【年度盘点】回顾2016年国内病毒学界那些令人振奋的重大发现

2017年即将到来，那么在过去的一年里，国内病毒学研究领域有哪些突破呢？请跟随小编一起按时间顺序来回顾那些令人振奋的重大发现吧！

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高福院士团队破解埃博拉病毒入侵细胞的“第五种机制”

中国科学院微生物研究所、中国疾病预防控制中心高福院士团队发现了埃博拉病毒感染人体的“另类”机制，为抗病毒药物提供了新的设计依据，研究结果于2016年1月14日以“Ebola Viral Glycoprotein Bound to Its Endosomal Receptor Niemann-PickC1”为题在线发表在《Cell》上。文章从分子水平阐释了埃博拉病毒独特的膜融合激发机制（第五种机制），这种新型机制与之前病毒学家们熟知的四种病毒膜融合激发机制都大为不同，该发现是近年来国际病毒学领域的重大突破。

埃博拉病毒是一类囊膜病毒（丝状病毒），其对宿主的入侵可以分成两个重要步骤，首先，病毒粘附到宿主细胞膜表面；然后是病毒通过细胞内吞进入细胞内部，形成内吞体；然后，在内吞体内，病毒表面糖蛋白与内吞体膜上的受体发生相互作用，从而启动病毒膜与内吞体膜融合，并释放病毒遗传物质。之前的研究发现内吞体膜上的NPC1分子是埃博拉病毒入侵所必须的，但是NPC1分子如何介导病毒入侵却一直是个未解之谜。

高福院士团队率先解析了NPC1分子的腔内结构域C的三维结构，发现其具有一个由α螺旋和β折叠组成的球状核心结构域和两个突出来的环状结构。研究发现结构域C主要利用两个突出来的环状结构插入激活态糖蛋白头部的疏水凹槽里，从而发生相互作用。激活态糖蛋白与腔内结构域C结合后，会发生构象变化，使得糖蛋白的融合肽更容易暴露出来，插入内吞体膜上，从而启动膜融合过程。这一重大发现预示着人们能够针对激活态糖蛋白头部的疏水凹槽设计小分子或多肽抑制剂，来阻断埃博拉病毒的入侵过程，为抗病毒药物设计提供了新靶点。

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清华大学医学院阐述两种针对埃博拉病毒中和性抗体的作用机制

清华大学医学院向烨研究组与美国国立卫生院Nancy J. Sullivan研究组和达特茅斯Geisel医学院Jason S. McLellan研究组合作于2016年2月25日在《Science》杂志在线发表题为“Structural and molecularbasis for Ebola virus neutralization by protective human antibodies”研究论文阐述两种针对埃博拉病毒中和性抗体的作用机制。

埃博拉病毒中和性抗体mAb100和mAb114是从1995年Kikwit地区埃博拉疫情暴发时一名埃博拉病毒感染幸存者血清中分离得到。虽然是从20年之前感染病毒的幸存者血清中分离得到，但是这两种抗体对近40年来所有已知的埃博拉病毒都有中和活性。后续的实验发现这两种抗体的作用靶点都位于埃博拉病毒表面糖蛋白GP上。清华大学利用冷冻电子显微镜平台的技术优势，完成了GP蛋白与两种抗体抗原结合片段（Fab）复合物在两种不同pH下的冷冻电镜结构研究，并依此解释了这两种高效抗体的作用机制。

研究发现，mAb100结合在GP蛋白的酶切位点处，在空间上阻碍了蛋白酶对GP蛋白的剪切，并且可以使GP蛋白在pH值降低时不发生显著构象变化；mAb114结合在GP蛋白的受体结合区域，能阻碍宿主细胞的受体与GP的相互作用。两种抗体通过对病毒进入宿主细胞过程中不同步骤的阻碍，起到了中和病毒，治疗疾病的目的。这两种抗体的结合位点与之前已知的埃博拉GP蛋白抗体的结合位点都不太一样，尤其是mAb114抗体，它直接结合在GP蛋白的受体结合区域(RBD)，而RBD由于被GP蛋白的其他区域遮盖，之前的研究认为很难成为抗体的靶点。而这两种抗体起作用的步骤对所有线状病毒科的病毒都是共有的，包括对引起前年及去年非洲大爆发的埃博拉病毒以及另一种高致病性的马尔堡病毒，研究对针对这些病毒的疫苗和药物开发都可以起到了很好的指导作用。

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北京大学阐明人类巨细胞病毒和自身免疫性疾病关联机制

由北京大学人民医院栗占国教授团队和军事医学科学院杨光教授研究组共同完成的一项最新研究——人巨细胞病毒改变自然杀伤细胞稳态可诱发自身免疫病，相关研究成果于2016年3月9日在《Cell Host Microbe》上发表。该研究在国际上第一次回答了巨细胞病毒与部分自身免疫病相关的共同机制问题。

人巨细胞病毒（hCMV）是一种能感染人并致病的巨细胞病毒，常常悄无声息地潜伏在人体内，即使人体强大的免疫系统，也不能将之杀灭或清除。一旦机体免疫力下降，它便开始活跃，大肆复制并侵略人体，导致自身免疫病的发生。在我国，自身免疫病是被列入国家中长期科技发展纲要的10类重大疾病之一。

以往研究发现人巨细胞病毒与类风湿关节炎（RA）、系统性红斑狼疮（SLE）、干燥综合征（pSS）等自身免疫病的发病相关，但其机制不清。该研究利用噬菌体展示技术从RA、SLE和pSS血清中发现了一种新的特异性抗体，可能由hCMV中的pp150蛋白诱导产生。研究员发现，抗Pp150也靶向自然杀伤细胞（NK），诱导补体依赖的细胞毒作用，杀伤NK细胞，导致患者体内NK细胞减少，而NK细胞失衡是导致自身免疫病发病的重要机制。该项研究证明，hCMV可通过影响NK细胞稳态诱导低强度持续性炎症，加深了对自身免疫病发病机制的理解，并发现了新的潜在治疗靶点，对认识自身免疫现象及对这一组疾病的合理治疗具有重要意义。

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中国科学家证实寨卡病毒是小头症元凶

2016年5月11日，《Cell Stem Cell》杂志在线发表了中科院遗传与发育生物学研究所研究员许执恒团队与军事科学院秦成峰团队合作的工作：“Zika Virus Disrupts NeuralProgenitor Development and Leads to Microcephaly in Mice”，通过建立寨卡病毒感染的小鼠模型，证实了寨卡病毒与婴儿出生小头症存在确定关系。

2016年4月，美国疾病控制与预防中心（CDC）首次声称很可能是寨卡病毒感染导致小头畸形和其他的出生缺陷。全世界众多研究机构都在加倍努力，以确认婴儿小头畸形和孕妇感染寨卡病毒的关联性。在这场竞赛中，中国科学家与国际同行几乎同步取得突破，证实了寨卡病毒感染直接导致小头畸形。

研究人员通过全力合作，首次建立了寨卡病毒小头畸形动物模型并证实寨卡病毒可以直接导致小头畸形的发生。他们在哺乳动物小鼠中发现，寨卡病毒可以在胚胎脑中快速复制，并感染神经干细胞，造成神经干细胞的增殖与分化异常，及神经元的大量死亡。最终导致大脑皮层变薄及小头畸形。通过全基因组表达谱分析，他们发现大量与免疫、小头畸形、寨卡病毒的潜在受体及细胞凋亡相关的基因出现明显异常。该研究不但提供了第一种研究寨卡病毒导致小头畸形的动物模型，还为进一步研究寨卡病毒的致病机制和相关治疗打下了良好的基础。

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武汉病毒所实时动态观察到单个艾滋病毒的脱壳过程

2016年6月2日，我国中科院武汉病毒研究所崔宗强研究团队与中科院生物物理所张先恩团队合作，实时动态观察到单个艾滋病毒的脱壳过程，揭示了病毒入侵细胞时基质蛋白、衣壳蛋白、病毒核酸等不同层次、不同组分逐级顺序解离过程和时空机制，研究成果在《ACS Nano》期刊上在线发表“Real-Time Imaging of Single HIV-1 Disassemblywith Multicolor Viral Particles”。

病毒脱壳释放遗传物质的过程是病毒侵染早期阶段的关键环节，对于脱壳过程的研究也将发现抗病毒治疗新途径。但是，相比较于病毒入侵的其它过程来讲，目前对于病毒脱壳的认识还很欠缺，特别是对脱壳过程发生的时空动态机制鲜有了解。利用金属钌有机配合物([Ru(phen)2(dppz)]2+)、双砷染料（FlAsH/ReAsH）、和荧光蛋白（EGFP/ECFP）分别对病毒的基因组RNA、衣壳蛋白CA和基质蛋白MA进行荧光标记，构建了具有良好侵染能力的双色和三色荧光标记病毒颗粒。结合活细胞内单颗粒示踪技术，对单个艾滋病毒入侵宿主细胞时的解离脱壳过程进行实时、动态、可视化分析，揭示了艾滋病毒在侵染宿主细胞后60-120分钟期间，病毒基因组、衣壳蛋白和基质蛋白以一个类似于“火箭升空逐级分离”的模式动态顺序解离。基于药物抑制和统计分析，发现病毒解离脱壳过程的时间和效率会受到细胞因子CypA和病毒逆转录过程的影响。

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清华大学医学院揭示蚊媒黄病毒传播机制，提出疫苗研发新思路

2016年6月20日，清华大学医学院程功研究组在《Nature Microbiology》上发表了一项最新研究发现“Flavivirus NS1 protein in infected host sera enhances viralacquisition by mosquitoes”。该研究首次发现了登革病毒（DENV）及乙脑病毒（JEV）非结构蛋白NS1在病毒“宿主-蚊”自然循环中的重要功能；同时成功研发了基于NS1蛋白的新型登革热双效疫苗策略，为登革热的防治提供了新的手段。

蚊媒传染病是通过蚊媒叮咬传播给人类及动物宿主的一类疾病。近年来，多种蚊媒黄病毒传染病，包括登革热、乙型脑炎和寨卡热等，对人类的健康产生严重的威胁，研究蚊媒病毒感染传播机制对疾病防治尤为关键。在自然界中，蚊媒病毒如何完成“宿主-蚊虫”的生命周期是一个长期困扰科学界的重要科学难题。

在该项研究中，程功课题组利用体外系统及动物感染模型首次发现了NS1蛋白在黄病毒感染蚊虫媒介过程中的重要作用。研究发现，感染宿主血清中的NS1蛋白可随病毒一起吸入蚊子体内，NS1蛋白会通过抑制蚊子肠道免疫系统来帮助病毒尽快跨越蚊子的中肠屏障，并完成对蚊体的感染。在随后的研究中，程功课题组将优化改造后的NS1蛋白（DENV ΔNS1）作为抗原免疫AG6小鼠模型。研究结果显示，免疫ΔNS1蛋白可显著降低感染小鼠的出血及死亡率；同时，免疫ΔNS1蛋白可降低蚊虫的感染率，起到抑制蚊虫带毒和动物感染的双效作用。该双效疫苗策略可在阻抑人体出现登革出血热的同时，阻断登革病毒通过蚊子在自然界的传播，是一个全新的疫苗设计思路。

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第三军医大学发现控制慢性病毒感染的关键CD8+ T细胞亚群

来自第三军医大学的叶丽林教授、吴玉章教授和清华大学的祁海教授课题组展开合作，发现了一类新T细胞亚群，CXCR5+ CD8+ T 细胞，在T细胞耗竭状态下控制慢性病毒感染复制，相关研究成果“Follicular CXCR5-expressing CD8+ T cells curtail chronic viralinfection”于2016年8月2日在线发表在国际顶级期刊《Nature》上。这一发现有助于理解慢性病毒感染免疫的关键环节，为根治HIV、HBV、HCV等慢性病毒感染提供了新的可能。

急性病毒感染常形成有效的抗病毒免疫应答，初始T细胞经历克隆扩增，产生大量的抗原特异性T细胞。这些T细胞有的分化成效应T细胞，分泌细胞因子，在快速清除病毒后绝大多数死亡；有的分化为能长期提供保护性免疫的记忆T细胞，当再次遇到同源抗原，能形成有效的抗病毒免疫应答。慢性病毒感染(如HCV, HIV病人等)和癌症患者，体内T细胞由于长期暴露于持续性抗原和炎症，T细胞逐渐失去效应功能和记忆特征（称为“T细胞耗竭”），从而使对病毒感染的控制能力大大降低。

为了研究耗竭的CD8+ T 细胞中是否存在某类亚群能够有效控制病毒复制，研究人员利用两株LCMV分别建立急性和慢性小鼠感染模型（LCMV-Armstrong导致急性感染、LCMV-Cl13导致慢性感染），发现一类LCMV特异性CXCR5+ CD8+ T细胞只在慢性感染中产生。这类细胞倾向定位于B细胞滤泡中，相比于CXCR5- CD8+ T细胞，CXCR5+ CD8+ T细胞表面表达低水平的抑制受体PD-1和Tim-3，具有更强的细胞毒性，在慢性感染中发挥重要的限制作用。对于这类新亚群细胞的分化发生，研究人员发现Id2/E2A信号通路是CXCR5+ CD8+ T细胞所必须的。重要的是，在HIV患者中，研究人员也发现了病毒特异性的CXCR5+ CD8+ T细胞亚群的存在，病人中CXCR5+ CD8+ T细胞数量与HIV病毒量呈负相关。通过一定的手段，增加和稳定这一类CD8+ T细胞可以增强其清除病毒的功能，这为从根本上治愈这些疾病提供了新可能。

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北生所新发现为乙肝治疗带来新希望

2016年10月26日，乙肝病毒受体发现者、北京生命科学研究所李文辉研究员率领研究团队在乙肝病毒的cccDNA合成的分子机制方面有了重大发现，相关研究成果在线发表在《PLoS Pathogens》期刊上“DNA Polymerase κ Is a Key Cellular Factor forthe Formation of Covalently Closed Circular DNA of Hepatitis B Virus”，该研究发现为乙肝治疗带来了新的方向。

HBV的rcDNA双链长短不一，长链（L）完整，为负链，短链（S）为正链，不完整，长度随机可变。HBV经NTCP受体进入肝细胞后，HBV rcDNA进入细胞核，短链会进行扩增延长，“填充缺口”形成cccDNA (cccDNA从头合成过程)，后者作为模板指导病毒mRNA和pgRNA合成，pgRNA在胞质中与病毒DNA聚合酶结合，并被衣壳蛋白包装形成核衣壳，pgRNA逆转录合成rcDNA，新合成的rcDNA可进入细胞核再次生成cccDNA (cccDNA复制过程)。因此cccDNA的形成和扩增是HBV建立持续慢性感染的基础。因为cccDNA的形成涉及DNA链的延伸，人们推测细胞内参与DNA修复的某些酶催化了cccDNA的合成，但是相关研究所获甚微。

研究人员首先构建了突变病毒HBV-ΔHBc，该病毒无法产生衣壳蛋白故而无法进行病毒DNA的复制。在添加病毒DNA聚合酶抑制剂下，通过突变病毒与正常病毒感染HepG2-NTCP后合成的cccDNA对比，证明病毒DNA聚合酶并不参与cccDNA从头合成过程，说明了细胞DNA聚合酶参与的可能。在哺乳细胞中共有15种DNA聚合酶，究竟是哪种酶参与了cccDNA从头合成过程呢？研究人员利用siRNA进行功能筛选，发现了三种细胞DNA聚合酶POLK, POLL和POLH是病毒cccDNA从头合成所必须的，其中POLK最为重要。后续的CRISPR敲除和外源回复表达实验都进一步验证了实验结果。该研究首次发现了HBV通过劫持细胞DNA聚合酶来实现cccDNA的从头合成过程，这一研究发现为乙肝的治疗带来了新的治疗方向，开发以POLK为靶点的抗HBV药物具有一定的前景。

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中国科学家发现Zika病毒或导致雄性小鼠不育！

2016年11月21日，中国科学院微生物研究所研究员、中科院院士高福团队和中国农业大学教授李向东课题组合作在《Cell》期刊在线发表一篇题为“Zika Virus Causes Testis Damage and Leads to Male Infertility inMice”的文章，揭示Zika病毒（ZIKV）会损害雄性小鼠睾丸组织，导致不育问题。这一研究从新的角度揭示了Zika病毒对生殖健康的影响，或将引起新的关注。

自2015年初在巴西爆发以来，Zika病毒因会导致新生儿“小头症”迅速成为国际高度关注的突发公共卫生事件。过去已有研究证实，Zika病毒会在精液中存留数月，但是它对于男性生殖健康的影响一直尚未明确。为了解开谜团，高福院士和李向东教授带领团队以雄性小鼠为模型，通过分析它们的睾丸、附睾、前列腺、精囊等组织解析Zika病毒的感染模式。结果显示，感染了病毒的小鼠，即便血液检测正常，研究人员依然在其睾丸组织中检测到残留的病毒，这意味着Zika病毒突破了血-睾屏障。Zika病毒并不会感染前列腺和精囊，但会引发睾丸间质、支持细胞和附睾上皮细胞启动免疫反应，生成大量促炎性细胞因子/趋化因子。然而，Zika病毒并不会引发管周肌样细胞和精原细胞大量合成细胞因子，这意味着，这两类具有干细胞特性的细胞比较脆弱，容易受到Zika病毒感染，从而导致睾丸受损。研究人员推测，管周肌样细胞和精原细胞很可能就是Zika潜伏的病毒库。研究人员希望，国际医学界和公共卫生政策制定机构对Zika病毒对生殖健康的风险予以高度重视，特别是对现存精子库的新检测和临床上Zika病毒感染过的男性的长期随访。

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中国疾病预防控制中心重大发现，“RNA病毒圈”或被重新界定

2016年11月23日，中国疾病预防控制中心传染病预防控制所张永振研究员领衔的科研团队通过合作研究在病毒起源和进化的研究中取得重大突破——该团队发现了1445种全新的病毒科，极大丰富了RNA病毒的多样性，并从遗传进化的角度揭示了RNA病毒发生和进化上的基本规律，其中一些病毒与现有已知病毒的差异性之大，以至于需要重新被定义为新的病毒科，相关研究成果以“Redefining the invertebrate RNA virosphere”为题发表于《Nature》杂志上。

根据国际病毒分类委员会的统计，目前已确认的DNA病毒和RNA病毒共有2284种。在长达5年的科研攻关中，该团队针对9个动物门、超过220种无脊椎动物标本进行了宏转录组测序，这种测序是以特定样品中微生物群落的全部RNA为研究对象，从转录水平上分析微生物群落中活跃菌种的组成及其相关情况。新发现的这些病毒填补了RNA病毒进化上的主要空缺，并揭示了一个以宿主转换和共进化为特征的病毒进化史。总的来说，这些数据呈现了一个比目前的分类系统所描绘的亲缘进化关系更复杂且基因组多样性更丰富的病毒圈，从而为病毒的生态和进化研究提供了更坚实的基础。同时，这项突破也改变了病毒学的传统观念，为认识生命的起源进化提供了新的基础。

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北京大学药学院在病毒疫苗领域做出重大突破

2016年12月2日，《Science》上发表了北京大学药学院周德敏教授课题组关于病毒免疫疫苗的突破性研究成果，论文题为“Generation of Influenza A Viruses as Live butReplication-Incompetent Virus Vaccines”。该项研究以流感病毒为研究模型，发明了一种全新的人工控制病毒复制从而将病毒由致命性传染源变为预防性疫苗的技术，这一技术突破了现有的疫苗设计手段，开创了新的病毒疫苗设计体系，是病毒疫苗研发领域的一项重大突破，意义巨大。

该项研究工作中利用了MbpylRS/tRNACUA与UAA（unnatural amino acid）联合使用的翻译系统。该翻译系统在普通细胞中不存在，作者利用琥珀密码子（终止密码子）可以识别非天然氨基酸的原理进行的人为改造，产生表达该翻译系统的转基因细胞。在表达该翻译系统的293T细胞中，当DNA序列上出现TAG的终止密码子时，在细胞中添加UAA的情况下，蛋白翻译不会终止。作者将病毒复制基因（NP，PB1，PB2，PA）的某个编码密码子突变成TAG终止密码子，当这些基因转染改造的293T细胞（transgenic cell）的时候，由于细胞可以翻译TAG终止密码而正常产生新病毒。

通过这种突变的方式获得的病毒活性疫苗的免疫作用有多强呢？作者分别用对照（vehicle），终止密码子突变毒苗（PTC-4A）和临床应用的灭活（IIA）和减活（CAIV）疫苗做了比较，发现终止密码子突变毒苗的效果与减活毒苗CAIV的效果相当。此外，当终止密码子突变病毒与野生型病毒同时感染细胞时，野生型病毒的复制能力反而下降；下降程度与野生型病毒和突变病毒的配比有关，同时与终止密码子引入的数量有关。通过进一步的测序证明，这是由于野生病毒与突变病毒之间发生了重组（genetic reassortment），导致产生的子代病毒中至少有一个复制缺陷的突变基因片段，使得子代病毒也出现复制缺陷。这说明多终止密码突变的病毒还具有一定的治疗作用。这一文章以流感病毒为例从理论上证实了制备免疫力更强，免疫谱更广泛的无复制能力活病毒疫苗是可行的。

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科学家从中国病人体内分离出寨卡病毒人源治疗性抗体

中国科学院微生物研究所、中国疾病预防控制中心高福院士，中国科学院微生物研究所严景华研究员领导的研究团队，于2016年12月14日在国际权威学术刊物《Science Translational Medicine》以封面文章形式发表题为 “Moleculardeterminants of human neutralizing antibodies isolated from a patient infectedwith Zika virus”的学术论文。报道了从中国寨卡康复病人体内鉴定出高效、特异的寨卡病毒单克隆抗体，该研究为防治Zika病毒提供了重要的抗体药物支撑。

本研究建立的B细胞单细胞PCR-测序技术，能够从康复者B细胞中快速分离鉴定出抗原特异的中和抗体，短时间内达到规模化生产，从而提供大量有效的应急抗体。研究人员从我国首例在委内瑞拉感染寨卡病毒并康复的江西患者体内提取出13株全人源抗体进行一系列动物和细胞实验，结果表明其中3株抗体具有高中和活性，在小鼠模型上能有效治疗寨卡病毒感染，有望成为治疗寨卡病毒感染的候选药物。随后通过结构生物学手段对三株人源抗体的中和机制进行解析，清楚地知道保护性抗体的结合位点及中和机制，这在全球尚属首次。此次3株高活性中和抗体中有两株（Z23和ZL1）属于阻断寨卡病毒感染的特异性抗体，它们对登革热等黄病毒没有交叉反应，有望进一步开发成治疗寨卡的特效药物，相关临床前研究正在进行。

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撰文：ipsvirus

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编辑：ipsvirus

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