Cell Host & Microbe：史佩勇/谢旭平团队阐释登革病毒组装新机制

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黄病毒属包含众多严重威胁人类健康的病原，如登革病毒、寨卡病毒、黄病毒、日本脑炎病毒、西尼罗病毒等。登革病毒经蚊虫传播，感染人群后可引起类似流感的轻微症状，如发热、头痛、肌肉痛、关节痛（登革热），也可引发登革出血热及登革热休克综合症等致命性疾病。在没有医疗干预的情况下，登革病毒感染可造成多达20%的重症登革热患者死亡。

目前，全世界40%的地区面临登革热感染风险，每年约有3.9亿人感染。随着全球变暖、人口流动，这一威胁日益严重。登革热在我国海南、广东、福建、江西、台湾等地流行。2018年，登革热被世界卫生组织（WHO）入选为全球卫生面临的10项威胁之一。

目前，赛诺菲巴斯德开发的四价减毒活疫苗Dengvaxia已获批在巴西、墨西哥等国使用。但是，该疫苗的使用效果不佳；而且，未接触过登革病原的儿童在注射该疫苗后，如果被登革病毒感染，将面临病情加剧的风险。

为此，WHO建议仅在登革热高发的疫区使用该疫苗。另外，虽然多年来各大制药企业及研究机构致力于抗病毒药物的研发，但是目前临床上仍然没有任何药物可以用来治疗登革病毒感染。因此，深入理解登革病毒复制及组装等环节的分子机制，将有助于新型疫苗及抗病毒药物的研发。

病毒组装是病毒生命周期必不可少的环节。黄病毒的组装不仅需要病毒基因组和衣壳蛋白（C）、膜蛋白prM及包膜蛋白（E）等结构蛋白，也需要NS2A、NS1、NS2B和NS3等非结构蛋白的辅助。目前，对于黄病毒组装的许多细节，如病毒核衣壳（C蛋白和基因组RNA的复合物）如何形成、核衣壳如何被病毒外壳（由病毒蛋白prM和E及脂质双分子层组成）包裹、非结构蛋白如何调控病毒组装等，我们知之甚少。

2019年10月17日，美国得克萨斯大学医学分部史佩勇团队在Cell Host & Microbe杂志上发表了标题为Dengue NS2A protein orchestrates virus assembly的长文文章，揭示了黄病毒组装的重要细节。

蛋白前体（C-ancorC-prM）的有序切割是保障黄病毒高效组装的先决条件。研究人员通过分子生物学的方法，发现病毒NS2A蛋白的一个点突变（G11A）可导致病毒在哺乳动物细胞中组装功能的完全丧失，但并不影响病毒RNA的合成（图1）。

图1. NS2A 点突变G11A 导致C-anchorC 无法切割、结构蛋白C、prM 和E的表达或定位改变，病毒组装无法完成

深入研究发现，该突变特异性地增强了蛋白NS2A与prM的相互作用，引起了prM构象改变，并迫使prM氮端的先导信号肽（anchorC）向内质网膜内移动。这一构象上的移动使得位于C和anchorC链接处的蛋白酶切割位点被内质网膜掩盖，从而阻碍了病毒蛋白酶NS2B-3在该处的切割 （图2），进而改变了病毒C、prM和E结构蛋白在细胞内的表达和定位，最终导致病毒组装无法完成。通过更精细的突变方法，研究人员证实G11A可导致anchorC向膜内移动两个氨基酸的距离。重要的是，类似的作用机制同样发生于病毒感染的蚊虫细胞中。

图2. NS2A 点突变G11A引起anchorC向内质网膜内移动了两个氨基酸，影响了C-prM的切割

随后，为了理解病毒RNA如何被包装进入病毒颗粒，研究人员深入研究了病毒RNA与NS2A的相互作用。通过系列的RNA-蛋白结合及PAR-CLIP实验，作者发现NS2A可特异性结合位于病毒基因组端的3ʹ端（3ʹUTR）的最后285个非翻译核苷酸序列。

而且，NS2A中位于胞质侧的肽段（93-100）序列对于NS2A和3ʹUTR的相互作用至关重要。突变该肽链中的三个带电氨基酸（R94, K95, K99）可显著性削弱NS2A和3ʹUTR的相互作用，同时导致病毒组装缺陷。

最后，研究人员提出了黄病毒的组装模型 （图3）。在病毒复制晚期，NS2A结合到新和成的病毒正义链RNA 3ʹUTR的上，将病毒RNA从病毒复制复合体（Replication complex）导向病毒包装区域（Assembly site）。

此外，NS2A通过结合prM和NS3蛋白，将C-prM-E蛋白前体和蛋白酶NS2B-3招募至该包装区域。随后，蛋白酶NS2B-3率先将C-prM-E切割成成熟的C和anchorC-prM，后者进而被宿主信号肽酶切割，产生成熟的prM 蛋白。

成熟的C蛋白结合病毒基因组RNA形成核衣壳。成熟prM蛋白与E蛋白结合并多聚化。在此多聚化的过程中，核衣壳被由prM/E及内质网膜组成的外壳包裹，产生病毒颗粒。该研究架构了黄病毒组装的新模型，并为抗病毒药物研究提供了新思路。

图3. 黄病毒的组装模型

史佩勇团队博士后谢旭平博士为论文的第一作者和共同通讯作者；史佩勇教授为论文的另一共同通讯作者。

史佩勇教授现为美国微生物学院士。其团队长期从事黄病毒的基础和转化研究，在黄病毒反向遗传学系统建立、减毒活疫苗研发、血清学检测、药物筛选、致病性研究等方面取得了突出成就，在Nature、Cell、Science、Nature Medicine、Immunity、Cell Host & Microbe、Cell Research、Nature Communications、PLoS Pathogen、Journal of Clinical Investigation、Nucleic Acids Research、Cell Reports、Ebiomedicine、MBio、Journal of Medicinal Chemistry、Elife、Antiviral Research、Journal of Virology等期刊累计发表文章200多篇，累计引用次数17561（by Google scholar）。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.chom.2019.09.015