中英科学家解析甲型肝炎病毒全颗粒晶体结构

　　来自中国科学院生物物理研究所、牛津大学、中国食品药品检定研究院以及北京科兴控股生物有限公司的科学研究人员经过多年紧密合作，在甲型肝炎全病毒三维结构领域取得重大突破，该研究不仅揭示了甲型肝炎病毒的独有的结构特性、极强的稳定性、特殊的脱衣壳机制，而且从三维结构角度阐述了甲型肝炎病毒的进化关系。相关论文于2014年10月19日在Nature杂志上在线发表。

　　全球每年仍然有140万甲型肝炎病毒(HAV)感染病例，主要爆发于发展中国家。HAV病毒属于小RNA病毒科肝炎病毒属，尽管HAV病毒是较古老的病毒，虽然其灭活病毒制备的疫苗上市多年，但是仍然很多科学问题尚未研究清楚。中国科学院生物物理研究所饶子和院士研究组与牛津大学 David Stuart 教授研究组、中国食品药品检定研究院王军志教授和胡忠玉教授以及北京科兴控股生物有限公司尹卫东和高强等专家共同合作，解析了HAV成熟病毒和空心病毒两种状态的全颗粒高分辨率的晶体结构。HAV病毒的两种颗粒具有几乎相同的外表面结构，然而内表面却有很大不同。过去多年的科学研究中，HAV是否具有由23个氨基酸组成的衣壳蛋白vp4一直是个争议。该研究第一次证明HAV成熟病毒具有衣壳蛋白vp4，而空心病毒颗粒含有的是未被剪切的衣壳蛋白vp0前体。

　　病毒入侵宿主细胞的第一步是与其功能性受体结合，而甲型肝炎病毒与其功能性受体TIM1的结合模式和脱衣壳机制与其它小RNA病毒成员不同。在小RNA病毒科成员中，大部分病毒，尤其以肠道病毒为典型，与其功能性受体结合在病毒五次轴周围的“峡谷”处，“峡谷”处下面隐藏着疏水口袋，疏水口袋里结合一个脂类分子，又名“pocket factor”，口袋因子的释放能够起始病毒的脱衣壳过程。然而，结构分析表明HAV病毒颗粒因较短的vp1 BC loop和vp2 EF loop，使其不具备肠道病毒典型的“峡谷”结构特征，也意味着HAV病毒的受体结合方式与之不同。同时，HAV病毒衣壳蛋白也没有典型的疏水口袋，自然也不含有口袋因子，这暗示着HAV病毒采用不同的脱衣壳机制。HAV病毒具有极强的稳定性，耐酸耐碱耐高温，能在绝大多数有机溶液中存活，在自然环境中可存活几个月之久。热稳定性实验结果表明HAV病毒能够在pH 1-10保持着极好的稳定性，在弱酸环境下，HAV病毒能够忍受的裂解温度可高达81摄氏度。

　　与目前已经解析的小RNA病毒科成员三维结构比较，HAV病毒结构最大的不同在于其衣壳蛋白vp2的N端进行了180度偏移，转向了病毒二次轴处，增强了病毒五聚体与五聚体之间的相互作用力，部分解释HAV病毒具有的极强稳定性。HAV病毒这一独特的构象是在小RNA病毒科中第一次被发现，然而这一构象在昆虫病毒成员中却普遍存在。与昆虫病毒类似，HAV病毒也能够进行细胞之间的传递。这一系列相似的特性，不难想到HAV病毒与昆虫病毒之间的关系。基于全病毒衣壳蛋白三维结构开展的进化关系分析表明，HAV病毒不断进化时，逐渐脱离昆虫病毒方向，衍生出小RNA病毒的结构特征，在HAV病毒的基础上又逐渐进化出更多更高级的小RNA病毒成员。

　　该研究对于进一步解析HAV灭活病毒疫苗的免疫原性和保护机理具有重要意义，对于抗肝炎病毒药物的研发提供理论指导和新方向。该研究得到中国科学院先导项目“超大分子复合物”、国家973项目以及国家重大传染病专项的大力支持。

图示：甲型肝炎病毒全颗粒三维结构特征

（供稿：饶子和课题组）