通过对东方马脑炎病毒（Eastern equine encephalitis virus, EEEV）如何与一种关键受体结合并进入细胞内部的原子级研究，来自美国华盛顿大学圣路易斯医学院的研究人员在一项新的研究中，发现了一种能保护小鼠免受这种潜在致命的脑部感染的诱饵分子。这一发现加深了人们对病毒蛋白与动物细胞受体之间复杂分子相互作用的理解，为开发针对EEEV感染的治疗和疫苗奠定了基础。相关研究结果于2024年1月3日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Structural and functional basis of VLDLR usage by Eastern equine encephalitis virus”。
论文共同通讯作者、华盛顿大学医学博士Michael S. Diamond说，“了解病毒如何与它们感染的宿主细胞相互作用是预防和治疗病毒性疾病的关键部分。一旦你了解了这一点，你就有了开发疫苗和药物来阻止它的基础。在这项研究中，我们花了很长时间才理清与这种特定受体-病毒相互作用相关的复杂性，但一旦我们掌握了这些知识，我们就能设计出一种诱饵分子，结果证明这种分子能非常有效地中和EEEV，保护小鼠免受它的感染。”
虽然人类感染EEEV的情况很少见---全世界每年仅报告几例---但大约三分之一的感染者会死亡，许多幸存者会出现持久的神经问题。此外，科学家们预测，随着地球变暖，气候变化会延长蚊子的繁殖季节和地域范围，EEEV感染的风险也会增加。目前，还没有获得批准的抗EEEV疫苗或治疗这种病毒的特效药物。
作为寻找治疗或预防这种致命病毒方法的第一步，Diamond和论文共同通讯作者、华盛顿大学病理学与免疫学教授Daved H. Fremont博士着手研究EEEV如何附着到它的一种关键受体，即一种叫做极低密度脂蛋白受体（very low density lipoprotein receptor, VLDLR）的分子。这种受体分子存在于大脑和身体其他部位的细胞表面上。作为Fremont实验室和Diamond实验室的一名博士生，论文共同第一作者Lucas Adams利用冷冻电镜以原子级细节重建了EEEV与VLDLR的结合。
他们获得的结果出乎意料地复杂。VLDLR分子由八个重复的片段（称为结构域）组成，这些结构域像珠子一样串在一起。通常，病毒蛋白与它的受体以一种非常特殊的方式结合在一起。然而，就EEEV而言，病毒表面蛋白上的两三个不同位点能够附着到VLDLR分子的八个结构域中五个结构域的任何一个上。
Fremont说，“真正令人震惊的是，我们发现了多个结合位点，但每个结合位点的化学性质都非常相似，而且与其他与相关受体相互作用的病毒的结合位点的化学性质也很相似。这种化学性质非常适合病毒附着在细胞膜上的方式。”
这些组成VLDLR分子的结构域也存在于几种相关的细胞表面蛋白中。动物界的蛋白中也有类似的结构域。
Diamond说，“由于它们使用的是一种天然具有重复结构域的分子，一些甲病毒（alphavirus）已经进化到在同一受体中使用多个不同结构域的相同附着策略。”
甲病毒包括EEEV和其他几种导致脑部或关节疾病的病毒。“VLDLR受体在不同物种的进化过程中存在序列差异，但由于EEEV在结合方面具有这种灵活性，因此甲病毒能够感染包括蚊子、鸟类、啮齿动物和人类在内的多种物种。”
为了阻止附着，这些作者通过将这八个结构域中的一部分组合在一起，构建出一组诱饵受体（decoy receptor）。这样做的目的是让EEEV错误地与诱饵受体而不是细胞上的VLDLR结合，然这种病毒附着的诱饵受体就能被免疫细胞清除。
论文共同第一作者、Diamond实验室博士后研究员Saravanan Raju对这组诱饵受体进行了评估。首先，他在培养皿中的细胞上测试了这些诱饵受体。许多诱饵受体中和了EEEV。然后，他利用小鼠进行相关实验。
在小鼠皮下注射EEEV六小时前，Raju用诱饵受体或生理盐水（作为对照）对小鼠进行预处理。他测试了三种诱饵受体：一种是已知无法中和EEEV的诱饵受体；一种是由全长VLDLR分子制成的诱饵受体；还有一种是仅由VLDLR的前两个结构域制成的诱饵受体。
所有接受生理盐水、不能中和EEEV的诱饵受体或由全长VLDLR分子制成的诱饵受体预处理的小鼠都在感染EEEV后八天内死亡。所有接受仅由VLDLR的前两个结构域制成的诱饵受体预处理的小鼠则全部存活下来，没有出现生病的迹象。
EEEV生物学的某些方面使它有可能被制成武器，因此找到一种方法来抵御它就显得尤为重要。在随后的实验中，小鼠通过吸入感染EEEV--如果这种病毒被气溶胶化并用作生物武器就会发生这种情况---这种仅由VLDLR的前两个结构域制成的诱饵受体仍然有效，将它们的死亡几率降低了70%。
Fremont说，“通过结合结构实验和结构域剔除实验，我们能够找出哪些结构域是最关键的，并构建出一种能够中和病毒感染的相当有效的诱饵受体。这项新研究拓宽了我们对病毒与受体相互作用的认识，并可能带来预防病毒感染的新方法。”（生物谷 ）
参考资料：
Lucas J. Adams et al. Structural and functional basis of VLDLR usage by Eastern equine encephalitis virus. Cell, 2024, doi:10.1016/j.cell.2023.11.031.
Study reveals clues to how Eastern equine encephalitis virus invades brain cells
https://medicine.wustl.edu/news/study-reveals-new-clues-to-how-eastern-equine-encephalitis-virus-invades-brain-cells/
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