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導語：現有的狂犬疫苗以狂犬病毒糖蛋白（RABV-G）為靶點，由于該蛋白在生理條件下是異質的，所以只能產生短暫的免疫反應，也就是說狂犬病疫苗并不能為人體提供終身保護。近日，來自美國拉霍亞免疫學研究所和法國巴斯德研究所領導的研究團隊首次捕獲到狂犬病病毒糖蛋白三聚體與“預融合”特異性中和抗體結合的高分辨率三維結構，為長效狂犬疫苗的設計與開發提供了新的思路。
未經治療的狂犬病感染幾乎100%致死，每年導致50000至60000人死亡，其中很多是兒童。人用狂犬病疫苗由滅活病毒組成，僅在短期內（接種疫苗6個月至一年）具有完全保護作用，無法引發終身免疫。在人體中，疫苗引發的中和抗體水平通常在接種疫苗后1至5年下降，所以需要頻繁接種疫苗以維持中和抗體滴度，提供對狂犬病感染的保護。而在大多數狂犬病死亡發生率較高的低收入國家，很難負擔得起經常接種疫苗以及接觸病毒后的治療。因此，長效狂犬病疫苗的研發很關鍵。
狂犬病毒糖蛋白(RABV-G)是病毒表面暴露的唯一蛋白質，是疫苗誘導的中和抗體的靶點。在病毒表面，RABV-G的結構是異質的，只有一部分是可識別的三聚體。而結構的異質性可能會影響針對第四表位的中和抗體的產生，并可能導致接種后免疫應答的時間較短。在最近的一項研究中，來自美國拉霍亞免疫學研究所和法國巴斯德研究所領導的研究團隊報道了與人抗體RVA122結合的三聚體野生型RABV-G的結構，可用于指導改進疫苗的設計和確定治療藥物靶點。相關研究成果以“Structure of the rabies virus glycoprotein trimer bound to a prefusion-specific neutralizing antibody”為題，發表在Science Advances上。
科學家無法準確地回答為什么狂犬病疫苗不能提供長期保護，但RABV-G結構的異質性確實是一個關鍵性問題。就像瑞士軍刀一樣，RABV-G的序列可以在需要時展開并向上翻轉。糖蛋白可以在融合前（與宿主細胞融合之前）和融合后形式之間來回移動，它也可能分崩離析，從三聚體結構轉變為單體結構。
這種變形方式彷佛為狂犬病病毒提供了一種隱形斗篷，因為人類抗體通常只能識別蛋白質上的某個單一位點，而當蛋白質隱藏或移動這些蛋白質位點時，抗體就無法準確識別，自然也就無法產生有效的免疫應答。在這項研究中，研究人員將糖蛋白RABV-G與單克隆抗體RVA122結合，以確定病毒結構中容易受到抗體攻擊的位點。RVA122是狂犬病免疫所需的抗體類型，可以有效地中和狂犬病病毒。與RVA122的結合使通過冷凍電子顯微鏡可見的RABV-G三聚體的比例增加了30倍以上，使高分辨率重建成為可能，并將RABV-G鎖定在融合前構象中，這是因為RVA122可能通過抑制RABV-G向融合后構象的轉變來中和狂犬病病毒。
通過冷凍電子顯微鏡設備，研究人員捕獲到了RABV-G的高分辨結構圖像，這一結構凸顯了病毒結構的兩個關鍵部分——融合肽在自然狀態下的形態。當RABV-G三聚體沒有錨定在膠束或細胞膜上時，融合肽要么是無序的，要么是相互作用的。這些結果表明，除了在內體酸化后驅動病毒和細胞膜的融合之外，融合肽還影響糖蛋白胞外域結合和三聚化。為了確定融合肽是否也影響全長RABV-G的構象和穩定性，研究人員將融合肽點突變體表達為全長糖蛋白，包括跨膜結構域和胞質尾，并用流式細胞術和免疫熒光對其進行分析染色。RABV-G突變體的所有全長版本都很好地表達并且容易到達細胞表面，但含有W121A的突變體，融合前構象中的全長蛋白明顯減少。這一結果表明，對于全長糖蛋白，W121通過與膜相互作用來穩定融合前構象，防止糖蛋白轉變為替代構象。W121和病毒膜之間的相互作用也可能使RABV-G穩定在病毒粒子表面。RABV-G是疫苗的重要組成部分，也是抗體治療和潛在抗病毒藥物的靶標，但其存在的結構異質性可能導致次優抗體反應。融合前的三聚體RABV-G將是一種理想的疫苗免疫原，但由于該分子的不穩定性，這種形式的呈現存在一定挑戰性。而該項研究報告了融合前三聚體RABV-G的結構，證明了融合肽對成功三聚化和構象穩定的重要性，還可視化了有效和廣泛中和抗體表位，這些將共同指導、改進狂犬病疫苗的研發以及暴露后的治療。通過該項研究，科學家們對狂犬病病毒結構有了更加清晰的認識，也為長效狂犬疫苗的設計研發打開了大門，甚至可以預防整個狂犬病病毒屬。根據研究人員所說，下一步工作是捕獲更多狂犬病病毒及其親屬病毒的圖像以及中和抗體，科學家們正在努力發現其中幾個病毒結構，這可能會揭示狂犬病病毒共有的抗體靶點。該項研究的第一作者表示：“狂犬病是我們所知道的最致命病毒之一，千年以來，我們一直生活在它的陰影之下。然而，科學家們卻從未觀察到它表面的分子結構。了解這種結構，就像了解病毒如何進入宿主細胞一樣，對于開發更有效的疫苗和治療方法至關重要”。排版|文競擇
[1]Callaway HM, Zyla D, Larrous F, et al. Structure of the rabies virus glycoprotein trimer bound to a prefusion-specific neutralizing antibody. Sci Adv. 2022 Jun 17;8(24):eabp9151. doi: 10.1126/sciadv.abp9151. Epub 2022 Jun 17. PMID: 35714192; PMCID: PMC9205594.[2]https://medicalxpress.com/news/2022-06-capture-high-resolution-view-rabies-virus.html本文系生物探索原創，歡迎個人轉發分享。其他任何媒體、網站如需轉載，須在正文前注明來源生物探索。
