【揭开埃博拉病毒“复制机器”的面纱】今年9月,非洲乌干达再次出现新的埃博拉疫情。这意味着埃博拉病毒这把“达摩克利斯之剑”依然悬在头顶,时刻威胁着人们的健康。

科学界一直想研制一款成本低、有利于推广的广谱性抗埃博拉病毒小分子药物,但却缺乏理论指导。埃博拉病毒聚合酶负责病毒基因组复制过程,且具有较高保守性,是研发广谱性药物的重要靶标。但埃博拉病毒聚合酶的分子量大、不稳定、易降解,其三维结构的解析一直是世界性难题。

现在,中国科学院微生物所高福院士团队和施一团队合作,首次解析了埃博拉病毒聚合酶复合物的三维结构,为从分子水平理解埃博拉病毒复制机制奠定了关键理论基础。他们还解析了老药苏拉明能有效抑制埃博拉病毒聚合酶活性的分子机制,为抗埃博拉病毒的药物开发提供了新的靶点和方向。相关研究9月28日发表于《自然》杂志。

现形:结构稳定的“复制机器”

埃博拉病毒病是由埃博拉病毒引起的烈性急性传染病,主要在人或灵长目动物之间传播。自1976年首次在非洲扎伊尔和苏丹被发现后,埃博拉病毒已在非洲肆虐了近50年,暴发过30多次,造成数万人死亡,病死率最高可达90%。

其中,2014-2016年暴发于西非国家的埃博拉疫情,是有史以来最严重的一次,共导致约2.9万人感染,超过1.1万人死亡。2018至2020年暴发于刚果民主共和国的埃博拉疫情也导致3481人感染,2299人死亡。2021年在西非国家几内亚再次发现埃博拉病毒活跃迹象,提示病毒可能存在潜伏感染。

这些数据说明,对埃博拉病毒仍需加强科学研究。

目前,已有两款上市的扎伊尔型埃博拉病毒抗体药物,其作用靶点是埃博拉病毒表面刺突糖蛋白(GP)。

“已上市的抗体药物具有特异性,不能用于治疗其他类型埃博拉病毒以及马尔堡病毒等丝状病毒。此外,病毒表面的GP蛋白在宿主免疫压力下也容易发生免疫逃逸,有可能造成抗体药物效果变差甚至无效。”论文通讯作者施一对《中国科学报》说。

此外,他表示,由于抗体药物制造成本比较高,需要低温储存,不利于在非洲地区普及推广使用。开发有效安全的广谱性抗病毒小分子药物是应对不同类型埃博拉病毒和其他丝状病毒感染的重要研究方向。

科学家已经发现,埃博拉病毒基因组的转录与复制过程由病毒聚合酶蛋白L和其他辅助蛋白形成的复合物来共同完成。由于聚合酶复合物在不同的丝状病毒中具有高度保守性,是非常理想的广谱性抗病毒药物开发靶点。

此前的研究还发现瑞德西韦和法比拉韦,这两个针对埃博拉病毒聚合酶的核苷类小分子药物具有良好的体外抗病毒活性。然而,其临床效果却并不理想。目前,临床上尚未有批准可用于治疗埃博拉病毒感染的小分子药物。

那么,现有的靶向聚合酶药物如何进行结构优化?能否针对聚合酶保守位点开发新的药物来治疗埃博拉病毒病?

回答这些问题,迫切要求研究人员弄清楚埃博拉病毒的复制机制。

埃博拉病毒属于丝状病毒科,基因组为不分节段的负链RNA,长约19 kb,包含7个开放阅读框。过去近10年,科学家对这种病毒的复杂结构已经有了一些了解,比如它的RNA基因组被核蛋白(NP)包裹,形成核糖核蛋白复合体(RNP),进一步与聚合酶蛋白(L)、病毒辅助蛋白(VP35)、转录激活蛋白(VP30)和核衣壳相关蛋白(VP24)结合,形成螺旋状核衣壳结构,并被基质蛋白(VP40)环绕,进一步与病毒表面GP蛋白形成完整病毒颗粒。

解析埃博拉病毒聚合酶的三维结构却是全球病毒学家面临的一个挑战。经过多年的尝试摸索,施一与高福合作研究团队成功表达纯化获得了埃博拉病毒聚合酶复合物蛋白(L-VP35复合物),并利用冷冻电镜技术解析其高分辨率三维结构。他们发现,埃博拉病毒的聚合酶L蛋白会与VP35蛋白四聚体形成稳定的复合物,进行病毒基因组复制和转录。

那么,L-VP35聚合酶复合物如何介导这一功能呢?研究团队在原子层面对这个问题进行了深入探索。

入微:揭开“共舞”机制

通过深入观察,研究团队对聚合酶复合物的动态构象变化有了微观水平的了解。

作为病毒“复制机器”的核心,聚合酶在生成子代RNA的过程中涉及到多种构象变化,从而促进产物顺利合成,其中最重要的构象变化是从起始态到延伸态的转变。

此前的研究表明,聚合酶从起始状态进入到延伸状态时,酶活中心的两个关键结构元件——启动环(priming loop)和支撑螺旋(supporting helix)必须发生巨大的构象调整,才能保证产物链有足够的空间进行延伸。否则,就会与产物链发生空间位阻。

研究者通过改变冷冻电镜的制样条件,捕捉到了埃博拉病毒聚合酶处于延伸状态时的精细结构。他们发现,在处于延伸构象时,启动环完全缩回到加帽结构域,而支撑螺旋也会远离聚合酶的活性中心,从而为模板/产物双链RNA提供足够的空间进行延伸。

那么,病毒VP35蛋白如何与L聚合酶“共舞”呢?

研究发现,在病毒复制过程中,VP35会像“桥梁”一样,起到连接L蛋白和病毒RNP的功能。“当L聚合酶进行病毒基因组复制时,是以螺旋形的RNP为模板,而不是以裸露的RNA为模板,这时VP35主要行使的是分子伴侣功能,介导L聚合酶以RNP为单元进行复制。”施一说。

他向《中国科学报》解释,VP35四聚体除了中间的寡聚化结构域,两头分别有四个N端(氨基端)结构域和四个C端(羧基端)结构域,其中一个C端结合到L蛋白上,进一步稳定L聚合酶与VP35四聚体的结合,同时另外七个端会像“八爪鱼的触角”一样,帮助L聚合酶在RNP结构上发生滑动,以及结合单体状态下的病毒RNP蛋白,阻止其与宿主RNA发生非特异性相互作用,保证单体NP蛋白能够用于子代RNP的生成。

“如果没有VP35,L聚合酶蛋白就没法进行基因组复制和转录过程。”施一表示,如果能够阻断L蛋白和VP35的结合,病毒将无法复制。

洞见:指导药物设计与优化

开发能有效抑制埃博拉病毒的小分子药物一直是国际热点,也是难点。

施一表示,了解L-VP35复合物相互作用界面的分子细节,为进一步开发靶向聚合酶的药物提供了新的靶点以及重要指导信息。

据介绍,埃博拉病毒聚合酶活性结构域和加帽结构域与呼吸道合胞病毒(RSV)和狂犬病毒(RABV)等其他(基因组)不分节段的负链RNA病毒聚合酶结构相似,说明这类病毒聚合酶在进化过程中具有保守性。

值得注意的是,研究者指出,埃博拉病毒聚合酶的N端结构域区域具有一个丝状病毒特有的插入结构域,并在埃博拉病毒聚合酶发挥活性时是必不可少的,可成为潜在的抗病毒药物研发靶点。

此次研究中,研究团队还对百年老药苏拉明体外抗埃博拉病毒活性的分子机制进行了探索。

苏拉明是20世纪初由德国化学家保罗·埃利希首次分离出来的一种无嗅、无味的白色粉末,可溶于生理盐水中,后来被发现可用于治疗多种寄生虫病,从20世纪20年代初被广泛用于治疗非洲昏睡病和盘尾丝虫病等寄生虫病。近年来,科学家发现苏拉明具有抗新冠以及癌症活性。前期初步研究提示苏拉明也具有抗埃博拉病毒活性,但其作用机制不甚清楚。

研究人员通过体外酶活和细胞复制子实验,发现苏拉明能有效地抑制埃博拉病毒聚合酶活性,并进一步利用冷冻电镜技术解析了埃博拉病毒聚合酶与苏拉明的复合物结构,揭示苏拉明是通过结合在聚合酶的NTP进入通道,阻碍底物进入酶活中心而发挥抑制作用。苏拉明药物与L蛋白相互作用的分子细节,为进一步改造和优化苏拉明药物提供了关键参考信息。

“苏拉明是一种潜在的抗病毒药物,这项研究的一个亮点是解析L蛋白与苏拉明的复合物,这可以指导进一步的抗病毒药物设计。”该论文一位审稿人说。另一位同行评审人则表示,埃博拉病毒L蛋白结构信息的缺乏一直是该领域公认的空白,这项研究提供了重要的信息,有助于促进基于结构的抗病毒药物设计。https://t.cn/A6o7Cgr9


1、庸人败于惰,能人败于傲

世上两种人必定惨败,一种是懒惰之人,另一种是骄傲之人。前者什么事都想在“明日”再做,结果总是一事无成;后者瞧不起天下所有人,自认为自己最聪明,常常招来他人的不满和怨恨,于是往往受人诋毁、咒骂,最后被恶意的诽谤所吞没。

2、不必一味讨好别人

讨好每一个人是不可能的,也是没有必要的。讨好每一个人,等于得罪每一个人。刻意去讨好别人,只会使别人产生厌恶。亲近别人要自然,“投机”心态要改变。有时间讨好,不如踏踏实实做事,讨好别人总是靠不住,自己努力才实实在在。

3、好心境是自己创造的

我们常常无法去改变别人的看法,能改变的恰恰只有我们自己。坏的生活不在于别人的罪恶,而在于我们的心情变得恶劣。让生活变好的金钥匙不在别人手里,放弃我们的怨恨和叹息,美好生活就垂手可得。我们主观上本想好好生活,可是客观上却没有好的生活,其原因是总想等待别人来改善生活。不要指望改变别人,自己做生活的主人。

4、用心做自己该做的事

人生是如此的短暂,哪有心思去浪费呢?有智慧的哲人曾经说过:“大街上有人骂我,我是连头也不回的,根本不想知道这个无聊之人!”我们既不要去伤害人家,也不要被别人的批评左右,还是按照自己的愿望,先踏踏实实学好本领再说。特别在少年时要全力以赴学本领,不要分心。

5、别总是自己跟自己过不去

学会自己欣赏自己,等于拥有了获取快乐的金钥匙。欣赏自己不是孤芳自赏,欣赏自己不是唯我独尊,欣赏自己不是自我陶醉,欣赏自己更不是固步自封------ 自己给自己一些自信,自己给自己一点愉快,自己给自己一脸微笑,何愁没有人生的快乐呢?经常要自己给自己过节,学会寻找愉悦的心情。

6、不要追逐世俗的荣誉

终生寻找所谓别人认可的东西,会永远痛失自己的快乐和幸福。庸俗的评论会湮灭自己的个性,世俗的指点会让自己不知所措。为钱而钱会使自己六亲不认,为权而权会使自己胆大妄为,为名而名会使自己巧取强夺。真实的我在刻意的追逐之中,会变成一张张碎片随风飘扬,世俗的我已变得面目可憎。

7、极端不可取

有些人常常因为忧虑过度,而导致自己精神失常;有些人却因为麻木不仁,造成自己对任何事情都无动于衷。前者常为寻找理性而痛苦,因聪明过头而衰亡,愚蠢的根源在于什么都懊悔。后者不知悔恨为何物,整天稀里糊涂地生活,活着与死去没有什么区别。

8、每个人都有自己的活法

自己的伤痛自己清楚, 自己的哀怨自己明白, 自己的快乐自己感受。也许自己眼中的地狱,却是别人眼中的天堂;也许自己眼中的天堂,却是别人眼中的地狱。生活就是这般的滑稽。不要总疑春色在人家,关键在于自己心态的调整。

9、喜欢自己才会拥抱生活

盲目自大自尊,是骄傲无知的人生,一味自暴自弃,是消极悲观的人生。了解自己比了解别人更困难,喜欢自己比喜欢别人更不容易。拥有健康的恰当的自尊心理,面对挫折会表现得格外坚强。不为外界的诱惑而丢失自我,不为一时的挫折否定自己。时时客观冷静地评价自己,每每乐观中肯地赞赏自己。若连自己都不爱,还能爱别人吗?喜欢自己吧!

10、福中有祸,祸中有福

莫被一时之得失冲昏头脑,一味陶醉于暂时的胜利。自己一定要居安思危,切莫居功自傲,洋洋得意。陶醉胜利,意味着驻足停顿,陶醉胜利,意味着失去警惕。人生路上要永不松懈,胜利仅仅是一个小小的路标。要想取得最后的胜利,只要努力,努力,再努力。莫为一时之得所迷惑,谁笑得最晚,谁笑得最开心。

11、重要的是活得充实

把每一天过好是最大的幸福,快乐源于每天的感觉良好。总忧虑明天的风险,总抹不去昨天的阴影,今天的生活怎能如意?总攀比那些不可攀比的,总幻想那些不能实现的,今天的心灵怎能安静?任何不切实际的东西,都是痛苦之源,生命的最大杀手是忧愁和焦虑。痛苦源于不充实,生活充实就不会胡思乱想。

12、愉悦的根基在自己身上

一般人总是将人生的愉悦,寄托在外界的事务上,依附于世俗的认同上。百般看重地位、财产,以及待遇、名誉等东西,自己一旦失去这些,便是沉重的打击,常会痛不欲生,其幸福和快乐的根基也随之毁灭。假如自己真是这样过生活,那么快乐离我们是相当遥远的。为什么要让别人来评价自己的快乐程度,把握好自己。

13、感觉幸福就是幸福

许多人都在刻意追求所谓的幸福;有的虽然得到了,其代价却巨大无比。许多哲人都说,幸福是种感觉,就如同“佛”就在你我心中。幸福的感觉随满足程度而递减,与人的心境、心态密切相关。先哲们说:得之愈艰、爱之愈深,拥有幸福,常思艰难。一个人总是感觉不到幸福,是自己的最大悲哀。幸福是种感觉,不知足,永不会幸福,知足者常乐!

14、别人的恩泽要牢记

目光短浅的人总是“忘恩负义”,危机时到处求助,事成之后再不露面。求人时信誓旦旦,得逞后胡作非为。这种人最被人鄙视。“忘恩负义”让朋友伤心,“忘恩负义”是急功近利的表现。“忘恩负义”只得益于一时,却会永远失信于人。切忌过河拆桥,过河拆桥会断了自己的后路。

15、凡事要留有余地

每一个人都会在自己的生命旅程中,遭遇到完全不同的“三种人”。第一种是能够理解、欣赏和器重自己的人;第二种是曲解、中伤甚至排斥自己的人;第三种人是与自己毫无关系、无关痛痒的人。第一种人对自己有知遇之恩,应当尊为师友,滴水之恩当涌泉相报。第二种人对自己造成深深的伤害,需要智慧地远离,而不是烦恼和计较。对于第三种人要以礼相待、和平共处。了解不同的人,区别对待,物以类聚,人以群分。

16、己所不欲勿施于人

把自己的主观意志强加于人,于己于人均是件痛苦的事情。以自己的威严强加自己的意志,别人只是口服而心不服,而且日久必生反抗之心。以自己的固执强加自己的意志,别人仅是默忍或是隐怒,但是日久也可能反目成仇。检讨自己的言行是否与社会和谐,才能真正得到别人的认同。人与人是不可能一致的,不要以我为中心。

17、得意不忘形,失意不失态

身处顺境必须格外谨慎,否则容易乐极生悲。人生得意的时候容易忘形,一忘形就不知道自己姓什么,于是恶念和恶行就会趁隙而入。身处逆境必须格外忍耐,否则容易早早夭折。人生失意的时候容易失态,一失态就不知道自己的未来,于是消极和绝望就会趁隙而入。笑看人生潮起潮落,守住自己的心。

18、人生应当欢乐有度

适当的娱乐活动能调节情绪,无休无止的欢乐却易转益为害。物极则反,数穷则变。“大凡快意处,即是多病处。”“棋可遣闲,易动心火”一味狂欢尽兴是肤浅的人生,换来的往往是痛苦的悔恨。尽兴有度是达观的人生。乐极生悲不局限于娱乐方面,涉及到人生的方方面面。欢乐与悲哀是伴生的,欢乐有度会使欢乐常伴。

19、多理性行事少意气用事

做事不能只凭自己的感情,做事更不能只凭自己的感觉,意气用事必有麻烦。有时自己的知觉是错的,事情并不是想象的这般简单,表象总是容易迷惑人心。理性做事不至于反复折腾,理性做事不会出现大的差错,理性做事才不会使自己后悔莫及。切记:凡事都不能太冲动!不能只跟着感觉走,多思考才能不后悔。

20、多理性行事少意气用事

做事不能只凭自己的感情,做事更不能只凭自己的感觉,意气用事必有麻烦。有时自己的知觉是错的,事情并不是想象的这般简单,表象总是容易迷惑人心。理性做事不至于反复折腾,理性做事不会出现大的差错,理性做事才不会使自己后悔莫及。切记:凡事都不能太冲动!不能只跟着感觉走,多思考才能不后悔。

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