Cell Discov︱北京大学陈雷课题组报道乙肝病毒表面抗原二聚体的形成机制

学术 2025-01-20 23:46 北京

乙型肝炎病毒（HBV）感染可导致慢性乙型肝炎，显著增加多种肝脏疾病的风险。根据世界卫生组织的估计，2019年全球约有2.96亿人患有慢性乙型肝炎，新增感染人数达到150万。此外，2019年因乙型肝炎导致的死亡人数约为82万，主要原因是慢性乙肝引发的肝硬化和肝细胞癌[1]。

HBV是一种包膜病毒，其包膜上唯一的蛋白质为乙肝表面抗原（HBsAg），分为三种亚型：大（L-HBsAg）、中（M-HBsAg）和小（S-HBsAg）。S-HBsAg区域是三者共有的部分，包含重要的跨膜结构域、胞浆环（CYL）和胞外的免疫原性抗原环（AGL）。感染的肝细胞不仅产生具有感染性的Dane病毒颗粒，还生成不具感染性的亚病毒颗粒（SVP），后者被认为是HBV逃避宿主免疫反应的重要机制[1]。

尽管HBsAg作为HBV的重要标志物早在上世纪六十年代就已被发现，其结构直到最近才得到解析。2022年，宾夕法尼亚大学的研究团队首次报道了22 nm直径的HBV球状SVP的整体结构，分辨率为6.3 Å [3]，并发现HBsAg二聚体是SVP最基本的结构单元。饶子和院士研究团队经过不懈努力，于2024年报道了另一种直径28 nm的HBV球状SVP结构，并通过数据处理将单个HBsAg二聚体的整体分辨率提升到3.7 Å [4]，但仍未能详细观察SVP上HBsAg二聚体的相互作用。HBsAg二聚体是HBsAg的基本功能形式，深入研究其组装机制具有重要的科学意义。

2025年1月14日，北大-清华生命科学联合中心，北京大学未来技术学院陈雷课题组在《Cell Discovery》期刊上发表了题为“Structure of small HBV surface antigen reveals mechanism of dimer formation”的文章，该研究不仅解析了22 nm直径的HBV球状SVP的整体结构，还获得了HBsAg二聚体的高分辨结构，揭示了其亚基间的相互作用模式，并首次观察到胞浆环上的锌指结构。（拓展阅读：陈雷课题组最新研究成果，详见“岚翰生命科学”报道（点击阅读）：Nature︱北京大学陈雷课题组报道吞噬细胞NADPH氧化酶激活机制）

研究团队利用哺乳动物表达系统异源表达M-HBsAg，通过纯化获得自发组装的SVP颗粒，并进行冷冻电镜数据收集与处理，最终获得了非对称重构下分辨率为4.7 Å的整体电子密度图。分析显示，HBsAg二聚体的进一步寡聚化具有C3、C4和C2对称性，形成伪正八面体的SVP。

图1 SVP整体结构，虚线表示不同对称性的寡聚体。

进一步的数据分析使得HBsAg二聚体的结构分辨率提升至3.60 Å，重新划分了跨膜区的螺旋结构，并揭示了两个亚基的相互作用，通过疏水相互作用和氢键形成稳固的二聚体结构。同时，胞浆环首次展现出锌指结构域，作者的功能实验表明该结构域对HBsAg的成熟具有重要作用。

图2 HBsAg二聚体结构

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究从原子水平揭示了HBsAg二聚体的形成机制，为深入理解SVP的组装过程及其在乙型肝炎疫苗开发中的应用提供了重要参考。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41421-024-00768-8

北京大学未来技术学院博士生何潇为本文第一作者，陈雷实验室博士后康云路和博士生陶薇羽、徐家璇、刘啸宇也参与了本项研究。该工作的冷冻电镜样品制备、筛选和采集在北京大学电镜室、生科院冷冻电镜平台完成，得到了李雪梅、郭振玺、秦昌东、裴霞、惠小娟和王国鹏等人的帮助。该项目的数据处理得到了北大-清华生命科学联合中心“北极星”高性能计算平台及未名超算平台的硬件和技术支持。

本文来源︱生命科学联合中心

本期编辑︱hantavirus

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