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埃博拉病毒 (Ebola virus, EBOV) 和马尔堡病毒等丝状病毒感染可引起严重的临床症状，包括出血热和多器官衰竭。尽管最初认为丝状病毒只出现在非洲，但最近研究表明它们分布更广，包括亚洲和欧洲。此外，丝状病毒和其他潜在的人畜共患病病毒的遗传多样性可能比以前认识的要大。这对开发针对病毒的预防和治疗对策提出了巨大挑战。
尽管两种治疗性单克隆抗体已被批准用于治疗埃博拉病毒病，但尚无批准的广泛反应药物来控制多种丝状病毒感染。丝状病毒具有大的聚合酶 (large polymerase, L) 蛋白和辅因子病毒蛋白 35 (viral protein 35, VP35)，它们构成了负责病毒基因组 RNA 合成的基本功能单元。由于其保守性，L-VP35 聚合酶复合物是广泛反应性抗病毒药物的有希望的靶标。2022年9月28日，中国科学院微生物所高福团队和施一团队合作在Nature 杂志在线发表题为“Structure of the Ebola virus polymerase complex”的研究论文，该研究首次解析了埃博拉病毒聚合酶复合物的三维结构。不仅如此，该研究还证明了百年药物苏拉明 (suramin) 可以在酶促测定中抑制埃博拉病毒聚合酶的活性。这些发现揭示了埃博拉病毒复制的机制，并可能指导开发更强大的抗丝状病毒药物。丝状病毒，包括埃博拉病毒，是具有七个基因的非分段负义 RNA 病毒 (negative-sense RNA viruses, nsNSV)，属于单倍体病毒目。病毒 RNA 基因组被核蛋白 (nucleoprotein, NP) 包裹，并进一步与由L (large) 蛋白、辅因子病毒蛋白 35 (VP35) 和转录激活因子 VP30 组成的聚合酶复合物相关，形成核糖核蛋白 (ribonucleoprotein, RNP) 复合物。丝状病毒 RNP 复合物负责病毒 RNA 合成，而 L-VP35 复合物是病毒 RNP 模板高效 RNA 依赖性 RNA 聚合的核心单元。L 聚合酶与来自几种单病毒的辅因子磷蛋白 (phosphoprotein, P) 复合的结构揭示了两种结合模式：P 与 L 聚合酶的 N 末端区域或与 L 聚合酶的 C 末端区域相互作用。P 作为 RNA 合成不可或缺的辅助因子，它可以将 L 连接到 RNP 复合物上，并作为伴侣防止新生 N 蛋白与宿主 RNA 的非特异性聚集，保留单体无 RNA 的 N 蛋白用于 RNP 组装。然而，人们对丝状病毒 L-VP35 复合物的结构基础知之甚少，更不了解丝状病毒 RNA 合成的分子机制。该研究使用冷冻电子显微镜确定了L-VP35 复合物和 VP35 寡聚结构域的结构，分辨率分别为 3.0 Å 和 3.4 Å（将其称为状态 1 构象）。结构分析表明，埃博拉病毒的聚合酶L蛋白与VP35蛋白四聚体形成稳定的复合物，其聚合酶的活性结构域和加帽结构域与呼吸道合胞病毒和狂犬病毒等其它不分节段负链RNA病毒聚合酶结构相似，说明不分节段的负链RNA病毒聚合酶在进化过程中具有保守性。图1. 埃博拉病毒L-VP35聚合酶复合物的整体结构（图源自Nature ）有趣的是，EBOV聚合酶的N端结构域具有一个丝状病毒特有的插入结构域，该元件对 RNA 合成至关重要，并在EBOV聚合酶发挥活性时是必不可少的，这可能成为潜在的抗病毒药物研发靶点。不仅如此，研究人员还发现VP35 以四聚体形式与聚合酶L蛋白进行结合，然而只有3个VP35蛋白与L蛋白N 端区域直接相互作用。结合区域涉及L蛋白的手指结构域，手掌结构域和N端结构域，以氢键和疏水相互作用为主。聚合酶从起始状态进入到延伸状态时，酶活中心的priming loop和supporting helix元件必须发生巨大的构象调整，以此保证产物链有足够的空间进行延伸。该研究通过分析EBOV聚合酶处于延伸状态时的精细结构，发现该状态下priming loop完全缩回到加帽结构域，而supporting helix也会远离聚合酶的活性中心，从而为模板/产物双链RNA提供足够的空间进行延伸。开发能有效抑制EBOV的小分子药物一直是国际难题。该研究证明百年药物苏拉明 (suramin) 可以有效抑制埃博拉病毒聚合酶的活性。L-VP35-suramin 复合物的结构表明，suramin 可以与高度保守的 NTP 进入通道结合，以防止底物进入活性位点。图2. 苏拉明抑制 EBOV L-VP35 的机制（图源自Nature ）总之，这项研究确定了与四聚体 VP35 复合的 EBOV L 蛋白的结构，并捕获了先前缺失的非起始状态单病毒聚合酶的结构，支持螺旋和启动环远离活性位点。值得注意的是，该研究证明苏拉明可以抑制 EBOV L-VP35 活性并阐明苏拉明与 RdRp 结合的结构基础，表明开发非核苷类抗病毒药物治疗丝状病毒感染的可行性。https://www.nature.com/articles/s41586-022-05271-2
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