圣路易斯华盛顿大学医学院的研究人员确定了东方马脑炎病毒是如何附着在它用来进入和感染细胞的受体上的。左图为整个病毒，右图为病毒结构蛋白的放大图。这些发现为保护小鼠免受病毒引起的脑炎的受体诱饵分子奠定了基础。

—— 结构生物学研究还使科学家能够设计出阻止致命感染的诱饵分子

通过对东方马脑炎病毒^[1]如何与一种关键受体结合并进入细胞内部的原子级研究，还发现了一种诱饵分子，这种分子能保护小鼠免受这种可能致命的脑部感染。

这项研究由圣路易斯华盛顿大学医学院的研究人员完成，于1月3日发表在《细胞》（Cell）杂志上。通过加深对病毒蛋白及其在动物细胞上的受体之间复杂的分子相互作用的理解，这些发现为病毒感染的治疗和疫苗奠定了基础。

“了解病毒如何与它们感染的细胞结合是预防和治疗病毒性疾病的关键部分。”共同资深作者、华盛顿大学教授Herbert S. Gasser教授、医学博士Michael S. Diamond说：“一旦你理解了这一点，你就有了开发疫苗和药物来阻止它的基础。在这项研究中，我们花了很长时间才理清与特定受体-病毒相互作用相关的复杂性，但是一旦我们掌握了这些知识，就能设计出一种诱饵分子，该分子在中和病毒和保护小鼠免受疾病侵害方面非常有效。”

虽然人类染东方马脑炎病毒的情况很少见，全世界每年仅报告几例，但大约三分之一的感染者死亡，许多幸存者会出现持久的神经系统问题。此外，科学家预测，随着地球变暖和气候变化会延长蚊子的繁殖季节和扩大其分布范围，感染风险随之会增加。目前，还没有针对该病毒的疫苗或治疗该病毒的特效药物获得批准。

作为寻找治疗或预防致命病毒方法的第一步，Diamond和共同资深作者、病理学和免疫学教授Daved H. Fremont博士开始研究病毒如何附着在它的一个关键受体上，一种称为VLDLR^[2]或极低密度脂蛋白受体的分子。该分子存在于大脑和身体其他部位的细胞表面。共同第一作者Lucas Adams是Fremont和Diamond实验室的医学博士/博士生，他使用冷冻电子显微镜^[3]在重建了病毒与受体结合的原子级细节。

结果出乎意料地复杂。这种分子由八个重复的片段（称为结构域）组成，就像链条上的珠子一样串在一起。通常，病毒蛋白及其受体以一种非常特殊的方式结合在一起。然而，对于这种病毒，其表面蛋白上的两个或三个不同点能够附着在分子八个结构域之中某五个的任何一个上。

“真正令人惊讶的是，我们发现了多个结合位点，但每个结合位点的化学性质都非常相似，而且与其他与相关受体相互作用的病毒的结合位点的化学性质也很相似。”Fremont（生物化学和分子生物物理学以及分子微生物学教授）说：“这种化学性质是一种非常适合病毒附着在细胞膜上的方式。”

构成这种分子的结构域也存在于几种相关的细胞表面蛋白中。动物界的蛋白质中也有类似的结构域。

“由于他们使用的是一种天然具有重复结构域的分子，一些阿尔法病毒已经进化到在同一受体中使用相同的策略，即使用多个不同的结构域进行附着。”Diamond（医学、分子微生物学、病理学和免疫学教授）说：“阿尔法病毒包括东方马脑炎病毒和其他几种引起脑部或关节疾病的病毒。不同物种的VLDLR受体在进化过程中会有序列差异，但由于病毒在结合方面具有这种灵活性，它能够感染包括蚊子、鸟类、啮齿动物和人类在内的多个物种。”

为了阻止病毒附着，研究人员通过组合这八个结构域的子集创建了一组诱饵受体。这样做的目的是让病毒错误地与诱饵而不是细胞上的受体结合，然后带有病毒的诱饵就会被免疫细胞清除。

共同第一作者Saravanan Raju医学博士是Diamond实验室的博士后研究员，他对这组诱饵进行了评估。首先，他在培养皿中的细胞上测试了这些诱饵。许多诱饵中和了病毒。然后，他转向小鼠。在小鼠皮下注射病毒前六小时，作为对照，Raju分别用诱饵或生理盐水对小鼠进行预处理。这种感染方式模仿了蚊子叮咬的自然感染方式。测试了三种诱饵：一种是已知无法中和病毒的诱饵，一种是由全长分子制成的诱饵，还有一种是仅由前两个结构域制成的诱饵。

所有接受生理盐水、非中和诱饵或全长诱饵的小鼠都在感染后八天内死亡。所有接受了由前两个结构域制成的诱饵的小鼠都存活了下来，没有生病的迹象。

东方马脑炎病毒的某些生物学特性使其有可能被制成武器，因此找到一种预防它的方法尤为重要。在随后的实验中，小鼠通过吸入方式感染了病毒，如果病毒被气溶胶化并用作生物武器，就会发生这种情况。由前两个结构域制成的诱饵仍然有效，将小鼠的死亡几率降低了70%。

“通过构建和删除结构域相结合，我们能够找出哪些结构域是最关键的，并创造出一种能够中和病毒感染的相当有效的诱饵受体。”Fremont说：“这项研究拓宽了我们对病毒与受体相互作用的认知，并可能带来预防病毒感染的新方法。”

Adams LJ, Raju S, Ma H, Gilliland T, Reed DS, Klimstra WB, Fremont DH, Diamond MS. 《东方马脑炎病毒使用VLDLR的结构和功能基础》，《细胞》，2024年1月3日，DOI: 10.1016/j.cell.2023.11.031

注：

[1] Eastern equine encephalitis virus，EEEV，东方马脑炎病毒，为正义单链RNA病毒（科：披膜病毒科；属：甲病毒属），传播媒介为蚊子。人体感染EEEV后，潜伏期为4至10天，根据严重程度的不同，急性疾病的持续时间通常为数日至数周。人体感染EEEV后可能无症状，或者可能出现类似于流感或登革热（例如发热、乏力、头痛、恶心）的症状，伴有或不伴有神经侵袭性症状（例如意识状态改变、癫痫发作）。神经侵袭性疾病患者的死亡率约为30%-50%。现阶段，东方马脑炎病毒是北美致死率最高的脑炎虫媒病毒，主要发生于北美洲东海岸和墨西哥湾沿岸各州。更多信息请参考 《东方马脑炎病毒感染》 https://bestpractice.bmj.com/topics/zh-cn/1603

[2] Very low density lipoprotein receptor，VLDLR，极低密度脂蛋白受体，脂蛋白受体是位于细胞膜上能与脂蛋白结合的蛋白质，能与相应的脂蛋白配体作用，介导细胞对脂蛋白的摄取与代谢。主要有低密度脂蛋白受体（LDLR）和极低密度脂蛋白受体（VLDLR）。LDLR主要参与LDL、VLDL和IDL的分解代谢，LDLR的合成受细胞内胆固醇水平负反馈调节。VLDLR的作用是清除血液循环中CM残粒和β-VLDL残粒。更多信息请参考 《脂蛋白受体都包含哪些呢？》 https://www.med66.com/linchuangjianyanjishi/fudangjinghua/sh2004265534.shtml和 《极低密度脂蛋白》https://www.yixue.com/%E6%9E%81%E4%BD%8E%E5%AF%86%E5%BA%A6%E8%84%82%E8%9B%8B%E7%99%BD

[3] cryo-electron microscopy，冷冻电子显微镜，或冷冻电镜。以扫描电子显微镜（SEM）与透射电子显微镜（TEM）为主的电子显微仪器在对生物材料成像时，高能入射电子束会对生物样品造成辐射损害，严重破坏样品的结构。同时受生物样品中轻质元素的影响图像质量有限。冷冻电镜采用的快速冷冻技术，使水分子在形成晶体之前凝固成无定形的玻璃态冰，然后通过低剂量辐照成像技术获得样品图像。更多信息请参考 《冷冻电镜的基本原理与应用》 https://zhuanlan.zhihu.com/p/562770178

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来源：华盛顿大学医学院
标题：Study reveals clues to how Eastern equine encephalitis virus invades brain cells