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动卫所在新布尼亚病毒组装和入侵机制研究方面取得新进展
近日，动卫所作为第一单位在国际顶级学术期刊Nature Communications（中科院大类一区，IF=16.6）以article的形式发表了题为“Cryo-EM structure of severe fever with thrombocytopenia syndrome virus”的研究论文，成功解析了SFTSV病毒粒子的近原子分辨率三维结构。该成果在中国农业科学院金宁一院士团队和我院廖明教授团队牵头下，联合吉林大学、华南农业大学、中国科学院、南方科技大学第一附属医院等多家国内外优势研究团队合作完成。
发热伴血小板减少综合征（severe fever with thrombocytopenia syndrome, SFTS）是在中国首次报道的一种新发出血热，由发热伴血小板减少综合征布尼亚病毒（SFTSV）（简称新布尼亚病毒）感染而引起的一种新的急性传染性疾病。在流行区域该病毒感染率约为1%~3%，病死率在6%~30%，平均病死率约为10%。目前对SFTSV的研究还处于初级阶段，尚无特效临床治疗药物和疫苗。由于该病常年散发流行，病情严重，病死率较高，急需开展病原相关研究，以期为疫苗或药物研发提供靶点。
SFTSV属于布尼亚病毒目（Bunyavirales）、白纤病毒科（Phenuiviridae），是一种带囊膜的分节段RNA病毒。SFTSV基因组其中一个片段M编码一个多聚蛋白前体，随后通过宿主细胞的蛋白酶裂解成N段和C段两个片段，形成其病毒粒子表面的两个刺突糖蛋白Gn和Gc。之前研究表明，SFTSV主要通过内吞途径入侵宿主细胞，其中Gn负责受体识别，而Gc介导病毒囊膜与内体膜的融合。因此，Gn和Gc成为病毒的主要免疫原，是设计疫苗和抗病毒药物的重要靶标。解析Gn和Gc的精细三维结构以及它们在病毒粒子表面的组装形式成为抗病毒研究的关键。然而，此前研究虽然报道了Gn和Gc部分结构域的原子结构，但是解析其完整蛋白结构，尤其是病毒粒子表面的原位结构，一直面临着巨大挑战。绝大多数布尼亚病毒呈现不规则形态，或者近似二十面体对称，并且具有非常显著的结构柔性，使得病毒粒子容易发生局部形变和扭曲，这极大限制了针对布尼亚病毒的结构生物学研究。此前通过单颗粒重构或电子断层扫描手段对几种布尼亚病毒粒子的研究一直局限于纳米级分辨率，因此，针对布尼亚病毒组装机制的很多基本问题仍未研究清楚。
SFTSV病毒粒子整体结构
研究团队通过优化病毒纯化制备策略，获得了高纯度且相对稳定的病毒样品用于结构研究。他们结合冷冻电子断层和单颗粒三维重构技术进行结构解析，并通过局部重构进一步提升分辨率。基于大批量的图像数据采集和深度分类，他们最终获得了4-5 Å局部分辨率的重构密度图，并成功搭建了Gn/Gc囊膜蛋白的完整结构模型。结构显示SFTSV Gn和Gc以异源二聚体形式存在于病毒粒子表面，并进一步以二聚体为结构单元形成五邻体（penton）和六邻体（hexon）的膜粒刺突（peplomer），从而构成一个近似二十面体的病毒颗粒。这种多个层次的组装模式将Gc的融合肽紧密包埋在内部，从而稳定在亚稳态的融合前构象。相邻的膜粒之间主要通过Gn/Gc的胞外结构域相互作用，然而其结合界面相对较小，这也解释了病毒粒子高度的结构柔性。其中，位于Gc第914位天冬酰胺上的糖基化修饰对于相邻膜粒间的相互作用极为关键，其突变极大程度破坏了病毒粒子的组装。这一位点在白纤病毒科多个成员，尤其是白蛉病毒属（Phlebovirus）中，高度保守，暗示着这一类病毒可能利用相似的机制进行组装。此外，由于Gn/Gc在病毒粒子表面的多层次组装形式，一些特定的抗原表位被隐藏在内部，只有通过病毒粒子的“呼吸”或者处于膜融合过程中变构才瞬时暴露。有趣的是，目前已知的很多抗体都靶向这类隐藏的表位，暗示着这些抗体能够与病毒粒子同时进入内体，通过干扰膜融合来抑制病毒入侵。
SFTSV病毒囊膜刺突结构细节
这项研究报道了迄今为止最高分辨率的布尼亚病毒粒子结构，为我们提供了前所未有的关于病毒组装的原子细节。这些发现极大促进了我们对于布尼亚病毒组装和入侵机制的理解，也为疫苗和药物设计提供了重要基础。
本研究得到国家自然科学基金（31972719）、中国医学科学院医学与健康科技创新工程项目（2020-12M-5-001）、广东省科技计划项目（2021B1212030015）、广东珠江人才计划项目（2019CX01N111）等资助，此工作也得到上海月新生科信息科技有公司和南方科技大学冷冻电镜中心的支持。
