综述:阿尔法病毒nsP4:一种依赖RNA的RNA聚合酶,同时也是抗病毒治疗的靶点

时间:2026年5月25日
来源:Virology

编辑推荐:

张一欣|顾若冲|张雷亮摘要阿尔法病毒是一种新兴的媒介传播病原体,对全球公共卫生构成了重大挑战,导致疾病表现为关节痛,在严重情况下还会引发脑炎。目前尚无针对阿尔法病毒感染的抗病毒疗法。在病毒复制过程中,非结构蛋白4(nsP4)起着核心作用,它作为RNA依赖的RNA聚合酶(RdRp)

广告
   X   

张一欣|顾若冲|张雷亮

摘要

阿尔法病毒是一种新兴的媒介传播病原体,对全球公共卫生构成了重大挑战,导致疾病表现为关节痛,在严重情况下还会引发脑炎。目前尚无针对阿尔法病毒感染的抗病毒疗法。在病毒复制过程中,非结构蛋白4(nsP4)起着核心作用,它作为RNA依赖的RNA聚合酶(RdRp)发挥作用。在这篇综述中,我们全面分析了nsP4在RNA合成中的功能作用及其与宿主蛋白的相互作用,并探讨了nsP4作为抗病毒药物开发目标的潜力,详细介绍了各种抑制剂及其作用机制。通过强调nsP4在阿尔法病毒致病机制中的多方面作用,本文旨在为对抗这些传染病开辟创新的治疗途径。

引言

阿尔法病毒是一种有包膜的正义RNA病毒,属于Togaviridae科,通过蚊子传播,对全球公共卫生持续构成威胁(Holmes等人,2020年)。它们可以分为“旧世界”病毒,如基孔肯雅病毒(CHIKV)、塞姆利基森林病毒(SFV)和辛德比斯病毒(SINV),这些病毒通常会引起发热和关节痛;以及“新世界”病毒,如委内瑞拉马脑炎病毒(VEEV)、西方马脑炎病毒(WEEV)和东方马脑炎病毒(EEEV),这些病毒与严重的脑炎相关(Garmashova等人,2007年)。尽管这些病毒具有临床重要性,但目前尚无批准的抗病毒疗法。
阿尔法病毒的非结构蛋白4(nsP4)作为病毒的RNA依赖性RNA聚合酶(RdRp),是复制复合体的催化核心(Lundstrom,2024年)。nsP4与nsP1、nsP2和nsP3一起从非结构多聚蛋白中加工而来,负责合成所有病毒RNA种类(Lemm和Rice,1993年)。其酶活性对病毒复制至关重要,且在整个属内序列高度保守,加之缺乏密切相关的同源物,使得nsP4成为广谱阿尔法病毒抗病毒药物的高度有希望的目标。
结构生物学的最新进展已经开始揭示nsP4的分子结构(Tan等人,2022b年),突出了可用于抑制剂设计的保守RdRp基序和独特特征。同时,计算方法,特别是机器学习和定量结构-活性关系(QSAR)建模,已经取得了进展,使得高效的虚拟筛选和活性预测成为可能。例如EGFRAP等工具就体现了这些方法(Gupta等人,2025年),为加速以nsP4为导向的药物发现提供了途径,通过优先考虑候选药物来减少昂贵的实验验证成本。
尽管nsP4具有治疗潜力,但现有文献较为零散。目前还没有一篇综述能够整合快速发展的结构知识、nsP4在复制复合体中的动态相互作用、宿主-病毒相互作用、突变驱动的进化、与其他RNA病毒家族RdRps的比较分析以及新兴的药理学抑制剂研究。本文旨在填补这一空白:(i)系统分析nsP4的结构和功能;(ii)通过与病毒RdRps的比较来评估其可成药性;(iii)批判性地评估现有的nsP4抑制剂、它们的作用机制和耐药性;(iv)将这些见解整合到一个合理的抗病毒药物发现框架中。nsP4研究的关键里程碑总结在图1中。
在PubMed(2003–2025年)中使用了“阿尔法病毒nsP4”、“nsP4聚合酶”和“RdRp抑制剂”等术语进行了系统文献搜索。仅纳入了直接研究nsP4生物学、结构、功能或抑制作用的研究,而缺乏实质性数据或直接相关性的研究被排除在外。此外,还从关键文章的参考文献中识别了额外的参考文献。

部分摘录

nsP4的结构特征和功能域

了解nsP4的结构组织对于揭示其在病毒复制复合体中的多种功能至关重要。阿尔法病毒nsP4由大约610个氨基酸组成,可以分为两个主要区域:一个高度灵活且本质上无序的N端域(NTD,大约残基1-100)和一个保守的C端RdRp域(残基101-610)(O'Reilly和Kao,1998年)。RdRp域具有典型的右手结构,由...

细胞代谢与nsP4表达

病毒与其宿主之间的相互作用对感染结果至关重要,nsP4在其中承担了多个关键角色。nsP4与其模板和其他病毒蛋白的兼容性是复制效率的关键决定因素。例如,BFV的nsP4仅能与匹配的P123形成功能性聚合酶,而其他阿尔法病毒的nsP4可以与多种异源P123相互作用。包含nsP4的SFV活性嵌合体...

nsP4抑制剂的药理学研究:从核苷类似物到宿主靶向剂

nsP4的药理学抑制可以根据化学类别、作用机制和开发阶段进行系统分类,以明确其转化潜力。根据主要作用目标,抑制剂可分为两大类:(1)直接作用机制的抑制剂,包括针对保守催化位点的核苷/NI抑制剂和结合别构位点的非核苷抑制剂(NNI);(2)宿主靶向剂(HTA),它们干扰nsP4的关键相互作用...

结论与展望

总之,本文指出,虽然nsP4是一个经过基因验证且至关重要的抗病毒靶点,但其转化开发面临重大结构挑战,包括内在的无序性、构象灵活性以及缺乏高分辨率的全长结构。这些挑战使得传统的抑制剂设计变得复杂。为了有效将nsP4的潜力转化为治疗方法,未来的研究必须转向有针对性的、基于机制的策略...

资助

本研究得到了新发和重大传染病预防与控制-国家科技重大项目(2025ZD01903602)、山东省自然科学基金(ZR2024MH017)、泰山学者计划(tstp20221142)以及临床与基础研究联合创新团队的支持(202409)。资助方未参与研究设计、数据收集与分析、发表决定或手稿准备。

CRediT作者贡献声明

张一欣:可视化、初稿撰写、审稿与编辑。顾若冲:可视化、初稿撰写、审稿与编辑。张雷亮:概念构思、撰写、审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

生物通微信公众号
微信
新浪微博


生物通 版权所有