HIV-1核输入的选择性机制：衣壳弹性与核孔适应性的协同作用

本研究通过重构功能性HIV-1核输入系统，结合冷冻电子断层扫描技术，揭示了HIV-1核心通过核孔复合体(NPC)的选择性机制。研究发现核孔作为分子筛优先导入较小核心，并通过扩张变形协助其穿核；同时证实衣壳弹性(Capsid elasticity)和宿主因子CPSF6结合缺陷分别影响核心进入和释放。该工作为理解HIV-1感染非分裂细胞提供了结构基础，并为抗病毒靶点开发提供新思路。

病毒与核孔的博弈
人类免疫缺陷病毒(HIV-1)感染非分裂免疫细胞的关键步骤是病毒核心穿越核孔复合体(NPC)，这一过程长期存在分子机制争议。传统观点认为NPC直径仅约40nm，而HIV-1核心达60nm，物理限制与选择性过滤如何协调成为谜题。近年研究提示NPC可能动态扩张，但缺乏直接证据；同时衣壳(Capsid, CA)完整性与宿主核转运因子的作用机制尚不明确。

为解决这些问题，牛津大学Peijun Zhang团队联合美国国家癌症研究所Alan N. Engelman等研究者，开发了渗透化T细胞与天然HIV-1核心的重构系统，结合三维冷冻相关工作流程，捕获了1,489个处于不同核输入阶段的病毒核心。论文发表于《Nature Microbiology》，首次阐明NPC通过结构可塑性选择性地引导HIV-1核心入核的分子细节。

关键技术突破
研究采用渗透化CEM细胞（CD4⁺ T细胞系）与荧光标记核心(mNeonGreen-IN)构建功能性核输入系统，通过补充兔网织红细胞裂解液(RRL-ATP)维持NPC生理状态。利用集成化冷冻荧光关联显微镜(cryo-CLEM)定位目标区域，冷冻聚焦离子束(cryo-FIB)制备120-140nm薄层样品，最终通过冷冻电子断层扫描(cryo-ET)获得近原子分辨率结构数据。

核孔的选择性过滤机制
通过分析685个野生型(WT)核心，研究发现：

1. 尺寸选择：NPC优先导入管状核心（占输入核心66.2%，而初始群体仅18%），锥形核心入核时窄端朝内（占比>80%）
2. 动态变形：核心结合使NPC直径从93.4nm扩张至95.2nm，50%出现亚基角度偏差（>2.5°），证实"核孔开裂"假说
   
   

衣壳弹性的决定性作用
对比脆性突变体E45A与回复突变体E45A/R132T：

• E45A核心堆积在NPC胞质侧（导入率仅1.3% vs WT 6.1%）
• 回复突变体恢复部分穿核能力（3.5%），证实CA六聚体结构弹性是穿越NPC的门控因素

CPSF6介导的核内释放
N74D突变体（CPSF6结合缺陷）表现出：

1. 核内运输受阻：80%输入核心停留在核膜200nm范围内（WT仅40%）
2. 密度缺失：输入核心周围无宿主因子涂层，而WT核心显示特征性附加密度（距衣壳表面约63Å）
   
   

范式转变与治疗启示
该研究确立了HIV-1核输入的双重调控模型：衣壳弹性决定NPC进入效率，而CPSF6介导核内释放。创新性技术平台实现了：

1. 首次在近生理条件下解析病毒-宿主界面动态
2. 揭示NPC作为"智能分子筛"的物理-化学协同筛选机制
3. 为靶向衣壳稳定性的新型抑制剂（如lenacapavir）提供作用位点依据

研究还发现部分核心入核后仍保持完整衣壳，挑战了传统"胞质脱壳"理论，为理解病毒DNA整合前的核内运输开辟新研究方向。冷冻关联技术的突破性应用，为其他病毒核转运机制研究建立了范式。