Science：10年努力利用抗體抵抗致命性的拉沙病毒取得重大突破

拉沙病毒糖蛋白三聚體分子結構為開發必需的疫苗提供藍圖，相關圖片來自Christina Corbaci/TSRI。

2017年6月4日/生物谷BIOON/---在埃博拉病毒襲擊西非之前，當地人已在監視著一種致命性的病原體：拉沙病毒（Lassa virus）。每年有上千人死於拉沙病毒感染，並且這種病毒有潛力導致更大的流行病，因此人們努力開發疫苗來阻止它。

如今，在一項新的研究中，美國斯克里普斯研究所（TSRI）的Erica Ollmann Saphire教授和研究員Kathryn Hastie領導的一個研究團隊解析出拉沙病毒用來入侵人細胞的病毒表面糖蛋白的結構。對致命性的沙狀病毒科（arenavirus family）的任何一個成員（如拉沙病毒）而言，這項研究是首次揭示出這種病毒表面糖蛋白的一個關鍵部分。重要的是，這種新的結構為開發拉沙病毒疫苗提供一種藍圖。

在此之前從未解析出沙狀病毒糖蛋白結構

在生物學上，解析出一種生物分子的結構意味著確定它的三維形狀。Hastie計劃利用X射線衍射晶體分析法解析出拉沙病毒表面糖蛋白的結構。為此，Hastie希望繪製出拉沙病毒表面上抗體發動攻擊所需的靶標的圖譜，這是開發疫苗的關鍵一步。

X射線衍射晶體分析法依賴於形成穩定的蛋白，但是拉沙病毒糖蛋白容易發生降解。

問題在於糖蛋白是由較小的亞基組成的。其他的病毒具有「像訂書釘那樣」將這些亞基結合在一起的鍵。沙狀病毒沒有這樣的「訂書釘」，相反這些亞基彼此之間僅是相互漂移開。

另一個挑戰是在實驗室中重建這種病毒生命周期的一部分，即拉沙病毒糖蛋白被分為兩個亞基的階段。Hastie說，「我們必須知道如何高效地將這些亞基分開，以及在何處放置訂書釘確保這些亞基保持在一起。」

來自美國杜蘭大學的合作人員給TSRI研究人員提供了來自由拉沙病毒感染導致的拉沙熱（Lassa fever）存活者的抗體。這些抗體能夠讓這種病毒失活，並且經發現能夠給模式動物提供長期的保護。這些抗體正是研究人員希望在未來利用拉沙病毒疫苗觸發人體產生的抗體類型。

正如埃博拉病毒那樣，拉沙熱起初出現類似流感的癥狀，能夠導致令人衰弱的嘔吐、神經問題，甚至眼睛、牙齦和鼻子出血。這種疾病的致死率為50%～70%，對懷孕女性而言，這一數字高達90%。

Ollmann Saphire說，「研究拉沙病毒是至關重要的。每年幾十萬人感染上這種病毒，美國和歐洲最為頻繁遇到的是這種病毒性出血熱。」

成功解析出拉沙病毒糖蛋白結構

在Hastie觀察到有前景的結果之前，她也花費了數年多的時間，但是她的堅持得到了回報。通過構建拉沙病毒表面糖蛋白分子的重要部分的突變體，她設計出不會降解的拉沙病毒表面糖蛋白版本。她隨後利用這種模式糖蛋白髮現病人樣品中的抗體，這些抗體能夠結合這種糖蛋白來中和這種病毒。

最後，她解析出結合到來自一名拉沙熱存活者體內的中和抗體上的這種拉沙病毒糖蛋白的結構。

她解析出的這種結構表明這種糖蛋白具有兩個部分。她將這種糖蛋白的結構比作為冰激凌蛋卷和一勺冰淇淋。一種被稱作GP2的亞基形成這種冰激凌蛋卷，而GP1亞基位於這種冰激凌蛋卷的頂端。當遭遇到宿主細胞時，這兩種亞基協同發揮作用。GP1結合到一種宿主細胞受體上，GP2開啟融合過程從而侵入到這種細胞中。

這種新的結構也展示了從GP1側面延伸出來的一種較長的結構，就像是一滴融化的冰淇淋沿著冰激凌蛋卷往下流。這個「滴冰淇淋」在這兩個亞基的前融合狀態下讓它們保持在一起。

通過更進一步地開展研究，Hastie發現三個GP1-GP2對像一個三腳架那樣集合在一起。這種排列似乎對拉沙病毒是獨特的。流感病毒和HIV等其他病毒在這個位點上也具有蛋白三聚體，但是他們的亞基聚集在一起形成一種桿狀結構，而不是一種三腳架結構。

在開展這項研究10年後，Hastie說，「準確地觀察到拉沙病毒如何不同於其他的病毒真是太好了。最終解析出這種結構是一種極大的解脫。」

這種三腳架結構為疫苗開發一種新的途徑。這些研究人員發現在拉沙熱患者中90%的有效抗體靶向三個GP亞基聚集在一起的位點。這些抗體將這些亞基結合在一起，阻止這種病毒入侵宿主細胞。

未來的疫苗如果能夠促發人體產生靶向相同位點的抗體，那麼它將有可能具有最大的成功機會。

有助在未來開發拉沙病毒疫苗

下一步將是測試疫苗是否會觸發免疫系統產生靶向拉沙病毒糖蛋白的抗體。

Ollmann Saphire說，「學術界對開發拉沙病毒疫苗相當感興趣，而且我們認為我們有最好的模板來實現這一點。」

她補充道，利用Hastie開發的解析沙狀病毒結構的技術，科學家們如今能夠更加密切地研究其他的出血熱病毒。在全世界，這些出血熱病毒導致死亡、神經疾病，甚至出生缺陷。（生物谷 Bioon.com）

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原始出處：

Kathryn M. Hastie, Michelle A. Zandonatti, Lara M. Kleinfelter et al.Structural basis for antibody-mediated neutralization of Lassa virus.Science, 02 Jun 2017, 356(6341):923-928, doi:10.1126/science.aam7260

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