兩種不同p H 條件下埃博拉 GP 與 Fab114 和 Fab100 復(fù)合物冷凍電鏡 結(jié)構(gòu)
本報(bào)訊 日前，我校醫(yī)學(xué)院向燁研究組與美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生院南希（NancyJ.Sullivan）研究組和達(dá)特茅斯蓋澤爾醫(yī)學(xué)院杰森（JasonS.McLellan）研究組合作在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表題為《人源保護(hù)性抗體中和埃博拉病毒的結(jié)構(gòu)與分子基礎(chǔ)》的研究論文，闡述了兩種針對(duì)埃博拉病毒人源中和性抗體的作用機(jī)制。
人源埃博拉病毒中和性抗體mAb100和mAb114是從1995年剛果埃博拉疫情暴發(fā)時(shí)一名埃博拉病毒感染幸存者血清中分離得到。杰森研究組對(duì)一系列抗體實(shí)驗(yàn)篩選之后發(fā)現(xiàn)這兩種抗體對(duì)動(dòng)物的保護(hù)作用最明顯。當(dāng)兩種抗體共同作用或者mAb114抗體單獨(dú)作用于埃博拉病毒感染的動(dòng)物時(shí)，動(dòng)物全部存活并不再有病毒感染的臨床表現(xiàn)。雖然是從20年之前感染病毒的幸存者血清中分離得到，但是這兩種抗體對(duì)近40年來(lái)所有已知的埃博拉病毒都有中和活性。這兩種抗體的發(fā)現(xiàn)及一系列性質(zhì)鑒定工作在《科學(xué)》雜志同期的另一篇論文中有詳細(xì)描述。
后續(xù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這兩種抗體的作用靶點(diǎn)都位于埃博拉病毒表面糖蛋白GP。為了闡明這兩種抗體的工作機(jī)制，需要從結(jié)構(gòu)生物學(xué)的角度研究?jī)煞N抗體與埃博拉病毒表面GP蛋白的結(jié)合方式和作用機(jī)理。利用我校冷凍電子顯微鏡平臺(tái)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，向燁研究組完成了GP蛋白與兩種抗體抗原結(jié)合片段（Fab）復(fù)合物在兩種不同pH下的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)研究，結(jié)合合作者的晶體學(xué)、生物化學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，揭示了埃博拉GP蛋白與兩種抗體Fab片段復(fù)合物的精細(xì)結(jié)構(gòu)，并依此解釋了這兩種高效抗體的作用機(jī)制。
埃博拉病毒屬于帶囊膜的線狀病毒，在入侵宿主細(xì)胞的過(guò)程中，病毒首先會(huì)被內(nèi)吞進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，形成內(nèi)吞體。隨著內(nèi)吞體中環(huán)境pH的降低，pH依賴(lài)的蛋白酶會(huì)剪切GP蛋白，從而暴露出受體結(jié)合區(qū)域；GP蛋白受體結(jié)合區(qū)域會(huì)進(jìn)一步與宿主細(xì)胞內(nèi)吞體膜上的受體蛋白NPC1相互作用，導(dǎo)致剪切后的GP蛋白進(jìn)一步發(fā)生構(gòu)象變化，從而引發(fā)后續(xù)的膜融合過(guò)程，使得病毒的囊膜與宿主內(nèi)吞體膜發(fā)生融合，并將病毒遺傳物質(zhì)釋放到宿主細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，從而實(shí)現(xiàn)病毒對(duì)宿主細(xì)胞的感染。在此過(guò)程中，如果有抗體能夠緊密結(jié)合GP蛋白的相關(guān)區(qū)域，阻礙這一過(guò)程中任一關(guān)鍵步驟的發(fā)生，就可能達(dá)到對(duì)抗病毒的效果。研究發(fā)現(xiàn)，mAb100結(jié)合在GP蛋白的酶切位點(diǎn)處，在空間上阻礙了蛋白酶對(duì)GP蛋白的剪切，并且可以使GP蛋白在pH值降低時(shí)不發(fā)生顯著構(gòu)象變化；mAb114結(jié)合在GP蛋白的受體結(jié)合區(qū)域，能阻礙宿主細(xì)胞的受體與GP的相互作用。兩種抗體通過(guò)對(duì)病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞過(guò)程中不同步驟的阻礙，起到了中和病毒的目的。
這兩種抗體的結(jié)合位點(diǎn)與之前已知的埃博拉GP蛋白抗體的結(jié)合位點(diǎn)不同，尤其是mAb114抗體，它直接結(jié)合在GP蛋白的受體結(jié)合區(qū)域(RBD)，由于RBD被GP蛋白的其它區(qū)域遮蓋，之前研究認(rèn)為很難成為抗體的靶點(diǎn)。而這兩種抗體起作用的步驟對(duì)所有線狀病毒科的病毒都是共有的，包括引起前年和去年非洲大爆發(fā)的埃博拉病毒以及另一種高致病性的馬爾堡病毒，研究對(duì)針對(duì)這些病毒的疫苗和藥物開(kāi)發(fā)都可以起到顯著的指導(dǎo)作用。
此項(xiàng)研究的電鏡工作由向燁研究組博士生桂淼完成。桂淼與美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生院研究人員約翰（JohnMisasi）和江本（MasaruKanekiyo）及達(dá)特茅斯蓋澤爾醫(yī)學(xué)院研究人員摩根（MorganGilman）為并列第一作者。向燁與南希為論文共同通訊作者。項(xiàng)目得到我國(guó)973項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、中組部“青年千人計(jì)劃”、感染性疾病診治協(xié)同創(chuàng)新中心和北京清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心的支持，同時(shí)在電鏡數(shù)據(jù)收集上得到國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（北京）設(shè)施清華基地的支持。（醫(yī)學(xué)院）
