我國科學家解析乙肝表面抗原三維結構

·這一研究不僅解決了結構生物學和病毒學領域的長期謎題，還為疫苗的優化、中和性抗體構效關系的理解提供了重要依據，特別是有望加速直接靶向病毒表面蛋白和囊膜組裝的小分子藥物以及引導表面蛋白降解的PROTAC（蛋白降解靶向嵌合體）的研發。

乙型肝炎病毒（Hepatitis B Virus，HBV）感染是全球嚴重的公共衛生問題。乙型肝炎病毒的表面抗原（HBsAg）是決定病毒入侵、復制和包裝的關鍵蛋白，自乙肝病毒被發現以來，這個蛋白一直備受關注，但科學界一直未能解析它的結構形態。

中國科學院院士、上海科技大學特聘教授饒子和，中國食品藥品檢定研究院胡忠玉研究員，和上海科技大學免疫化學研究所助理教授王權等人經過五年的研究，基于對冷凍電鏡單顆粒分析理論的深刻理解和分析軟件的創新發展，憑借獨特的軟件和算法，最終解析了HBsAg的三維結構。

北京時間2024年9月13日凌晨2時，相關論文以“Inherent symmetry and flexibility in hepatitis B virus subviral particles（乙型肝炎病毒亞病毒顆粒的固有對稱性和分子柔性）”為題在《科學》（Science）發表。王權、清華大學王濤博士、南開大學曹林副教授、中國科學院生物物理研究所傅晟博士、博士研究生慕安、上海科技大學博士研究生王佩佩為論文共同第一作者。

乙肝病毒表面抗原蛋白的近原子分辨率三維結構及其結構異質性。圖片來源：上海科技大學

據世界衛生組織（WHO）估算，全球每年有近100萬人死于HBV感染相關疾病。而HBV感染是肝細胞癌（肝癌）發生的重要病原學及疾病進展因素，中國是世界上HBV感染負擔最重的國家，84%的肝癌由HBV感染導致。據估計，中國目前依然有超過8000萬乙肝病毒攜帶者，其中約3000萬例被確診為慢性乙型肝炎患者。

據悉，乙肝病毒于半個世紀前在澳大利亞被發現。1963年，美國內科與生化學家巴魯克·塞繆爾·布隆伯格（Baruch Samuel Blumberg）博士在篩選血樣時偶然發現，在一例多次輸血的血友病病人的血液中，存在一種能夠與一個澳大利亞土著居民的血清發生反應的沉淀抗體。布隆伯格博士將存在于后者血清中的這種作用物質稱為“澳大利亞抗原（Australia antigen）”（“澳抗”）。此后研究發現這種抗原與輸血后肝炎有關，這是從人類血液中找到的第一種乙肝病毒抗原成分，也就是現在所說的乙肝表面抗原（hepatitis B surface antigen, HBsAg）。巴魯克·布隆伯格博士因此獲得1976年諾貝爾生理學或醫學獎。

上海科技大學方面介紹，乙肝病毒的表面抗原是決定病毒入侵、復制和包裝的關鍵蛋白，也是診斷感染和評估臨床功能性治愈的重要指標。在感染監測中，乙肝表面抗原是乙肝免疫檢測“大三陽”和“小三陽”的共同標志分子；在臨床治療中，乙肝表面抗原清除是慢性乙肝臨床治愈的關鍵指標。

據了解，HBsAg是乙肝病毒編碼的一種十分獨特的分子，它能夠自發聚合形成形態多樣的病毒顆粒，甚至產生大量無基因組的“誘餌”亞顆粒（subviral particle，SVP），遠超感染性完整病毒顆粒（infectious Dane particle）4個數量級以上，干擾人體免疫系統，導致免疫耗竭。盡管該蛋白自病毒發現以來一直備受關注，但其復雜的結構特性和多樣化的組裝形態，一直是結構生物學和病毒學長期未解的謎題。

據介紹，此次發表的研究成功表征了乙肝表面蛋白及其自組裝體表現出的高度結構柔性，揭示了其在病毒粒子表面形成多樣寡聚形態的分子基礎。基于其在亞病毒顆粒表面一種典型三聚體和三種不同四聚體局部組裝模式的觀察和分析，研究團隊對球形顆粒如何延展形成更長的管狀微絲結構，以及如何與內部核衣殼相適配組裝形成完整病毒的分子機制進行了解讀。

該論文的評閱專家評述：“HBV粒子的結構和形成是該領域一個非常重要、基本和長期存在的問題。” 但是，“HBsAg形成結構形態異質的亞病毒顆粒，這使得解析其高分辨率的結構極難實現”。乙肝表面抗原是乙肝重組疫苗的主要成分，是中和性抗體（neutralizing antibody）的主要靶標，對于乙肝的防治具有重要意義。但相較于數十種在研的靶向三維結構已知的核心蛋白小分子核衣殼組裝調節劑（Capsid assembly modulators，CAM），卻罕有靶向表面抗原的小分子藥物。這一研究不僅解決了結構生物學和病毒學領域的長期謎題，還為疫苗的優化、中和性抗體構效關系的理解提供了重要依據，特別是有望加速直接靶向病毒表面蛋白和囊膜組裝的小分子藥物以及引導表面蛋白降解的PROTAC（PROteolysis TArgeting Chimera，蛋白降解靶向嵌合體）的研發，為乙肝防治的攻關解鎖了一條全新路線，有望推動乙肝治療進入新階段。

據悉，饒子和與胡忠玉自二十年前開始嘗試開展乙肝表面抗原結構研究，研究團隊陸續有近二十位成員接力參與攻關。2020年，王權加入上海科技大學，師從饒子和，投入乙肝表面抗原結構研究。

9月13日上午，上海科技大學召開該研究成果新聞發布會暨合作研討會。王權在會上介紹，這篇論文只揭示了乙肝病毒表面蛋白的結構，研究團隊還關心完整病毒是如何組裝的。“知道這個病毒長成什么樣子很重要，它是怎么長成這個樣子的也很重要。我們也開發了一種算法，希望以后可以很好地表征分子的動態性。”他說。

重慶醫科大學校長黃愛龍教授在現場說，“雖然我們已經有很好的抗乙肝病毒藥物，但它們只能抑制病毒，不能清除病毒。世界衛生組織提出2030年消除‘病毒性肝炎公共衛生危害’目標，現在還剩下不到6年時間，而中國是乙肝大國，存量還有七八千萬。我認為在機制不清楚的情況下，對乙肝的治療是盲目治療。”

清華大學全球健康與傳染病研究中心主任張林琦教授說，最近其研究團隊從乙肝患者身上分離出了抗乙肝的高強度中和抗體，抗體是保護人體的一種重要免疫機制。有了HBsAg的三維結構，就可以知道這些抗體實際作用在什么地方，找到關鍵的點位，從而促進疫苗設計的突破。

（原標題：中國科學家解析乙肝表面抗原三維結構，有望促進疫苗優化）