新研究破解致命出血熱病毒復制之謎

試想一臺極其精密的“復印機”，但它復印的不是文件，而是致命的遺傳信息。每完成一次“復印”，就意味著病毒在人體內完成了一輪增殖。如果能看清這臺“復印機”的構造和每個零件的運行方式，就有可能找到它的“開關”或“剎車”，從而阻止疾病的擴散。

克里米亞-剛果出血熱病毒（CCHFV）內部，就運行著這樣一臺核心“分子機器”。這種病毒經蜱蟲傳播，感染后可引起嚴重的病毒性出血熱，病死率最高可達40%。隨著氣候變化加劇、蜱蟲活動范圍擴大，該病毒的傳播風險正在全球多地上升。然而，迄今全球尚無獲批的疫苗和特效抗病毒藥物，世界衛生組織已將CCHFV列為需重點關注的病原體之一。

7月22日，《自然》在線發表了一項來自中國多家科研單位的重大研究成果。他們首次成功解析了CCHFV聚合酶在多個關鍵功能狀態下的高分辨率三維結構。這一突破不僅解答了“這臺分子機器如何工作”的基礎科學問題，還揭示了兩類代表性抗病毒藥物分子的作用機制。

部分研究人員在該研究使用的電子顯微鏡前的合照，從左到右為：桂嘉誠、熊曉犁、陳新文、薛璐、潘海內。研究團隊供圖，下同

“該研究由中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院（以下簡稱廣州健康院）、中國科學院武漢病毒研究所、山東大學、廣州實驗室、廣州醫科大學等單位合作，通過建立穩定的生化實驗體系，首次捕獲了CCHFV聚合酶多個關鍵功能狀態，為理解病毒RNA復制過程提供了前所未有的結構視角。”論文共同通訊作者、廣州健康院/廣州實驗室研究員熊曉犁對《中國科學報》表示。

拍下病毒復制機器的“工作照”

CCHFV，我國也稱之為新疆出血熱，是一種高致病性蜱傳人獸共患病毒。感染者通常表現為高熱、嚴重出血傾向及多器官功能損傷，病死率高達40%。該病毒的地理分布極為廣泛，已在亞洲、歐洲和非洲等多個地區被檢出。

病毒如何在宿主體內高效“繁殖”？熊曉犁解釋說，其核心在于病毒自身編碼的一臺“分子機器”——L蛋白，這是一種RNA依賴性RNA聚合酶。該蛋白負責病毒RNA基因組的轉錄與復制，是整個病毒生命周期的關鍵環節。若能闡明這臺“機器”的運作方式，便有希望找到干預病毒復制的有效手段。

然而，這臺“機器”的研究難度極大。CCHFV的L蛋白由近4000個氨基酸組成，屬于布尼亞病毒目中已知最大的病毒聚合酶之一——相比之下，大多數其他布尼亞病毒聚合酶僅約2300個氨基酸。其巨大的分子量和復雜的結構域組成，使該聚合酶的重組表達、純化及生化功能重構長期面臨巨大挑戰。此前，科學界對其如何識別病毒RNA、如何啟動合成以及如何調控構象變化，缺乏系統的分子層面的認識。

“面對這一難題，我們經過持續摸索，最終建立了適用于CCHFV聚合酶的表達純化體系，并成功獲得了具有RNA合成活性的病毒聚合酶。這相當于先把病毒的‘復制機器’從復雜的生物環境中分離出來，并使其在體外保持正常工作能力——這是整個研究得以開展的基礎。”熊曉犁說。

隨后，研究團隊利用冷凍電鏡技術，對處于不同工作階段的聚合酶進行結構解析，如同給高速運轉的精密儀器拍攝一系列“工作快照”。他們成功獲得了四種關鍵狀態的結構：未啟動的apo狀態、結合病毒RNA 5′端的啟動前狀態、結合病毒RNA 3′端的啟動前狀態，以及正在延伸RNA鏈的延伸狀態。這些結構覆蓋了L蛋白絕大部分區域（約3555/3945個氨基酸）。通過比較這些不同狀態的“快照”，研究團隊首次從分子層面還原了CCHFV聚合酶從識別RNA模板到進行RNA合成的動態過程。

看清獨特“零件”與藥物“剎車”

在闡明病毒“復制機器”運行機制的基礎上，研究團隊進一步聚焦于一個更具轉化意義的問題：如何有效阻斷這臺機器的工作？

論文共同第一作者、廣州健康院副研究員薛璐介紹，CCHFV聚合酶并非一個剛性靜止的結構，而是一臺能夠根據RNA結合與合成過程不斷調整構象的“動態機器”。研究發現，病毒RNA特有的5′和3′啟動子結構元件協同調控聚合酶的催化活性，研究還首次鑒定到一個參與調控聚合酶RNA合成活性的鋅結合位點。

實驗結果的藝術化詮釋：WXSH0208（上）與2′-deoxy-2′-fluorocytidine（下）靶標CCHFV聚合酶不同的酶活性位點（以箭頭表示）。

值得關注的是，CCHFV聚合酶展現出區別于其他布尼亞病毒聚合酶的獨特結構特征。在RNA延伸啟動后，聚合酶的多個外圍結構域呈現出高度有序性。其中，CCHFV特異性的 “OE linker”結構域及其他擴展序列區域，對外圍結構域的定位與穩定起著關鍵作用，從而維持聚合酶的整體構象以支持高效RNA合成。這一發現揭示了大型病毒聚合酶維持高效率復制的獨特調控模式。

論文共同第一作者、廣州健康院博士研究生桂嘉誠表示，研究團隊還解析了CCHFV聚合酶在執行“帽搶奪”（cap-snatching）過程中的結構基礎。“帽搶奪”是布尼亞和流感病毒啟動轉錄的一種常見策略——病毒聚合酶利用其內切酶（Endo）結構域，從宿主細胞mRNA上切割下一段帶有5′帽結構的短片段，作為自身mRNA合成的引物。

團隊在RNA延伸復合物結構中觀察到一節RNA片段結合于Endo活性中心，并發現傳統Endo結構域之外的序列形成一個此前未被報道的 “Endo linker”結構元件，該元件直接參與對RNA片段的識別與結合。這一發現從分子層面解釋了為什么全長CCHFV-L蛋白具有較強內切酶活性，而缺失該linker的獨立Endo結構域片段活性顯著降低。

論文共同第一作者、廣州健康院博士研究生潘海內介紹，在充分理解病毒聚合酶精細結構的基礎上，研究團隊系統解析了兩類代表性抗病毒分子的作用機制。

第一類是核苷類抑制劑——2′-脫氧-2′-氟胞苷（2FC）。作為一種核苷類似物，2FC可被病毒聚合酶誤認為是天然底物而摻入新生RNA鏈。研究表明，2FC對CCHFV具有強效抑制活性（半數有效濃度EC₅₀= 76 nM）。體外RNA合成實驗顯示，2FC被摻入延伸中的RNA鏈后，隨即導致鏈延伸終止。通過解析2FC終止狀態聚合酶延伸復合物的高分辨率結構，研究團隊揭示了其 “轉位后鏈終止” 的抑制模式——即藥物摻入并完成轉位后，滯留在聚合酶活性中心的-1位點，阻止下一個核苷酸的接入，相當于給病毒“復印機”踩下了剎車。

第二類是非核苷類抑制劑——WXSH0208，一種與流感藥物巴洛沙韋結構相似的化合物。通過與中國科學院武漢病毒研究所研究員鄧增欽團隊合作，研究團隊通過X射線晶體學解析了WXSH0208與Kasokero病毒（KASV，與CCHFV親緣關系很近的內羅病毒）內切酶片段復合物的結構。結果顯示，WXSH0208結合于內切酶的RNA識別口袋，干擾病毒對宿主RNA底物的結合，從而抑制其內切酶活性。但結構分析同時表明，該化合物尚未充分利用CCHFV內切酶區域特有的結構特征——尤其是新發現的Endo linker——因此其抑制效率仍有較大的優化空間。這一發現為后續基于結構開展藥物設計與改造提供了清晰的路徑。

為抗病毒藥物發現提供“精細藍圖”

論文共同通訊作者、廣州實驗室研究員陳新文指出，這項研究的科學意義與應用價值體現在多個層面。

在基礎科學層面，該研究首次建立了CCHFV聚合酶介導RNA合成的完整結構與功能框架。研究團隊不僅解析了關鍵功能狀態的結構，更闡明了其識別病毒RNA、延伸RNA鏈以及利用特有結構元件調控自身活性的分子機制。這些發現填補了該領域長久以來的空白。

在藥物研發層面，該研究驗證了CCHFV聚合酶是病毒生命周期中的關鍵弱點和可靠藥物靶點，并明確了RNA合成活性中心與內切酶活性區域等具備開發潛力的功能位點。兩種代表性藥物分子的作用機制被系統闡明，為后續基于結構的藥物優化及新藥設計提供了直接依據。

此外，在廣譜抗病毒策略方面，CCHFV聚合酶與漢坦病毒、安第斯病毒等其他布尼亞病毒聚合酶，乃至流感病毒聚合酶，均具有較近的進化起源關系，在結構與功能上存在諸多共性。因此，該研究不僅服務于CCHFV的針對性防控，也有助于深化對流感等分節段負鏈RNA病毒復制機制的理解，為開發廣譜抗病毒藥物提供了重要的理論基礎。

審稿人評價認為：“這是一項出色的研究，呈現了大量扎實可靠的數據，并為深入理解一種危害嚴重的新發人類病原體的復制機制及其復制抑制策略提供了極為豐富的信息。該病原體正在全球范圍內越來越廣泛地在野生動物宿主中傳播，并可能最終感染人類，造成嚴重后果。”

從“看不見”到“看清楚”，再到“找到干預方法”，該研究為應對CCHFV這一高致死性傳染病提供了關鍵科學儲備，也為新發突發病毒性傳染病的防控探索了一條可推廣的研究路徑。

熊曉犁對《中國科學報》表示，下一階段研究將以此為基礎，進一步探索病毒復制與致病的精細調控機制，并致力于開發更加高效、特異的抗病毒候選分子，為應對CCHFV等新發突發病毒威脅提供技術儲備和候選方案。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10701-6