今年9月，非洲烏干達再次出現埃博拉疫情。這意味著埃博拉病毒這把“達摩克利斯之劍”依然懸在頭頂，時刻威脅著人們的健康。

科學界一直想研制一款成本低、有利于推廣的廣譜性抗埃博拉病毒小分子藥物，卻缺乏理論指導。埃博拉病毒聚合酶三維結構的解析是世界性難題。

現在，中國科學院微生物研究所高福院士團隊和施一研究員團隊合作，首次解析了埃博拉病毒聚合酶復合物的三維結構，為從分子水平理解埃博拉病毒復制機制奠定了關鍵理論基礎。他們還解析了百年老藥蘇拉明能有效抑制埃博拉病毒聚合酶活性的分子機制，為抗埃博拉病毒的藥物開發提供了新的靶點和方向。相關研究9月28日發表于《自然》。

找到“復制機器”

埃博拉病毒病是由埃博拉病毒引起的烈性急性傳染病，主要在人或靈長目動物之間傳播。自1976年首次在非洲扎伊爾(現剛果民主共和國)和蘇丹被發現后，埃博拉病毒已在非洲肆虐了近50年，暴發過30多次，造成數萬人死亡，病死率最高可達90%。

目前，市面上有兩款扎伊爾型埃博拉病毒抗體藥物。“抗體藥物具有特異性，不能用于治療其他類型埃博拉病毒以及馬爾堡病毒等絲狀病毒。而且容易發生免疫逃逸，有可能造成抗體藥物效果變差甚至無效。”論文通訊作者施一對《中國科學報》說。

此外，他表示，由于抗體藥物制造成本比較高，需要低溫儲存，不利于在非洲地區普及推廣使用。開發有效安全的廣譜性抗病毒小分子藥物是應對不同類型埃博拉病毒和其他絲狀病毒感染的重要研究方向。

科學家已經發現，埃博拉病毒基因組的轉錄與復制過程由病毒聚合酶L蛋白和其他輔助蛋白形成的復合物共同完成。聚合酶復合物是非常理想的廣譜性抗病毒藥物開發靶點。

此前研究還發現，瑞德西韋和法比拉韋這兩款藥物具有良好的體外抗病毒活性，臨床效果卻不理想。目前，臨床上尚無批準可用于治療埃博拉病毒感染的小分子藥物。

那么，現有的靶向聚合酶藥物如何進行結構優化?能否針對聚合酶保守位點開發新的藥物來治療埃博拉病毒病?回答這些問題，需要研究人員弄清楚埃博拉病毒的復制機制。

埃博拉病毒屬于絲狀病毒科。過去近10年，科學家對這種病毒的復雜結構已經有了一些了解，比如它的核糖核酸(RNA)基因組被核蛋白(NP)包裹，形成核糖核蛋白復合體(RNP)，進一步與聚合酶蛋白(L)、病毒輔助蛋白(VP35)、轉錄激活蛋白(VP30)和核衣殼相關蛋白(VP24)結合，形成螺旋狀核衣殼結構，并被基質蛋白(VP40)環繞，進一步與病毒表面刺突糖蛋白(GP)形成完整病毒顆粒。

解析埃博拉病毒聚合酶三維結構是全球病毒學家面臨的一個挑戰。經過多年嘗試摸索，施一與高福合作團隊獲得了埃博拉病毒聚合酶復合物蛋白(L-VP35復合物)，并利用冷凍電鏡技術解析其高分辨率三維結構。他們發現，埃博拉病毒聚合酶L蛋白會與VP35蛋白四聚體形成穩定的復合物，進行病毒基因組復制和轉錄。

揭開“共舞”機制

通過深入觀察，研究團隊對聚合酶復合物的動態構象變化有了微觀水平的了解。

作為病毒“復制機器”的核心，聚合酶在生成子代RNA的過程中涉及多種構象變化，從而促進產物順利合成。其中最重要的構象變化是從起始態到延伸態的轉變。

在此前研究的基礎上，科研人員通過改變冷凍電鏡的制樣條件，捕捉到了埃博拉病毒聚合酶處于延伸態時的精細結構。

VP35蛋白如何與L蛋白“共舞”?研究發現，在病毒復制過程中，VP35蛋白會像“橋梁”一樣，起到連接L蛋白和RNP的功能。“當L蛋白進行病毒基因組復制時，以螺旋形的RNP為模板，而不是以裸露的RNA為模板，這時VP35蛋白主要行使分子伴侶功能，介導L蛋白以RNP為單元進行復制。”施一說。

他解釋，VP35蛋白四聚體除了中間的寡聚化結構域外，兩頭分別有4個N端(氨基端)結構域和4個C端(羧基端)結構域。

其中一個C端結合到L蛋白上，進一步穩定L蛋白與VP35蛋白四聚體的結合，同時另外7個端會像“八爪魚的腕足”一樣，幫助L蛋白在RNP結構上發生滑動，并結合單體狀態下的RNP，阻止其與宿主RNA發生非特異性相互作用，保證單體NP能夠用于子代RNP的生成。

“如果沒有VP35蛋白，L蛋白就沒法進行基因組復制和轉錄。”施一表示，如果阻斷二者的結合，病毒將無法復制。

指導藥物設計與優化

開發有效抑制埃博拉病毒的小分子藥物一直是國際熱點，也是難點。

施一表示，了解L-VP35復合物相互作用界面的分子細節，為進一步開發靶向聚合酶的藥物提供了新的靶點以及重要指導信息。

值得注意的是，研究者指出，埃博拉病毒聚合酶的N端結構域區域具有一個絲狀病毒特有的插入結構域，在其發揮活性時必不可少，可成為潛在的抗病毒藥物研發靶點。

研究團隊還對百年老藥蘇拉明體外抗埃博拉病毒活性的分子機制進行了探索。

蘇拉明是20世紀初由德國化學家保羅·埃利希首次分離出來的，從20世紀20年代初被廣泛用于治療非洲昏睡病和盤尾絲蟲病等寄生蟲病。近年來，科學家發現蘇拉明具有抗新冠肺炎以及癌癥的活性。前期初步研究提示蘇拉明也具有抗埃博拉病毒的活性，但其作用機制不甚清楚。

研究人員通過體外酶活和細胞復制子實驗，發現蘇拉明能有效抑制埃博拉病毒聚合酶活性，并進一步利用冷凍電鏡技術解析了埃博拉病毒聚合酶與蘇拉明的復合物結構，揭示蘇拉明是通過結合在聚合酶的三磷酸核糖核苷酸進入通道，阻礙底物進入酶活中心而發揮抑制作用。蘇拉明與L蛋白相互作用的分子細節，為進一步改造和優化蘇拉明藥物提供了關鍵參考信息。

本報記者 馮麗妃

一位同行評審人表示，埃博拉病毒L蛋白結構一直是該領域公認的空白，這項研究提供了重要信息，有助于促進基于結構的抗病毒藥物設計。

關鍵詞： 揭開埃博拉病毒“復制機器”的面紗 有助于指導藥物設計與優化 體外酶活和細胞復制子實驗 有效抑制埃博拉病毒聚合酶活性