PNAS：锁定病毒复制“开关”！浙江大学茹衡等团队揭示麻疹病毒聚合酶如何被调控与关闭，为药物设计指路

2026-04-27 09:27:43
来源：医药头条

非节段负链RNA病毒（nsNSVs）依赖一种多功能RNA依赖性RNA聚合酶（RdRP）复合体进行转录和复制。在麻疹病毒（MeV）中，非结构蛋白C长期以来被认为参与调节RNA合并，但其确切作用仍不清楚。

2026年4月6日，浙江大学茹衡，湖北大学吴姗和华东师范大学张乾森共同通讯在PNAS在线发表题为Structural insights into measles virus RNA synthesis regulation and pan-paramyxoviral polymerase inhibition by ERDRP-0519的研究论文。

该研究证明MeV C蛋白直接与RdRP复合体结合。利用冷冻电镜技术，作者解析了MeV聚合酶在结合与未结合C蛋白状态下的原子分辨率结构，发现C蛋白的结合稳定了L蛋白的C端区域，并将复合体锁定在具有复制能力的延伸状态。

生化数据进一步表明，C蛋白促进N蛋白的募集，通过在复制过程中促进衣壳化来增强聚合酶的持续合成能力。此外，作者还解析了MeV和尼帕病毒（NiV）聚合酶与口服有效的麻疹病毒属抑制剂ERDRP-0519结合的高分辨率结构。出乎意料的是，该化合物占据的是RdRp结构域内的一个变构口袋，而非先前预测的PRNTase结构域，且与已知的保守耐药位点重叠。

这种结合诱导了聚合酶掌状亚结构域的构象变化，阻断了RNA模板和核苷酸的结合，从而中止了RNA合并。这些发现揭示了副粘病毒聚合酶独特的调节和抑制机制，并为合理设计针对MeV、NiV以及其他潜在临床相关nsNSVs的广谱抗病毒药物提供了结构框架。

非节段性负链RNA病毒（nsNSVs）隶属于单股负链病毒目，该目包含11个病毒科。其中，副黏病毒科、肺病毒科、丝状病毒科、弹状病毒科以及博尔纳病毒科的成员已被广泛研究。这些病毒在人类及其他哺乳动物中引发广泛的疾病谱，从轻微感染到严重且常致死的病症，从而对公共卫生和畜牧业构成重大威胁。

nsNSVs的基因组由线性、单链、负义的RNA组成，由核衣壳蛋白（NPs）包裹形成丝状的核糖核蛋白（RNP）复合物，该复合物作为转录和复制的模板。基因组长度通常为11至19 kb，两端分别为3′前导序列和5′尾随序列，两者均作为RNA合并的启动子。病毒基因按顺序排列并串联转录，每个基因的非翻译区（UTRs）内均包含顺式作用的基因起始（GS）和基因终止（GE）信号，这些信号对于调节病毒RNA合并至关重要。

病毒进入宿主细胞并将病毒RNPs释放至细胞质后，nsNSV聚合酶在3′启动子处起始转录。在合并并释放一段对应于启动子近端前导区的短非编码RNA后，聚合酶仍与模板结合，扫描第一个基因的GS信号。每个基因的转录产生一个加帽并甲基化的单顺反子mRNA，该mRNA持续延伸直至遇到GE信号，从而触发多聚腺苷酸化和转录本的释放。随后，聚合酶恢复扫描并在下游下一个GS信号处重新起始转录。

这种被称为“终止-起始”机制的转录策略，导致mRNA丰度呈现位置梯度：靠近3′前导区的基因（例如NP）转录更频繁，而靠近5′尾随区的基因（例如L）则由于聚合酶在基因连接处的衰减，其产生水平显著降低。

相比之下，复制同样起始于病毒基因组的3′端，但聚合酶以高度持续性沿整个模板进行，不响应内部的顺式作用信号。这导致合并出全长、未加帽且未多聚腺苷酸化的正义抗原基因组，该抗原基因组作为产生子代基因组的忠实互补模板。NPs对新生病毒RNA的持续包裹对于高效复制至关重要，它促进了功能性RNP的组装，并保护病毒RNA免受宿主先天免疫识别。

MeV RdRP复合物的冷冻电镜图谱与模型概述（图片源自PNAS）

非分节段负链RNA病毒（nsNSVs）的病毒RNA合成由RNA依赖性RNA聚合酶（RdRP）复合体介导。该复合体在大多数nsNSVs中包含大蛋白（L）和辅助因子——磷蛋白（P），而在丝状病毒中则为VP35。L蛋白具备转录和复制所需的所有酶活性，包括核糖核苷酸转移酶活性、用于mRNA加帽的多聚核糖核苷酸转移酶（PRNTase）活性，以及S-腺苷甲硫氨酸（SAM）依赖的N7-鸟苷和2′-O-甲基转移酶（MTase）活性。

辅助因子P或VP35被认为能将核蛋白（NP）维持在单体、无RNA结合的状态（N0 P），并促进其递送至聚合酶复合体，从而确保新生RNA的高效衣壳化，并在复制过程中支持聚合酶的持续合成能力。尽管nsNSV RdRP复合体同时执行转录和复制功能，但在这两种机制不同的过程之间切换的分子机制及其调控仍不甚明了。

已有报道称，几种病毒编码的非结构蛋白和宿主因子在这些过程的调控中发挥作用。在仙台病毒（SeV）、麻疹病毒（MeV）、尼帕病毒（NiV）和人副流感病毒3型（HPIV3）等病毒中，L、P和N基因足以在微型基因组实验中支持报告基因的表达，这表明病毒mRNA的转录不依赖于额外的病毒因子。

C蛋白是一种非结构蛋白，由P mRNA上的一个替代起始位点翻译产生，已知其通过拮抗宿主先天免疫信号通路而作为毒力因子发挥作用。在MeV、SeV和HPIV1感染过程中，缺乏C蛋白表达会强烈诱导产生未衣壳化的回补式缺陷干扰RNA（cbDI-RNAs），这些RNA能有效激活先天免疫应答，从而可能限制病毒传播。

除了其免疫调节作用外，C蛋白还被认为能在复制过程中增强病毒RNA聚合酶的持续合成能力；然而，它是否直接作用于聚合酶以及这一调控的确切机制尚不清楚。

GHP-88309是另一种通过HTS鉴定的非核苷类化合物，据报道能抑制多种副黏病毒（包括MeV、CDV和HPIV3）的聚合酶活性，并导致耐药突变，这些突变定位在L蛋白中一个保守的空腔，该位点不同于ERDRP-0519的耐药位点。这引发了疑问：GHP-88309是否通过不同的机制或通过调节聚合酶功能来发挥其抗病毒作用？

在本研究中，作者结合生化实验和冷冻电子显微镜（cryo-EM）技术，阐明了MeV RdRP复合体的结构和调控机制。对apo聚合酶及其与病毒C蛋白复合体的高分辨率结构解析显示，C蛋白的结合稳定了L蛋白的C端功能结构域，并将酶锁定在具有复制能力的延伸状态；而生化数据表明，C蛋白优先结合N蛋白以促进高效的衣壳化和聚合酶的持续合成能力。

作者进一步解析了MeV和NiV聚合酶与小分子抑制剂ERDRP-0519结合的冷冻电镜结构，结果显示该抑制剂占据RdRp结构域中一个保守的变构口袋，而非预测的PRNTase位点，从而诱导活性位点发生构象变化，阻断模板和核苷酸的结合。这些发现揭示了副黏病毒聚合酶不同的调控和抑制机制，并为针对MeV、NiV及相关病原体的广谱抗病毒药物的合理设计提供了结构框架。

原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2522978123