病毒学界 2026-11-11 04:28:41
正布尼亚病毒入侵宿主细胞所依赖的受体长期未知,制约其跨种传播风险评估与防控研发。研究团队以新发虫媒病毒艾比湖病毒为模型,经全基因组敲除筛选鉴定出入侵受体DDR2,并发现亲缘病毒间的受体转换现象。该研究为病毒宿主范围与溢出风险评估提供分子依据,也为受体诱饵蛋白、封闭性抗体等抗病毒干预策略提供候选资源。
图1. 正布尼亚病毒M节段重配与受体转换模型
2026年10月23日(当地时间),复旦大学基础医学院/上海市重大传染病和生物安全研究院张荣与中国科学院武汉病毒研究所夏菡团队合作,于期刊 Nature Communications 发表了题为“A receptor switch between discoidin domain receptors underlies orthobunyavirus entry and host range”的论文。该研究首次鉴定发现DDR2为布尼亚维拉血清群正布尼亚病毒的入侵受体,并揭示了DDR2与DDR1在亲缘相关病毒间的受体转换现象。
病毒感染细胞的第一步,是病毒表面糖蛋白与宿主细胞表面受体之间的特异性识别,好比"钥匙"与"锁"的匹配,它决定着病毒的组织嗜性与宿主范围。正布尼亚病毒隶属于泛布尼亚病毒科(Peribunyaviridae)正布尼亚病毒属,成员众多、宿主范围广泛、基因重配频繁,其中奥罗普切病毒(Oropouche virus,OROV)、拉克罗斯病毒(La Crosse virus,LACV)和加里病毒(Ngari virus,NRIV)等可致人类脑炎或严重出血热。然而,这一庞大病毒类群入侵宿主细胞所依赖的"锁"——即受体——长期不为人知。该空白严重制约了对病毒跨种传播潜力的评估以及针对性防控手段的研发,也促使研究团队以新发虫媒病毒艾比湖病毒(Ebinur Lake virus,EBIV)为模型寻找答案。
图2. CRISPR敲除筛选发现DDR2促进EBIV感染
研究团队首先利用规律成簇间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)/Cas9全基因组敲除技术,在对EBIV高度敏感的小鼠神经母细胞瘤细胞(N2a)中开展筛选,并结合回补、过表达、结构域截断及体内外阻断实验,系统解析了EBIV入侵宿主细胞的分子机制,并据此探索抗病毒干预策略。
图3. DDR2结合关键结构域鉴定
筛选锁定宿主基因Ddr2,敲除后感染显著下降:
排名首位的候选宿主基因正是Ddr2。敲除Ddr2可显著降低EBIV对N2a细胞、小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblast,MEF)及人胶质瘤细胞(U-87 MG)的感染,回补小鼠或人DDR2而非同家族的盘状结构域受体1(discoidin domain receptor 1,DDR1),则能完全恢复感染水平。在人胚肾细胞(HEK293T)及人肺腺癌细胞(A549)中过表达DDR2可显著增强感染,且呈剂量依赖性。对其它受试的多种布尼亚病毒,敲除DDR2并不影响感染,表明DDR2是EBIV特异性的促感染因子。进一步的机制实验证实,DDR2主要定位于细胞膜,通过增强EBIV的结合与内化水平促进病毒入胞。
DS结构域直接结合病毒Gc糖蛋白茎部区域:
结构域截断实验发现,仅缺失胞外DS结构域的突变体丧失回补能力;酶联免疫吸附实验(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)与生物膜干涉(biolayer interferometry,BLI)证实DS结构域可与EBIV病毒颗粒直接结合,结合位点位于病毒囊膜糖蛋白Gc的茎部(stalk)区域。竞争性实验进一步表明,抗Gc免疫血清能有效阻断DS与病毒或Gc蛋白的结合,确认了病毒Gc茎部区域与DDR2的DS结构域之间存在直接相互作用。
受体诱饵蛋白与封闭性抗体在细胞和小鼠中高效阻断感染:
基于上述互作,团队开发了可溶性受体诱饵蛋白与靶向DS结构域的封闭性抗体,二者在常规细胞系及小鼠原代神经元、星形胶质细胞中高效阻断EBIV感染。小鼠体内,诱饵蛋白与病毒共注射可完全保护小鼠免于死亡且体重无下降;感染后6小时给药仍显著降低各组织病毒载量并保护存活,疗效优于已报道的广谱抗病毒药物法匹拉韦(Favipiravir)和利巴韦林(Ribavirin)。此外,Ddr2基因敲除小鼠可完全耐受致死剂量的EBIV攻击,提示DDR2在病毒侵染中枢神经系统中发挥关键作用。
跨物种DDR2受体利用高度保守,揭示广泛潜在宿主范围:
来自23个物种的DDR2同源蛋白——涵盖大型哺乳动物(人、猕猴、猪、牛、羊等)、小型哺乳动物(鼠、蝙蝠、鼩鼱、穿山甲、猫、狗等)、禽类(鸡、鸭、鸥、燕)及节肢动物媒介(蚊、蜱)——除蚊源和蜱源DDR2外均能支持EBIV感染,其DS结构域与EBIV Gc的结合亲和力与之对应。结合AlphaFold3结构预测与丙氨酸扫描,团队还鉴定出DS结构域上W52、R105等关键功能残基。鸭胚感染模型揭示禽类可能作为EBIV的易感宿主,人脑类器官对EBIV易感且诱饵蛋白可有效阻断感染。
亲缘病毒间出现DDR1/DDR2受体转换现象:
更值得关注的是,杰米斯顿病毒(Germiston virus,GERV)同样利用DDR2入侵,而博佐病毒(Bozo virus,BOZOV)则利用同家族的DDR1。需要说明的是,GERV与BOZOV利用DDR受体入侵的结论目前主要基于生化结合、复制子颗粒及假病毒系统,仍需进一步验证,二者的精细分子互作机制也有待结构生物学解析。由于DDR1/DDR2在多种组织和物种中广泛表达,易感与潜在宿主的共感染可能促成基因组M片段的重配,进而使子代病毒改变受体利用方式与组织嗜性,为正布尼亚病毒的广泛宿主适应与跨种传播提供了新的见解。
图4. 可溶性DDR2受体诱饵蛋白的抗病毒干预
总体来看,该研究不仅首次明确了布尼亚维拉血清群正布尼亚病毒的功能性入侵受体及其分子机制,还将受体利用的认识从单一病毒扩展到亲缘病毒间的"共享与转换",为理解正布尼亚病毒的宿主适应与跨种传播提供了新的分子视角。
具体应用价值:
研究提供了以病毒—受体界面为切入点的抗病毒候选策略,也建立了评估宿主范围与溢出风险的分子依据。目前相关干预形式已完成细胞及小鼠模型验证,尚处临床前研究阶段。
图5. 在多物种中的DDR2受体利用的高度保守性
应用场景一:正布尼亚病毒抗病毒干预策略研究
可溶性DS受体诱饵蛋白与封闭性抗体在细胞系、原代神经细胞及小鼠模型中均展现出显著抗病毒活性,包括感染后给药的治疗性保护,为EBIV及相关正布尼亚病毒的防治提供了概念验证。该策略距临床应用尚有距离,未来仍需开展系统的临床前评价。
应用场景二:跨物种传播与人畜共患风险评估
鸭胚感染模型提示禽类可能作为EBIV的易感宿主,人脑类器官对EBIV易感且诱饵蛋白可有效阻断感染;基于基因组特征的机器学习模型Zoonotic-Rank预测,EBIV在布尼亚维拉血清群中具有较高人畜共患优先级。这些结果提示可在监测与风险评估中关注DDR2利用相关线索,但仍需现场流行病学与血清学证据加以验证。
应用场景三:病毒—受体识别界面的药物设计与机制研究
DS结构域与Gc茎部区域的直接互作及W52、R105等关键残基,为以该界面为靶点的抗病毒设计提供了结构线索;GERV与BOZOV的受体转换则提示,基因组M片段重配可能改变受体利用方式与组织嗜性。后续将围绕病毒Gc与DS结构域复合物开展分子结构解析,以期在原子水平阐明受体识别的结构基础,并揭示EBIV无法利用蚊、蜱来源DDR2的原因。
图6. 正布尼亚病毒间存在DDR2受体“共享与转换”现象
综上,该研究首次鉴定DDR2为布尼亚维拉血清群正布尼亚病毒的入侵受体并揭示亲缘病毒间的受体转换现象,为抗病毒干预策略与跨种传播风险评估提供了新的科学依据。其进一步应用仍取决于精细结构解析、临床前安全性评价及流行病学的独立验证。
上海市重大传染病和生物安全研究院博士生张誉译、中国科学院武汉病毒研究所工程师王飞为论文共同第一作者,上海市重大传染病和生物安全研究院/复旦大学基础医学院张荣研究员、中国科学院武汉病毒研究所夏菡研究员为论文共同通讯作者。
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发布时间:2026-11-09 17:40:24
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