解析苏丹埃博拉病毒糖蛋白与受体 NPC1 的互作结构，为攻克埃博拉病毒病提供关键线索

时间：2025年2月3日

来源：Communications Biology

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苏丹埃博拉病毒（SUDV）威胁全球健康，却无获批疫苗或治疗方案。研究人员对比 SUDV 和埃博拉病毒（EBOV）糖蛋白与人类 NPC1 的结合，发现 SUDV 糖蛋白与 hNPC1 结合更强，明确关键差异残基。这有助于理解病毒感染机制，为防控埃博拉病毒提供依据。

在病毒的神秘世界里，埃博拉病毒一直是令人闻风丧胆的存在。埃博拉病毒属包含五种病毒，其中苏丹埃博拉病毒（SUDV）和埃博拉病毒（EBOV）对人类健康威胁极大。埃博拉病毒主要通过动物传播给人类，蝙蝠被认为是自然宿主，但至今未从蝙蝠或其他动物中分离出完整的病毒。在这五种病毒里，EBOV 最为常见，导致的人类死亡人数最多；SUDV 次之，在 2022 - 2023 年于乌干达爆发，造成 164 例病例，病死率接近 50% 。然而，与 EBOV 不同，SUDV 目前尚无 FDA 批准的疫苗或治疗方法，并且人们对其受体识别和细胞进入机制了解甚少，这对于评估其传染性、组织嗜性和宿主范围，以及开发疫苗和治疗手段至关重要。

为了填补这些知识空白，美国明尼苏达大学医学院药理学系、明尼苏达大学新兴病毒中心等机构的研究人员展开了深入研究。他们综合运用结构生物学、生物化学和序列分析等多种方法，对比了 SUDV 和 EBOV 糖蛋白（GP，引导病毒进入宿主细胞的蛋白，由受体结合亚基 GP₁和膜融合亚基 GP₂组成）与人类 NPC1（hNPC1，埃博拉病毒在内体膜上的受体）的结合情况，并解析了 SUDV 糖蛋白与 hNPC1 复合物的结构。该研究成果发表在《Communications Biology》上，为深入理解埃博拉病毒的感染机制提供了关键线索。

研究人员运用了多种关键技术方法。通过蛋白质表达和纯化技术获取实验所需的蛋白；利用表面等离子共振（SPR）技术测量蛋白间的结合亲和力；借助冷冻电镜（Cryo - EM）技术解析 SUDV 糖蛋白与 hNPC1 复合物的结构；还开展了假病毒细胞进入实验评估病毒进入细胞的效率。

研究结果

SUDV GPcl 与人类 NPC1 的结合：研究人员表达并纯化了去除粘蛋白样结构域（MLD）的 SUDV GP（SUDV GPΔM）和 EBOV GP（EBOV GPΔM），以及 hNPC1 的结构域 C（hNPC1 - C）。经蛋白酶处理去除糖基化帽后得到 SUDV GPcl 和 EBOV GPcl，再用 SPR 技术检测其与 hNPC1 - C 的结合亲和力。结果显示，SUDV GPcl 与 hNPC1 - C 的解离常数（K_d）为 2.41 μM，EBOV GPcl 与 hNPC1 - C 的 K_d为 20.4 μM，表明 SUDV GPcl 与 hNPC1 - C 的结合力约为 EBOV GPcl 的九倍。
SUDV GPcl 与人类 NPC1 复合物的结构：研究人员利用 Cryo - EM 技术解析了 SUDV GPcl 与 hNPC1 - C 复合物的结构，分辨率达到 3.31 Å。结构显示，三聚体 SUDV GPcl 中有两个亚基与 hNPC1 - C 结合。对比 SUDV GPcl/hNPC1 - C 和 EBOV/hNPC1 - C 复合物的结构，发现二者整体结合模式相似，但 SUDV RBS（受体结合位点）与 hNPC1 - C 的 Loop 1 和 Loop 2 相互作用的关键残基有差异。SUDV RBS 中只有 4 个残基（79、141、142 和 148 位）与 EBOV 不同，这些差异残基导致 SUDV GPcl 与 hNPC1 - C 结合更强。
结构数据的生化验证：为验证结构数据，研究人员进行了两项生化实验。在 SPR 实验中，对 SUDV GPcl 进行 I79V、A141V、Q142S、P148A 及 A141V/Q142S/P148A 突变，结果显示 I79V、A141V 和 P148A 突变降低了 SUDV GPcl 与 hNPC1 - C 的结合亲和力，Q142S 突变则增强了结合亲和力。在 SUDV 假病毒进入实验中，同样的突变结果表明 I79V、A141V 和 A141V/Q142S/P148A 突变减少了 SUDV 假病毒进入细胞，Q142S 突变增加了进入效率，P148A 突变有减少进入的趋势。这些结果与结构数据相符。

研究结论与讨论

本研究发现 SUDV GPcl 与 hNPC1 的结合力比 EBOV GPcl 强约九倍，确定了 SUDV RBS 中 4 个关键差异残基对结合亲和力的影响。这意味着 SUDV 可能凭借较高的 NPC1 - C 结合亲和力，更容易进入细胞，感染 NPC1 表达较低的组织，如呼吸系统、胃肠道等。针对 SUDV RBS 开发的进入抑制剂，需要克服其更强的受体相互作用。

研究人员还分析了五种埃博拉病毒的 RBS 区域序列，发现不同病毒的关键残基存在差异，这可能影响它们与 hNPC1 - C 的结合亲和力，进而影响病毒的致病性。例如，RESTV 可能因不利的残基组合，导致其在人类中缺乏致病性。

此外，研究人员对蝙蝠 NPC1 的研究为埃博拉病毒宿主范围提供了分子解释。蝙蝠 NPC1 的 D502F 突变可能是为逃避 EBOV 感染的正选择结果，但 SUDV 不受此限制，因为 SUDV RBS 中的 Pro148 能与蝙蝠 NPC1 的 Phe502 形成疏水相互作用。EBOV GPcl 的 V141A 突变可增强与 NPC1 - C 的结合，补偿因蝙蝠 NPC1 突变导致的盐桥缺失，从而突破感染限制。

总之，该研究不仅加深了对 SUDV 受体结合、细胞进入等机制的理解，还为整个埃博拉病毒属的研究提供了重要参考，为未来开发针对埃博拉病毒的防治策略奠定了坚实基础。