2023年5月4日,《细胞》(Cell)在线发表了中国科学院生物物理研究所章新政课题组和清华大学医学院向烨课题组合作完成的研究论文。该工作解析了SFV与人源受体VLDLR复合物的高分辨率冷冻电镜结构,鉴定了一种甲病毒全新的受体结合位点,揭示了受体VLDLR的多个相似串联结构域通过协同作用与SFV特异性结合的新型机制。
该研究首次阐释了通用受体分子介导病毒实现跨物种传播的分子机制,为抗病毒药物设计及新型疫苗开发提供了新靶点。
甲病毒(alphavirus)是一类由蚊虫等节肢动物传播的、有囊膜、单链、正义RNA病毒,属于披膜病毒科(Togaviridae),能广泛感染人、鸟、鼠、马等多种动物并引起相关疾病。甲病毒感染人类后可引起发烧、严重且持续的头痛、肌肉疼痛和关节痛。一些甲病毒能感染神经细胞并导致中枢神经系统感染,引发重症脑炎。迄今为止,尚无任何药物或者疫苗被批准用来治疗或者预防甲病毒的感染。
2021年有研究报道表明载脂蛋白受体VLDLR(very-low-density lipoprotein receptor)是多种甲病毒,包括塞姆利基森林病毒(Semliki Forest Virus, SFV),感染蚊虫、鼠、马、人等多个物种的通用受体。介导病毒跨越差异较大的不同物种之间传播的通用受体鲜有报道,病毒与这类受体的结合模式及其介导的跨物种传播机制尚不清楚。
研究进一步发现,VLDLR通过其胞外多个富含半胱氨酸重复序列结构域(LDLR class A repeats,LAs)与SFV E1-DⅢ结合。单个LA结构域与病毒的结合力弱,其解离常数为1-30 M,而多个串联LA结构域与病毒的结合显著增强,其解离常数为1-100 nM。SFV表面受体结合位置E1-DⅢ在二次轴、五次轴附近相互靠近且密集排布,为多个LA结构域可能的协同结合提供了先决条件。
综上,该研究通过结构生物学手段,结合多种生化方法,首次阐述了多种宿主中进化上相对保守的通用细胞受体通过其多个相似结构域弱相互作用的协同工作与病毒特异性结合,从而介导病毒跨物种入侵的分子机制。