近日，中国医学科学院病原生物学研究所崔胜团队与中国农业科学院兰州兽医研究所郑海学团队在Cell Reports在线发表了题为“An Anti-picornaviral Strategy Based on the Crystal Structure of Foot-and-Mouth Disease Virus 2C protein”的研究论文。研究人员首次解析了FMDV 2C高分辨率晶体结构（1.83？），基于结构设计了一种抗病毒多肽（PBL-peptide），发现了PBL-peptide能够解离2C多聚体、抑制其 ATP酶活性，证明了PBL-peptide与靶点具有较高亲和力（纳摩尔级别），能够破坏2C诱导的脂滴（LD）聚集；最终，研究人员在体外活性实验，细胞模型和乳鼠模型中系统评价了PBL-peptide的抗病毒活性（图一）。PBL-peptide的设计、应用已申请国际发明专利。
图一、基于结构的FMDV原创抗病毒药物设计、评价
小RNA病毒科（Picornaviridae）包括许多重要的人类、动物病原体。口蹄疫病毒（FMDV）属于典型的小RNA病毒，也是最早发现的小RNA病毒家族成员之一[1, 2]。FMDV感染猪，牛，羊和骆驼等偶蹄动物，不但对畜牧业造成严重危害，而且对国际政治、经济和贸易产生深远影响。世界动物卫生组织将FMDV列为动物A类烈性传染病。
2C蛋白是小RNA病毒科高度保守的非结构蛋白，在病毒复制中发挥不可取的作用，是重要的抗病毒药物靶标[3]。研究人员长期聚焦小RNA病毒2C的结构、功能及其在病毒复制中的作用，研究周期接近10年。他们首先解析了EV71 2C和PV 2C等肠道病毒2C晶体结构、揭示了2C在病毒复制中的作用，首次发现2C依赖其C－末端结构域组装多聚体，证明了2C多聚体组装是病毒复制的关键步骤 [4, 5]。据此，研究人员提出了“破坏2C多聚”的抗病毒新策略 [4]。
在最新发表的Cell Reports论文中，研究人员以FMDV为研究对象，解析了FMDV 2C高分辨率晶体结构（1.83？），发现FMDV 2C不但具有与肠道病毒2C类似的ATP酶结构域，而且通过其C-末端结构域组装多聚体，说明C－末端依赖的2C多聚化是一个“泛小RNA病毒（Pan-picornavirus）”的复制共性机制。但与肠道病毒2C不同的是：FMDV 2C的C－末端结构域含有一个特殊的Looｐ元件（PBL）。他们发现PBL是2C多聚化的关键点，为抗病毒多肽设计提供了突破口。
在精准的结构信息指导下，研究人员设计了PBL－peptide，旨在干扰2C多聚化，发挥抗FMDV活性。他们利用体外活性实验，FMDV感染性克隆，细胞模型和乳鼠模型等多种实验体系，综合评价了PBL－peptide的活性，揭示了药物作用机理。实验结果证明：PBL－peptide能够抑制FMDV 2C的ATP酶活性；PBL－peptide与2C直接相互作用，亲和力高（Kd～276nM）；PBL－peptide能够破坏FMDV 2C在细胞中诱导的脂滴聚集；PBL－peptide在PK-15细胞中具有较强的抗FMDV活性（IC５０ ＝ 5.5 μM）。最后，研究人员发现PBL-peptide能够延缓FMDV攻毒后乳鼠的发病时间，改善临床症状。
优化PBL－peptide的体内活性、提高成药性是合作研究团队接下来的工作重点。该论文还透露，PBL-peptide的设计、应用已申请ＰＣＴ国际专利。
中国医学科学院病原生物学研究所崔胜研究员，高小攀副研究员和中国农业科学院兰州兽医研究所郑海学研究员为本文的通讯作者；崔胜课题组博士研究生张楚和兰州兽医研究所杨帆副研究员为本文的共同第一作者。该研究获得了中国医学科学院医学科技创新工程和国家自然基金等项目的资助。值得一提的是，小RNA病毒2C蛋白的系列研究获得了一系列项目的长期、连续资助，包括3项国自然面上项目和1项ICGEB－CRP项目，时间跨度接近10年。这体现了长期、持续资助对原创性科研工作的重要性。
中国医学科学院病原生物学研究所是我国为应对传染病对人类健康的重大挑战，加强传染病领域的研究力量，专门从事传染病基础、应用基础研究的国家级科研单位。崔胜研究员团队聚焦重要RNA病毒入侵和复制机制、研究药物靶点的结构、功能，基于靶点进行药物设计、评价；发表SCI收录论文60余篇，其中以第一/通讯作者在Science，Mol Cell，Sci Adv, Nat Commun，PNAS和PLoS Pathog等期刊发表研究论文40 余篇，H-index 29。
中国农业科学院兰州兽医研究所是我国从事口蹄疫等重大动物疫病科学研究的国家级研究机构、拥有家畜疫病病原生物学国家重点实验室、OIE/国家口蹄疫参考实验室等国家级科技创新平台。郑海学研究员团队长期从事口蹄疫等重大动物疫病的基础理论和防控技术研究，近五年，在PLoS Pathog、mBio、J Immunol、J Virol等期刊发表SCI论文70余篇。
（来源：病毒学界）
参考文献：
1.Grubman, M.J. and B. Baxt, Foot-and-mouth disease. Clin Microbiol Rev, 2004. 17(2): p. 465-93.
2.Yang, F., et al., Genetic Determinants of Altered Virulence of Type O Foot-and-Mouth Disease Virus. J Virol, 2020. 94(7).
3.Laufman, O., J. Perrino, and R. Andino, Viral Generated Inter-Organelle Contacts Redirect Lipid Flux for Genome Replication. Cell, 2019. 178(2): p. 275-289.e16.
4.Guan, H., et al., Crystal structure of 2C helicase from enterovirus 71.Sci Adv, 2017. 3(4): p. e1602573.
5.Guan, H., et al., Crystal structure of a soluble fragment of poliovirus 2CATPase. PLoS Pathog, 2018. 14(9): p. e1007304.
链接：https://mp.weixin.qq.com/s/8ctG5_CQEklRVrReWQv7cA
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