美国马里兰大学巴尔的摩县分校（UMBC）化学与生物化学副教授迪帕克·科伊拉拉（Deepak Koirala）及其团队，包括近期毕业的博士生纳巴·克里希纳·达斯（Naba Krishna Das），在肠道病毒复制机制研究上取得了突破性进展。他们的工作解答了长期以来关于这些病毒如何入侵细胞并启动复制的关键问题，为开发广谱抗病毒药物提供了新的思路。

科伊拉拉教授的实验室一直致力于理解RNA病毒如何在细胞内合成蛋白质并复制其基因组以产生更多病毒颗粒。此前，该团队已识别出病毒RNA内一个重要的三叶草形结构。这项新研究则进一步揭示了该结构如何招募构建病毒复制机器所需的蛋白质。

肠道病毒如何在细胞内复制

肠道病毒携带微小的RNA基因组，必须同时承担两项任务：病毒RNA既要指导病毒蛋白质的生产，又要作为模板来创建新的病毒拷贝。

病毒基因组的大部分包含结构蛋白的指令，但它也编码了几种复制所需的特殊蛋白质。其中最重要的一种是融合蛋白3CD。

3CD蛋白的3C部分负责将长链氨基酸切割成病毒所需的独立蛋白质。而3D部分则充当RNA聚合酶，这是一种复制病毒RNA以供病毒繁殖的酶。由于人类细胞不自然含有这种类型的聚合酶，这意味着病毒必须提供自己的版本。

科伊拉拉解释说：“我们之前已经确定了单独RNA的结构，其他研究小组也确定了3C和3D的结构，但现在我们捕获了RNA和蛋白质共同作用的结构，因此我们知道了它们是如何相互作用的。”研究人员发现，正是3CD中的3C结构域结合到病毒基因组的RNA上，然后招募其他组分，如宿主蛋白PCBP2，从而组装成复制复合体。

研究人员还发现，这种分子复合体具有开关功能。当3CD附着时，病毒复制其RNA基因组；当蛋白质脱离时，RNA则用于生产病毒蛋白质。

科学家解开病毒复制的长期谜团

为了详细检查这些相互作用，研究团队采用了多种先进技术。他们利用X射线晶体学来可视化RNA三叶草结构和3CD蛋白的结合状态。此外，他们还依赖于等温滴定量热法（ITC）来测量分子结合时释放的热量，以及生物层干涉法（BLI）来通过光干涉变化追踪分子附着的时间。

这些实验帮助解决了一个持续的科学争论。研究人员表明，两个完整的3CD分子，每个都带有自己的RNA聚合酶，并排结合在病毒RNA上。而早期的研究曾提出这些蛋白质形成一个单一的融合对。

尽管科学家们仍不完全理解为什么需要两个拷贝，但这项新研究为复制过程的启动提供了更清晰的图景。

广谱抗病毒药物的潜力

这项研究中最有前景的发现之一是，在所检查的七种肠道病毒中，这种复制机制表现出惊人的相似性。这些病毒共享几乎相同的RNA三叶草结构和结合行为。

这种高度的相似性表明RNA结构对于病毒的生存至关重要。显著的突变很可能会破坏复制过程，这使得该结构可能成为许多肠道病毒的稳定药物靶点。

研究人员表示，这提出了开发广谱抗病毒药物的可能性，这些药物可以针对整个病毒家族，而不仅仅是单一病原体。

目前，科学家们已在开发干扰3C和3D蛋白的药物，但新发现揭示了另一种可能的策略。

科伊拉拉教授指出：“现在我们有了另一个测试层面。如果我们靶向RNA，或者RNA-蛋白质界面，从而打破这种相互作用呢？这是另一个机会。既然我们拥有高分辨率的结构，就可以精确设计药物分子来靶向它们。”

科伊拉拉表示，这项研究突显了病毒尽管基因组微小，却能展现出令人惊讶的复杂性。

“病毒非常非常聪明。它们的整个基因组大约只相当于人类一条mRNA序列，但它们却如此有效，”科伊拉拉说。他的最新工作证明了“为什么我们需要研究这些基础科学——这样它才能转化为开发针对导致众多有害疾病的病原体的药物。”