寨卡疫情自2015年在巴西暴发以来已迅速蔓延至南美其他各国和中北美加勒比海地区,并进一步扩散到全球66个国家和地区。我国从2016年2月发现第一例输入性病例至今,已有12人感染了寨卡病毒。目前,越来越多的研究表明,寨卡病毒感染与胎儿和新生儿小头症畸形密切相关,该病毒的感染还能引起许多神经系统的疾病,比如格林巴利综合症(Guillain-Barre syndrome)。寨卡病毒对人类健康的危害引起了各国高度重视,已有相关科研机构就该病毒的致病机理和预防治疗开展系列研究,但目前尚未研发出针对寨卡病毒的疫苗和有效治疗手段。
由中国科学院院士高福领导的中科院天津工业生物技术研究所蛋白质工程与疫苗研究团队一直致力于病毒性传染病的中和抗体和疫苗的研制工作,筛选了多种针对流感、登革热等严重影响我国人民健康和生命安全的病毒的中和抗体,并申请了一系列发明专利。通过坚持不懈的努力和多年的研究积累,该研究团队与中国科学院北京生命科学研究院、中国科学院微生物研究所、中国军事医学科学院研究团队联合攻关、通力合作,在寨卡病毒治疗性中和抗体研究方面取得重要进展。
寨卡病毒与黄病毒属的其它成员一样,由单一的开放读码框编码的3个结构蛋白(C、prM/M和E),及7个非结构蛋白(NS1、NS2A、NS2B、NS3、NS4A、NS4B和NS5)组成。研究发现,黄病毒的囊膜蛋白(E蛋白)主要负责病毒与感染宿主的受体的识别,介导病毒的入侵,因此是该类病毒最主要的保护性抗原。黄病毒的中和抗体一般通过靶向E蛋白阻止病毒的入侵,进而帮助宿主清除病毒。在此基础上,科学家们率先解析了高分辨率的E蛋白的三维晶体结构。研究发现,寨卡的融合前E蛋白呈现二聚体构象,与黄病毒属其他成员的E蛋白的结构比较相似。但不同的是,寨卡病毒E蛋白的表面存在独有的一片正电荷区带,这一特性可能使得寨卡病毒对宿主吸附有所不同。目前还没有针对寨卡有效抗体的报道。研究人员发现,黄病毒E蛋白的融合肽区在寨卡病毒E蛋白上序列和结构都高度保守,因此选取了一种靶向到这一区域的黄病毒广谱中和保护抗体进行研究。这种称为2A10G6的抗体在之前的报道中能够有效的中和与寨卡病毒亲缘关系很近的其它黄病毒,包括四种血清型的登革热病毒、黄热病毒以及西尼罗河病毒。研究发现这种抗体对寨卡病毒的E蛋白具有很高的结合能力,并具有体外中和活性和小鼠的致死保护作用。进一步的抗原抗体复合物结构分析揭示出,该抗体可通过紧密的包裹对黄病毒入侵关键的融合肽区,从而阻止病毒对宿主的入侵。
利用该项研究成果,研究人员可以进行这一中和性抗体的人源化改造,为寨卡病毒在全世界范围内的持续暴发提供治疗性手段。同时根据抗原抗体相互作用的中和表位,设计相应的蛋白疫苗,刺激机体产生高效的中和抗体,为新发传染病的防控提供有效的预防手段。该项研究提升了人们对寨卡病毒的认识,为针对寨卡病毒预防和治疗药物的开发提供了重要的理论基础和研究思路。
研究结果以“Structures of the Zika virus envelope protein and its complex with a flavivirus broadly-protective antibody(寨卡病毒囊膜蛋白以及囊膜蛋白同黄病毒广谱保护性抗体复合物的结构研究)”为题于2016年5月2日发表在国际权威学术期刊Cell Host & Microbe 上,这是高福院士继之前在Nature Structural & Molecular Biology上发表寨卡研究论文之后的又一项重要成果。中国科学院天津工业生物技术研究所助理研究员路希山与中国科学院北京生命科学研究院助理研究员戴连攀、中国科学院微生物研究所在读硕士生宋健、军事医学科学院助理研究员邓永强为文章的共同第一作者,高福院士和中科院微生物所副研究员齐建勋、军事医学科学院副研究员秦成峰为文章的共同通讯作者。研究得到了中科院寨卡病毒应急攻关项目、自然科学基金委应急管理项目等项目的资助。
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寨卡病毒囊膜蛋白结构及保护性抗体结合病毒的分子机制