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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30多次，造成數萬人死亡，病死率最高可達90%。至今非洲仍然面臨著埃博拉疫情暴發(fā)的危險。

好在全世界科學家對埃博拉病毒的研究始終沒有停下腳步，開發(fā)能有效抑制埃博拉病毒的小分子藥物一直是國際熱點和難點。

近日，一支中國研究團隊在頂尖學術期刊《自然》發(fā)表論文，首次解析了埃博拉病毒聚合酶的三維結構，揭示其工作的分子機制。同時，這項工作還發(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制。

這一結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發(fā)提供了新的靶點和方向。中國科學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。

研究團隊指出，埃博拉病毒基因組的轉錄與復制過程由病毒聚合酶L蛋白和其他輔助蛋白形成的復合物來共同完成。由于聚合酶復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發(fā)靶點。

但無論是對現(xiàn)有的靶向聚合酶藥物進行結構優(yōu)化，還是針對聚合酶保守位點開發(fā)新的藥物，都迫切需要弄清楚埃博拉病毒的復制機制，闡明其聚合酶發(fā)揮功能的分子基礎。不過，埃博拉病毒聚合酶的分子量大、不穩(wěn)定、易降解，這些因素導致其三維結構的解析一直是世界性難題，從而嚴重限制了靶向聚合酶的藥物開發(fā)。

中國研究團隊經過多年的嘗試摸索，此次成功表達純化獲得了埃博拉病毒聚合酶復合物蛋白（L-VP35復合物），并利用冷凍電鏡技術解析其高分辨率三維結構。

▲埃博拉病毒L-VP35聚合酶復合物整體結構（圖片來源：參考資料[1]；研究團隊提供）

結構分析發(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)定的復合物，其聚合酶活性結構域和加帽結構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)段負鏈RNA病毒的聚合酶結構相似，說明不分節(jié)段的負鏈RNA病毒聚合酶在進化過程中具有保守性。

研究團隊注意到，埃博拉病毒聚合酶的N端結構域有一個絲狀病毒特有的插入結構域，并在埃博拉病毒聚合酶發(fā)揮活性時是必不可少的，可成為潛在的抗病毒藥物研發(fā)靶點。

病毒聚合酶在生成子代RNA的過程中涉及多種構象變化，其中最重要的構象變化是從起始態(tài)到延伸態(tài)的轉變。在這項工作中，研究人員通過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)時的精細結構，并通過結構比對分析，確認了酶活中心的關鍵結構元件在延伸態(tài)時如何發(fā)生構象調整，以促進產物順利合成。

▲處于起始和延伸狀態(tài)時的聚合酶活性中心構象（圖片來源：參考資料[1]；研究團隊提供）

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蛋白形成復合物來介導病毒基因組復制和轉錄，一直存有爭議。而這項研究確認，VP35以四聚體形式與聚合酶L蛋白進行結合，L-VP35相互作用界面的分子細節(jié)為進一步開發(fā)靶向聚合酶的藥物提供了新的靶點以及重要指導信息。

圖片來源：參考資料[1]；研究團隊提供

▲L蛋白與VP35的相互作用細節(jié)：只有3個VP35蛋白與L蛋白發(fā)生直接相互作用，結合區(qū)域涉及L蛋白的手指結構域，手掌結構域和N端結構域，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昏睡病等寄生蟲疾病。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制。

而此次研究中，科學家們通過體外酶活和細胞復制子實驗發(fā)現(xiàn)，蘇拉明能有效地抑制埃博拉病毒聚合酶活性，并進一步利用冷凍電鏡技術解析了埃博拉病毒聚合酶與蘇拉明的復合物結構，揭示蘇拉明是通過結合在聚合酶的NTP進入通道，阻礙底物進入酶活中心而發(fā)揮抑制作用。

蘇拉明藥物與L蛋白相互作用的分子細節(jié)，為進一步改造和優(yōu)化蘇拉明藥物提供了關鍵參考信息。

▲蘇拉明藥物抑制埃博拉病毒聚合酶的分子機制（圖片來源：參考資料[1]；研究團隊提供）

綜上所述，這項研究首次解析了埃博拉病毒聚合酶的結構，闡明了其合成子代RNA的分子機制，明確了不分節(jié)段負鏈RNA病毒在進行轉錄和復制時，從起始狀態(tài)向延伸狀態(tài)轉變時的動態(tài)變化，為從分子水平理解埃博拉病毒復制機制奠定了關鍵理論基礎。

同時，該工作發(fā)現(xiàn)蘇拉明藥物能通過抑制NTP底物進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發(fā)提供了新的靶點和方向。

中國科學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。中國科學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。該研究得到了中國國家重點研發(fā)計劃、中科院戰(zhàn)略先導項目、國家自然科學基金和中國科學院青年創(chuàng)新促進會等項目的經費支持。

題圖來源：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

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