轮状病毒进入细胞的过程

时间：2004年8月27日

来源：生物通

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生物通报道：波士顿儿童医院（CHB）和哈佛医学院（HMS）的研究人员提供的高分辨率图象揭示出轮状病毒进入细胞时的分子重排过程。轮状病毒是一种最常见的造成儿童严重脱水腹泻和呕吐的病原。相关文章发表在8月26日的Nature上。

这项研究在了解病毒造成感染的机制方面是一个重要的进步，并且也指明了发展更好的疫苗的途径——弄清病毒的结构并找到启动免疫系统所需的最小部分来制造疫苗。研究者们正在与其它机构合作，试图在这些发现的基础上研制出一种疫苗。

轮状病毒几乎能感染所有儿童，通常感染年龄在6个月到2岁之间。这种病毒能引发肠胃炎，有时候会严重到需要住院治疗。每年，这种病毒杀死约440000名儿童，而且主要是在发展中国家。唯一获准的疫苗RtaShield已经在1999年退出了美国市场，因为有发生肠套叠（intestinal intussusception，导致小肠梗阻的起因之一）的报道。

由Philop Dormitzer领导的研究组利用结晶学和电子显微镜确定了一种病毒表面蛋白VP4的几何结构和工作区域。轮状病毒本身是一种较大的、呈20面对称的球状粒子，一共分三层。

Dormitzer说，“最外一层就像一个登陆设备并且在进入细胞的过程中被剥落。它的工作是将最内层的基因和复制“机器”运送到细胞里面。”

从外层可以看到突起的60个“长钉”，每个都是由一簇VP4分子构成。Dormitzer和同事将VP4蛋白划分为两亚单位——分别组成“长钉”的头和躯干部分。他们纯化结晶这些片断，并用X射线晶体衍射法确定它们的三维结构，精确到原子水平。晶体结构和电子显微镜图象（由Baylor College of Medicine的研究人员获得）比较结果表明，VP4发生了两个连续的形状变化，从而刺穿被感染细胞的膜。“这种蛋白经历了特殊的‘运动’，几乎可以肯定这些运动与它的功能有关，”Dormitzer说。

当轮状病毒到达肠内时，消化酶使每一簇中的三个VP4分子中的其中两个形成一个坚硬的“长钉”，从而使病毒攻击细胞并使长钉的头部与靶标细胞的表面结合。接着，在第二步的重排中，长钉向后折叠，VP4呈三折叠伞结构。Dormitzer和同事推测折叠的目的是使长钉的“躯干”部分能在细胞膜上破一个孔，从而能使病毒进入细胞。

对于疫苗发展的重要发现是VP4蛋白的“头”和“躯干”部分含有许多免疫系统能够识别的靶标。由减毒活病毒或灭活病毒制造的疫苗都存在安全隐患，而且需要在低温下储存。Dormitzer说，相比而言，VP4蛋白的“头部”在室温下非常稳定并且生产容易、成本相对较低。他相信VP4蛋白的“躯干”部分也具有这些特点。基于这些蛋白的疫苗将会非常实用，尤其是在发展中国家。

研究组的发现还可能促进了解其它无包膜病毒（non-enveloped，即包在病毒衣壳蛋白外的糖蛋白或脂膜）进入细胞的机制。这些病毒包括乳突病毒、腺病毒和鼻病毒。Dormitzer说，目前对套膜病毒的入侵机制已经有了较深入的了解。