自然 | 王开拓团队揭示丙型肝炎病毒HCV表面糖蛋白E1/E2的高级复合物结构

慢性丙型肝炎是一种由丙肝病毒（HCV）引起的肝脏炎症性疾病。目前全球约有5000万慢性丙肝患者，每年新增病例约100万。据世界卫生组织统计，2022年约有242,000人因丙肝引发的肝硬化和肝癌等并发症死亡。尽管现有的丙肝特效药如索磷布韦和达拉他韦能够有效治疗，但昂贵的价格和复发风险依然存在，因此，开发预防性HCV疫苗尤为重要。

HCV是一种属于黄病毒科的单链正链RNA病毒，其基因组全长约9500个碱基对，编码一个3000多个氨基酸的多聚蛋白前体。该前体在宿主细胞内通过病毒蛋白酶裂解成多种独立的病毒蛋白，其中表面糖蛋白E1和E2位于病毒包膜上，是唯一的蛋白质组分。E1和E2以异源二聚体形式存在，是病毒侵入细胞的关键，也是现有抗体和潜在疫苗开发的主要靶点。然而，由于E1/E2复合物高度糖基化且结构不稳定，使得其结构解析非常困难。

2022年10月，《Science》杂志上发表的一项研究首次揭示了E1/E2的异二聚化界面及其糖基化修饰和抗体结合的关键结构信息。然而，由于复合物的跨膜结构域动态性较强，未能完全解析。同时，HCV病毒表面的E1/E2蛋白可能形成更高阶的复合物组装形式，但是否形成高阶聚体一直未得到验证。

2024年9月4日，哥本哈根大学和中国科学院植物研究所合作在《Nature》杂志上发表了一项研究，首次解析了HCV表面糖蛋白E1/E2的高阶复合物冷冻电镜结构。研究发现，HCV E1/E2在体外纯化后形成二聚体结构，而非常见的三聚体结构，这一发现对HCV疫苗设计具有重要意义。

研究团队克服了多项技术难题，通过在E2蛋白中间区域加入Strep标签，使得单独纯化蛋白复合物成为可能。尽管每次大规模纯化中仅能得到少量样品，研究者们仍成功进行了结构解析。通过多种冷冻电镜解析技术和基于深度学习的三维密度图后处理算法，研究者构建了几乎所有氨基酸序列的结构模型。

研究中最重要的发现是E1/E2异聚体能够进一步组装成二聚体复合物，这种二聚化由E2蛋白介导，主要基于氨基酸间的疏水和氢键相互作用。二聚化使得该区域被包裹在复合体内部，而其他暴露区域多为高度糖基化，这可能解释了HCV E1/E2糖蛋白复合物的低免疫原性。研究进一步证明，二聚体界面的氨基酸序列非常保守，其突变会影响二聚体的稳定性和病毒的侵染活性。

此次解析的结构还揭示了多种此前未被观察到的细节，包括E1和E2蛋白的跨膜螺旋区和E2蛋白N末端区域。特别是序列多样化的HVR1和结构不稳定的AS412区域，这些区域对HCV的免疫逃逸至关重要。研究发现，HVR1区域可以隐藏中和抗体和受体CD81的结合表位，而其结构在不同温度下会有一定程度的重排，这对病毒侵染和被免疫系统识别具有重要影响。

这项研究不仅丰富了我们对HCV表面糖蛋白结构的认识，也为未来开发有效的HCV疫苗提供了重要的理论依据和技术支持。

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