中科院与牛津大学合作解析甲肝病毒与中和性抗体复合物三维结构

2017年1月10日，《PNAS》在线发表了中科院生物物理研究所饶子和课题组和牛津大学DavidStuart课题组合作的研究论文“PotentneutralizationofHepatitisAvirusrevealsareceptormimicmechanismandthereceptorrecognitionsite”，解析了甲肝病毒与其中和性抗体Fab复合物精细三维结构，通过病毒学和细胞生物学实验证明：该抗体不仅能够阻断HAV与其受体TIM-1分子的相互作用，还干扰了HAV病毒正常的脱衣壳过程，揭示了一种“ReceptorMimic”的中和机制，为抗病毒药物研发提供重要信息。

全球每年仍然有140万甲型肝炎病毒(HAV)感染病例，主要爆发于发展中国家。HAV病毒属于小RNA病毒科肝炎病毒属，尽管HAV病毒是较古老的病毒，虽然其灭活病毒制备的疫苗上市多年，但是仍然很多科学问题尚未研究清楚。2015年饶子和研究团队解析了HAV全病毒颗粒的晶体结构，揭示了HAV独有的结构特性、极强的稳定性和小RNA病毒的进化关系。然而，HAV的受体结合位点以及具有极强稳定性的病毒是如何发生脱衣壳的分子机制还是不清楚。

本研究结合低温冷冻电镜技术、X射线晶体学和病毒学技术，解析了HAV病毒实心颗粒（3.4埃，约4500颗粒）、HAV病毒空心颗粒（3.9埃，约4000颗粒）和HAV病毒实心颗粒与抗体复合物（4.1埃，约1500颗粒）以及中和性抗体R10Fab的晶体结构，确定了精细抗原表位，且该抗原表位在6株人类甲型肝炎病毒均高度保守。R10结合在病毒五次轴一圈正电荷富集的区域，该区域被实验证明为TIM-1分子mucindomain糖链结合的位置；此外R10的轻链与TIM-1分子IgVdomain有很高的结构相似性。结合功能性数据结果：R10能够阻断HAV分子与TIM-1分子的结合和干扰HAV脱衣壳的特性，从结构和功能上提出了一种“受体模拟”的中和机制。

HAV与中和性抗体复合物整体结构

该研究对于阐述HAV病毒的受体结合位点和脱衣壳过程具有重要意义，对于抗HAV病毒药物的研发提供理论指导和新方向。饶子和院士、DavidStuart教授、王祥喜研究员、ElizabethFry博士为本文的共同通讯作者，朱玲博士、党明浩博士和胡忠玉博士为共同第一作者，该研究得到中国科学院先导项目“超大分子复合物”、国家973项目、国家自然科学基金以及国家重大传染病专项的大力支持。

饶子和博士院士研究员博士生导师

中国科学院院士，第三世界科学院院士

中科院生物物理所，生物大分子国家重点实验室，创新课题组组长

研究方向：与重要病毒、肿瘤相关的蛋白质结构、功能以及创新药物的研究

简历&研究组工作摘要

饶子和，分子生物物理与结构生物学家，中国科学院院士，TWAS院士，清华大学教授，南开大学教授，中国科学技术协会常委，中国生物物理学会理事长，谈家桢生命科学奖奖励委员会主任；曾任中国科学院生物物理研究所所长，南开大学校长等职。

饶子和长期从事与新发、再发传染病病原体相关的蛋白质结构、功能以及创新药物的研究，取得了一系列重要的原创性成果。发表学术论文288篇，引用次数超过7500次，申报国家发明专利123项。

饶子和曾获“陈嘉庚科学奖”、第三世界科学院最高奖——“第里雅斯特科学奖”(TriesteSciencePrize)等科学奖项多项。饶子和于2009年、2010年分别被香港浸会大学和英国格拉斯哥大学授予荣誉科学博士学位，2011年5月当选为牛津大学Hertford学院SeniorFellow，2011年11月当选为国际纯粹与应用生物物理联盟（IUPAB）候任主席。

Significance

HepatitisAvirus(HAV)remainsenigmatic,beingunusuallystablephysically.Wherethereceptorbindsandhowthevirioncanbedestabilizedtoreleasethegenomeareunknown.WereportapotentHAV-specificneutralizingmonoclonalantibody,R10,thatblocksreceptorattachmentandinterfereswithviraluncoating.Wehavedeterminedhigh-resolutioncryo-EMstructuresofHAVfullparticles,emptyparticles,andfullparticlescomplexedwithR10Fab,revealingthatR10bindstotheviralsurfacealongtheedgesofthepentamericbuildingblockofthevirus,andtheseinteractionsarecriticalforreceptorbindingandviraluncoating.Ourresultspointtotheuseofareceptormimicmechanismtoneutralizevirusinfection,highlightingnewopportunitiesfortherapeuticintervention.

Abstract

HepatitisAvirus(HAV)infects～1.4millionpeopleannuallyand,althoughthereisavaccine,therearenolicensedtherapeuticdrugs.HAVisunusuallystable(makingdisinfectionproblematic)andlittleisknownofhowitenterscellsandreleasesitsRNA.HerewereportapotentHAV-specificmonoclonalantibody,R10,whichneutralizesHAVinfectionbyblockingattachmenttothehostcell.High-resolutioncryo-EMstructuresofHAVfullandemptyparticlesandofthecomplexofHAVwithR10Fabrevealtheatomicdetailsofantibodybindingandpointtoareceptorrecognitionsiteatthepentamerinterface.Theseresults,togetherwithourobservationthattheR10Fabdestabilizesthecapsid,suggesttheuseofareceptormimicmechanismtoneutralizevirusinfection,providingnewopportunitiesfortherapeuticintervention.