西方馬腦炎病毒（Western equine encephalitis virus,WEEV）是一種由蚊蟲傳播的甲病毒（Alphavirus），可感染人類和馬匹，引發(fā)致命性腦炎，歷史上曾在美洲地區(qū)引發(fā)大規(guī)模疫情。研究發(fā)現(xiàn)，原鈣黏蛋白10（PCDH10）是介導(dǎo)WEEV絕大多數(shù)毒株感染人類等宿主細胞的通用受體。值得注意的是，高毒性的祖先株還能利用極低密度脂蛋白受體（VLDLR）和載脂蛋白E受體2（ApoER2）入侵細胞。然而近代分離的許多毒株則喪失了結(jié)合人類受體的能力，其分子機制未明。

2025年7月8日，清華大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院婁智勇教授、饒子和院士團隊與中國科學(xué)院武漢病毒研究所王延軼研究員團隊合作解析了WEEV與PCDH10相互作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，探究了WEEV識別受體PCDH10的分子機制【1】。在此基礎(chǔ)上，2025年12月6日，清華大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院婁智勇教授團隊與中國科學(xué)院武漢病毒研究所王延軼研究員團隊繼續(xù)深入合作，在

Nature Communications

VLDLR屬于低密度脂蛋白受體家族，其胞外配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域（LBD）包含 8 個 LA 重復(fù)序列，已知可與多種甲病毒結(jié)合。本研究中，研究人員通過生物層干涉技術(shù)（BLI）和酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）發(fā)現(xiàn)，VLDLR的LA1、LA2、LA3和LA5能夠直接與WEEV California 毒株結(jié)合。 BLI數(shù)據(jù)顯示，LA1-Fc、LA2-Fc、LA3-Fc和LA5-Fc對WEEV California 毒株表現(xiàn)出強結(jié)合親和力，其KD值分別為0.11、1.59、6.09和0.37 nM（相比之下，其他LA重復(fù)序列（LA4-Fc、LA6-Fc、LA7-Fc和LA8-Fc）未檢測到與加利福尼亞株WEEV的結(jié)合活性。

為了確認(rèn)每個互作的LA重復(fù)序列與WEEV的相互作用界面，研究人員利用單顆粒冷凍電鏡重構(gòu)技術(shù)，解析了WEEV California 毒株病毒樣顆粒（VLPs）與人類VLDLR配體結(jié)合域（LBD, LA1-8）及其多個截短體復(fù)合物的高分辨率結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)分析表明，在二十面體對稱的病毒顆粒表面，VLDLR的LA重復(fù)結(jié)構(gòu)域以非對稱方式結(jié)合于病毒刺突蛋白。具體而言，LA1與LA2結(jié)構(gòu)域以串聯(lián)形式，緊密結(jié)合在由同一個三聚體刺突內(nèi)兩個相鄰E2-E1異源二聚體所構(gòu)成的溝槽中。此外，通過單獨重構(gòu)WEEV California 與VLDLR-LA3與LA5重組蛋白復(fù)合物，本研究首次觀測到LA3與LA5結(jié)構(gòu)域結(jié)合在病毒E1蛋白的DIII區(qū)域，揭示了不同于LA1/LA2結(jié)合界面的另一處相互作用位點。并通過BLI驗證了VLDLR-LA3與LA5可以直接與病毒E1蛋白的DIII區(qū)域結(jié)合。

LA1結(jié)構(gòu)域主要與一個E2-E1異源二聚體中的E1亞基相互作用，其鈣離子結(jié)合環(huán)上的酸性殘基簇（D53, D55, E56, D57）與E1蛋白上帶正電的K227殘基形成密集的靜電相互作用，并通過氫鍵與鹽橋穩(wěn)定結(jié)合。LA2鈣離子結(jié)合殘基（D92, D94, D96）與E2蛋白上的堿性殘基簇（K181, K190, R214）構(gòu)成鹽橋互作網(wǎng)絡(luò)，其中E2-K181與LA2-D92/D94/D96之間的相互作用尤為關(guān)鍵；此外，LA2的R88與W89等殘基通過氫鍵與疏水作用進一步加固界面。功能實驗數(shù)據(jù)有力支撐了上述結(jié)構(gòu)觀察。在受體側(cè)，將LA1或LA2中參與關(guān)鍵互作的酸性殘基進行丙氨酸點突變（如LA1-D53A/D55A/D57A或LA2-D92A/D94A/D96A），可顯著削弱或完全消除VLDLR介導(dǎo)的WEEV假病毒感染。在病毒側(cè)，將E2-Lys181突變?yōu)楣劝彼幔↘181E）會完全破壞其與VLDLR-LBD的結(jié)合（BLI檢測不到結(jié)合信號），并喪失依賴VLDLR的細胞入侵能力。

WEEV作為一種曾引發(fā)嚴(yán)重腦炎的病原體，其高致病性歷史毒株依賴VLDLR受體感染細胞，而當(dāng)前流行毒株已喪失此能力，這一受體使用轉(zhuǎn)變的分子機制長期未明，解析該機制對理解病毒進化與防控具有重要意義。本研究從分子層面系統(tǒng)闡明了WEEV受體趨向性的結(jié)構(gòu)決定機制與進化驅(qū)動因素。研究揭示，病毒E2糖蛋白181位殘基的帶電性質(zhì)是決定其能否利用VLDLR/ApoER2受體的關(guān)鍵分子開關(guān)：高致病性A組毒株（如California 毒株）保守的帶正電賴氨酸（K181）與VLDLR LA2結(jié)構(gòu)域酸性殘基簇（D92/D94/D96）形成強效鹽橋網(wǎng)絡(luò)，此為結(jié)合所必需；而流行性B/C組毒株該位點多為帶負(fù)電谷氨酸（E），導(dǎo)致靜電排斥而喪失結(jié)合能力。功能實驗提供了確鑿證據(jù)：在California 毒株引入K181E突變可完全消除其VLDLR結(jié)合與感染，而在非致病株Imperial-181中進行回復(fù)突變（E181K）則能恢復(fù)該能力。這一單氨基酸替代直接關(guān)聯(lián)了病毒受體使用譜的轉(zhuǎn)變與其流行病學(xué)上的“沉寂”現(xiàn)象。研究進一步發(fā)現(xiàn)了受體識別的進化可塑性：部分毒株（如Fleming）通過E2第81位賴氨酸（K81）的替代性作用維持VLDLR識別，表明病毒在正選擇壓力下可通過遠端殘基的適應(yīng)性突變實現(xiàn)功能收斂。這些發(fā)現(xiàn)不僅精準(zhǔn)定位了驅(qū)動WEEV宿主適應(yīng)性演變的結(jié)構(gòu)決定簇，也為理解甲病毒受體趨向性漂變的普遍規(guī)律提供了分子范式。

本研究通過整合高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析、生物物理結(jié)合測定與病毒學(xué)功能實驗，系統(tǒng)闡明了西馬腦炎病毒（WEEV）識別宿主受體VLDLR的多重分子機制。研究首次完整揭示了WEEV與VLDLR之間存在的多價態(tài)結(jié)合模式：其LA1與LA2結(jié)構(gòu)域以鈣離子依賴方式協(xié)同結(jié)合于病毒刺突三聚體的保守裂隙，而LA3與LA5則靶向E1蛋白的DIII區(qū)域。研究關(guān)鍵性發(fā)現(xiàn)病毒E2糖蛋白第181位殘基（K181）是決定受體趨向性的核心分子開關(guān)，其單點突變（K181E）足以消除VLDLR結(jié)合能力，從原子水平解釋了WEEV流行毒株喪失VLDLR使用能力及伴隨毒力減弱的“沉寂”現(xiàn)象。此外，研究還揭示了病毒通過遠端殘基（如E2-K81）實現(xiàn)受體識別的替代進化策略。

本研究為甲病毒受體識別的復(fù)雜性和可塑性提供了原子精度的結(jié)構(gòu)范式；從結(jié)構(gòu)-功能層面直接揭示了病毒受體使用演變與流行病學(xué)特征（毒力衰減）之間的因果關(guān)系；鑒定出病毒刺突蛋白上高度保守的、可與多種受體競爭結(jié)合的“熱點”界面，為設(shè)計廣譜抗病毒抑制劑或中和抗體指明了方向；所發(fā)現(xiàn)的高親和力受體片段（如LA1-5）為開發(fā)新型“誘餌受體”類抗病毒藥物提供了先導(dǎo)分子。這項工作對病毒進化生物學(xué)研究和抗病毒策略開發(fā)具有雙重重要意義。

清華大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院婁智勇教授、中國科學(xué)院武漢病毒研究所王延軼研究員、清華大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士研究生梁勝劍為本文共同通訊作者。清華大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院梁勝劍、徐智力、劉小可，以及王延軼課題組副研究員楊艷為本文共同第一作者。

文章鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-66330-6

制版人： 十一

參考文獻

1 Liang, S. et al. Structural basis for engagement of Western Equine Encephalitis Virus with the PCDH10 receptor.Nature communications16, 6290, doi:10.1038/s41467-025-61659-4 (2025).

2 Liang, S. et al. Structural insights into VLDLR recognition by western equine encephalitis virus.Nature communications, doi:10.1038/s41467-025-66330-6 (2025).

學(xué)術(shù)合作組織

（*排名不分先后）

戰(zhàn)略合作伙伴

（*排名不分先后）

轉(zhuǎn)載須知

【非原創(chuàng)文章】本文著作權(quán)歸文章作者所有，歡迎個人轉(zhuǎn)發(fā)分享，未經(jīng)作者的允許禁止轉(zhuǎn)載，作者擁有所有法定權(quán)利，違者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

近期直播推薦

點擊主頁推薦活動

關(guān)注更多最新活動！