病毒屬。

　　其典型代表為(wei) 拉沙病毒。這種病毒通過老鼠等齧齒動物排泄物及患者的血液和體(ti) 液傳(chuan) 播，潛伏期為(wei) 6天到21天，主要症狀為(wei) 發燒、頭痛、喉嚨痛、腹瀉、咳嗽等，嚴(yan) 重時致人死亡。拉沙病毒主要流行於(yu) 非洲西部國家，每年可影響200萬(wan) ~300萬(wan) 人，造成約5000到10000人死亡。

　　然而，目前對於(yu) 拉沙病毒等大多數沙粒病毒感染，尚未有特效藥物與(yu) 疫苗，相關(guan) 疾病的治療仍具有較大困難。

　　沙粒病毒的轉錄和複製主要依賴於(yu) 病毒自身合成的“分子機器”——聚合酶（L蛋白）來完成。這一聚合酶對所有沙粒病毒來說都較為(wei) 保守，相關(guan) 靶向藥物更有希望獲得良好的特異性。

　　同時，在病毒生命周期中，沙粒病毒Z蛋白可以負調控L聚合酶的活性以及促進病毒粒子組裝。

　　然而，Z蛋白調節L聚合酶活性的機製尚不清楚。

　　揭示沙粒病毒L聚合酶的工作機製及其與(yu) Z蛋白相互作用的分子機製，對於(yu) 全麵了解沙粒病毒的複製機製至關(guan) 重要，也將為(wei) 沙粒病毒感染相關(guan) 疾病的預防和治療提供新的指導方向。

　　病毒複製“主控”：L聚合酶二聚化 

　　根據沙粒病毒進化及其流行的地理學特征，哺乳動物沙粒病毒屬又可分為(wei) 舊大陸和新大陸沙粒病毒群。

　　為(wei) 了係統地研究沙粒病毒的複製機製，施一團隊前期分別解析了舊大陸和新大陸沙粒病毒群中兩(liang) 個(ge) 代表性病毒——拉沙病毒和馬秋波病毒聚合酶的精細三維結構。

　　馬秋波病毒於(yu) 1959年首次在玻利維亞(ya) 被發現，該病毒由老鼠攜帶。染病初期會(hui) 出現流感樣症狀，如發熱、頭痛以及厭食等。隨著病程進一步惡化，患者會(hui) 出現嘔吐、過敏以及血管損傷(shang) 等症狀，嚴(yan) 重者甚至會(hui) 發展至全身性組織出血和多器官衰竭，從(cong) 而引起死亡，病死率高達30%。

　　通過結構分析和生化實驗，他們(men) 發現沙粒病毒聚合酶的酶活中心處於(yu) 天然開啟的活性構象，並揭示了聚合酶與(yu) RNA的識別模式，初步闡明了L聚合酶自身二聚化對其複製和轉錄活性的調控作用。

　　這些發現為(wei) 理解不同沙粒病毒在進化上的聯係和差異提供了關(guan) 鍵信息，也為(wei) 後續靶向沙粒病毒聚合酶的藥物設計提供了新的候選靶點。相關(guan) 研究去年發表於(yu) 《自然》。

　　Z蛋白：負調控聚合酶活性 

　　在此基礎上，施一團隊進一步研究了沙粒病毒基質蛋白Z負調控聚合酶活性的分子機理。

　　他們(men) 利用冷凍電鏡技術分別解析了拉沙病毒和馬秋波病毒聚合酶L蛋白與(yu) 其相應基質蛋白Z結合的複合物結構，以及L-Z二元複合體(ti) 與(yu) 3’-vRNA結合的三元複合體(ti) 結構。

　　結構顯示，每對複合物中一個(ge) Z蛋白以單體(ti) 形式結合在一個(ge) 聚合酶上，且結合位點位於(yu) 聚合酶的“手掌結構域”外圍，與(yu) RNA結合位點相距甚遠，說明Z蛋白結合後並不影響聚合酶“招募”RNA模板，暗示著Z蛋白可能是通過別構效應來負調控聚合酶活性。

　　研究人員進一步發現，Z蛋白結合在聚合酶中兩(liang) 個(ge) 催化基序的遠端，推測可能阻礙這兩(liang) 個(ge) 催化元件在RNA合成過程中的構象變化，以使聚合酶失去催化活性。他們(men) 利用氫氘交換質譜實驗證明了這個(ge) 假設。

　　研究人員還發現，Z蛋白通過其中間結構域與(yu) L蛋白結合，其中一段高度保守的疏水性環主導了與(yu) L聚合酶蛋白的相互作用。

　　由於(yu) 此結合基序高度保守，他們(men) 還觀察到拉沙病毒和馬秋波病毒Z蛋白和L蛋白能夠在體(ti) 外呈現交叉抑製效果，這一現象表明舊大陸和新大陸沙粒病毒Z蛋白調控L蛋白RNA合成的保守機製。

　　作者表示，上述發現為(wei) 靶向聚合酶的廣譜抗病毒藥物設計提供了全新方向，提示可以通過抑製聚合酶保守性功能基序的構象變化來進行廣譜性抑製劑開發。

　　相關(guan) 論文信息： 

　　https://doi.org/10.1038/s41564-021-00916-w