西尼罗河病毒（Western equine encephalitis virus，WEEV）作为一种虫媒病毒，曾在美洲地区引发大规模的脑炎疫情。在过去的一个世纪里，WEEV 在北美地区作为人类病原体的威胁逐渐下降，其分离株失去了结合哺乳动物受体的能力，但仍能识别禽类受体。这种受体结合特性的变化机制一直是科学界的谜团，而且 WEEV 近期在南美洲的重新出现，也给公共卫生带来了新的挑战。为了深入探究 WEEV 受体识别的奥秘，评估其再次爆发的风险，来自哈佛大学医学院等机构的研究人员开展了一系列深入研究，相关成果发表在《Cell》杂志上。
研究人员运用了冷冻电镜（cryo-EM）和突变分析等关键技术，对不同 WEEV 毒株与受体的相互作用进行研究。冷冻电镜技术能够在接近生理状态下观察病毒与受体的结合结构，突变分析则可确定关键氨基酸位点对受体结合的影响。
- WEEV 与人类 PCDH10 结合的结构：研究人员制备了 CBA87 病毒样颗粒（VLPs），通过生物膜干涉实验和冷冻电镜结构解析，发现 PCDH10 的 EC1 结构域插入到 WEEV E2-E1 异二聚体形成的裂隙中，与 E2 和 E1 广泛接触。功能评估实验表明，PCDH10 上与 WEEV E2-E1 相互作用的大多数位点可耐受突变，但 N40 和 R42 位点的突变会显著影响感染效率。
- WEEV 与禽类 PCDH10 的相互作用：通过酶联免疫吸附试验（ELISA）和冷冻电镜结构分析，发现 Imperial 181 毒株能结合麻雀 PCDH10 但不能结合人类 PCDH10，这主要是由于 E2 蛋白上 L149Q 的多态性以及麻雀 PCDH10 上多个补偿性接触位点的存在。
- VLDLR 识别的结构基础：利用表达不同 VLDLR 截短体的 K562 细胞和冷冻电镜技术，研究发现 WEEV McMillan 毒株感染细胞对 VLDLR 的 LA1、LA2、LA3 和 LA5 重复序列有偏好。McMillan 毒株与 VLDLR 结合时，LA1 和 LA2 重复序列分别与 E2-E1 上的位点 1 和位点 2 相互作用，多个关键氨基酸参与其中。
- E2 替换恢复受体结合和神经嗜性：构建含有 E2 替换的 Imperial 181 RVP 突变体，感染实验表明这些突变体可恢复对相应受体的结合能力，并能感染原代胚胎小鼠皮质神经元。不同突变体对神经元的感染依赖于不同的受体。
- 基于序列的受体结合预测：根据 E2 多态性，研究人员成功预测了南美 WEEV 毒株和部分北美 WEEV 毒株的受体结合特性，并通过 K562 感染实验进行了验证。
- 南美 WEEV 毒株受体的转变：研究发现 AG80-646 毒株虽能识别麻雀 PCDH10，但不能识别麻雀 MXRA8，表明南美 WEEV 毒株在进化过程中也发生了受体结合特性的变化。
- 与 WEEV 相关的 alphavirus 结合 PCDH10：Highlands J virus（HJV）与 WEEV 密切相关，研究发现 HJV 能利用 PCDH10 作为受体感染细胞，且其 E2 蛋白上的 K177A 突变影响与 PCDH10 的结合，通过 AlphaFold 3 建模预测并实验验证了这一结果。
- E2 替换对交替受体识别的影响：对 McMillan 毒株 E2 蛋白上与不同受体结合的位点进行丙氨酸替换，发现 E2 对不同受体识别的容忍度存在差异，对禽类 PCDH10 的识别更具耐受性。
- 与其他 alphavirus 受体结合结构的比较：通过比较不同 alphavirus 与受体的结合结构，发现 WEEV 与 PCDH10 或 VLDLR 的结合模式与其他病毒既有相似之处，也有差异，如结合位点和结合模式的不同。
- VLDLR LA (1–2) 受体诱饵的保护作用：研究表明，VLDLR LA (1–2)-Fc 能中和 McMillan RVP 对表达 PCDH10 细胞的感染，并在体内实验中保护小鼠免受致命的 WEEV 攻击。
研究结论和讨论部分指出，研究人员解析了 WEEV 与 PCDH10 和 VLDLR 结合的结构，明确了 E2 多态性对受体结合特性变化的驱动作用。这有助于进一步研究受体在 WEEV 致病机制中的作用，为开发更有效的受体诱饵提供理论基础。同时，研究结果还可用于评估 WEEV 毒株的潜在威胁，指导环境监测和疫情防范工作，对保障公共卫生安全具有重要意义。
生物通微信公众号
