Nature | 武汉病毒所CCHFV复制机制与核苷类抑制剂研究获进展

编辑丨Yan

根据国际病毒分类委员会（ICTV）最新分类，CCHFV属于布尼亚病毒纲（Bunyaviricetes）沙粒病毒目（Hareavirales）内罗病毒科（Nairoviridae），其基因组为单股负链RNA形式，由 L（large）、M（medium）和 S（small）三个节段组成。其中，L节段的互补链编码L（large）蛋白，是病毒RNA转录和复制的核心机器，也是抗病毒药物研究的关键靶标。CCHFV L蛋白由3945个氨基酸残基构成，分子量约450 kDa，是目前已知的分子量最大的单亚基核酸聚合酶之一，与布尼亚病毒纲的代表性病毒拉克罗斯病毒（La Crosse virus，LACV）的L蛋白相比，其分子量接近后者的两倍，但两者的主要功能分区基本一致，均由位于中段的依赖RNA的RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，RdRP）和位于两端的夺帽功能区构成（图1a）。因此，CCHFV L蛋白很可能包含更多的复制相关元件和拥有更复杂的调控机制。核苷药物可通过模拟病毒RdRP的天然底物三磷酸核苷（NTP）参与并抑制病毒转录和复制过程，是抗病毒小分子药物研发的首选小分子类别之一，数量占到上市的抗病毒小分子药物的半数以上。例如，2013年获批上市的索非布韦（sofosbuvir）针对属于正链RNA病毒的丙型肝炎病毒（hepatitis C virus，HCV），彻底改写了治疗格局，使丙型肝炎的治愈成为现实。然而，针对包括布尼亚病毒在内的负链RNA病毒，特效核苷药物的研发尚未取得实质性突破。

研究揭示产物链长度为14个核苷酸的CCHFV RdRP延伸复合物（EC14，分辨率3.0埃）的冷冻电镜结构，该结构较完整地呈现了CCHFV L蛋白的整体构架并揭示了多个可能与复制相关的元件（图1）。结构分析发现，夺帽功能区的UPD和RdRP区的FID两个内罗病毒科特有元件分别位于聚合酶活性中心的上游和下游且均具有RNA结合能力，可能在长链RNA合成中发挥功能；病毒学研究则表明这两个元件均对病毒微基因组在细胞水平的扩增起到重要作用，验证了其功能相关性（图2）。该研究进一步发现，与索非布韦具有等同核糖修饰的三磷酸核苷（XNTP）可高效掺入并抑制CCHFV RdRP合成RNA，而对与CCHFV同目不同科的裂谷热病毒和拉沙病毒的RdRP则不具有掺入活性。与索非布韦三磷酸核苷（XUTP）对HCV RdRP的干预效果相比，数种XNTP在近似条件下对CCHFV RdRP可达到同等水平的抑制程度（图3）。以上研究为深入开展内罗病毒转录和复制机制研究奠定了关键基础，也为开发针对CCHFV的特效核苷药物提供了直接依据。

图1. CCHFV RdRP延伸复合物结构。a）CCHFV L蛋白与LACV L蛋白功能分区高度相似，但前者分子量接近后者的两倍。b）CCHFV RdRP延伸复合物结构揭示了多个可能与复制相关的元件和相互作用网络。

图2. 复制相关元件UPD和FID对CCHFV微基因组在细胞水平的扩增起到重要作用。a）与LACV相比，CCHFV RdRP EC中存在多个可能调控复制的元件和相互作用网络。b）包括UPD和FID在内的元件和网络均在病毒微基因组复制中发挥重要作用。

图3. 抗CCHFV核苷母核的发现。a）CCHFV RdRP结构特征提示其可能对核糖修饰核苷产生特异性识别。b）与索非布韦具有等同核糖修饰的三磷酸核苷（XNTP）可高效掺入RNA产物链并具备终止合成的特性。c）在NTP竞争实验中，数种XNTP在CCHFV体系中表现出与索非布韦三磷酸核苷（XUTP）在HCV体系中相近的竞争性。

武汉病毒所多个团队参与了本研究工作，龚鹏研究员和王曼丽研究员为相关论文的共同通讯作者，龚鹏/吴继芹团队的助理研究员荚恒霞，博士研究生唐博、刘顺礼、闻馨和王曼丽/胡志红团队的博士研究生吴凡为共同第一作者。