新世界沙粒病毒刺突糖蛋白复合体的分子结构解析及其pH依赖性膜融合调控机制

这篇研究通过冷冻电镜（cryo-EM）解析了胡宁病毒（JUNV）和马秋波病毒（MACV）的刺突糖蛋白复合体（GPC）预融合构象的高分辨率结构（3.0 Å和2.9 Å），揭示了稳定信号肽（SSP）和跨膜区（TM）相互作用调控pH依赖性膜融合的分子机制，为沙粒病毒疫苗设计和抗病毒药物开发提供了关键结构基础。

新世界沙粒病毒GPC的分子组织

沙粒病毒是引起美洲出血热的重要病原体，其中胡宁病毒（JUNV）和马秋波病毒（MACV）的糖蛋白复合体（GPC）由GP1、GP2和稳定信号肽（SSP）三个亚基组成，负责宿主细胞受体结合和膜融合。尽管JUNV已有减毒疫苗Candid#1，但其他新世界沙粒病毒仍缺乏有效防治手段。本研究通过冷冻电镜解析了JUNV和MACV GPC的预融合构象，揭示了SSP和跨膜区（TM）的关键调控作用。

冷冻电镜结构解析

研究团队发现野生型（WT）JUNV GPC在冷冻电镜中呈现构象异质性，而SSP第33位赖氨酸突变为丙氨酸（K33A_SSP）可稳定GPC的预融合状态。K33A_SSP突变体结构显示，SSP的N端豆蔻酰化修饰（G2_SSP）与GP2的跨膜螺旋形成疏水口袋，而K33_SSP的侧链在天然构象中会破坏该口袋的稳定性。类似地，MACV GPC的K33A_SSP突变体结构也展现出保守的SSP-GP2相互作用模式，但GP1三聚体顶端更为开放。

GPC三聚化与亚基互作

JUNV GPC的GP1顶端通过Y157_GP1和H128_GP1形成紧密的三聚体界面，而MACV GPC的GP1则缺乏此类接触。SSP的E10_SSP与GP1的H67_GP1以及GP2的H366_GP2形成极性相互作用，而GP1的N端发夹环（F62_GP1和F70_GP1）嵌入GP2的疏水口袋中。这些互作在两种病毒中高度保守，但MACV GP1的C端更靠近三聚体中心轴。

跨膜区调控膜融合

JUNV疫苗株Candid#1的关键减毒位点F427I_GP2（位于GP2 TM螺旋）破坏了相邻螺旋间的疏水相互作用（如W428_GP2和V431_GP2），导致GPC稳定性降低。细胞-细胞融合实验证实，F427I_GP2和MACV的等效突变F438I_GP2均能在中性pH下触发膜融合，而K33A_SSP则完全抑制融合活性。分子动力学（MD）模拟进一步显示，K33A_SSP通过减少SSP和GP2 TM螺旋的波动来稳定GPC。

结构指导的医学应用

研究揭示了SSP-GP2界面是沙粒病毒膜融合抑制剂的作用靶点，而GP1顶端的三聚体接触可能成为中和抗体的新表位。此外，K33A_SSP稳定的GPC构象为mRNA疫苗设计提供了理想抗原模板。这些发现不仅阐明了沙粒病毒膜融合的分子开关机制，也为开发广谱抗病毒药物和下一代疫苗奠定了结构基础。