经过近六年的持续攻关,武汉大学生命科学学院病毒学国家重点实验室的研究人员近日揭示了SARS冠状病毒的一个致命弱点——一组名为“非结构蛋白nsp14”的基因编码。这一发现不仅阐明了该病毒如何逃避宿主免疫系统并完成复制,还为开发抗SARS药物提供了明确的分子靶点。研究成果已发表在《美国科学院院报》(PNAS)上。
2003年SARS疫情爆发后,科学界确认了SARS冠状病毒是致病元凶,但病毒如何在宿主细胞内生存并大量繁殖的机制一直悬而未解。该研究由郭德银教授及其博士生陈宇主导,中国科学院院士田波等也参与了协作。研究团队利用酵母菌系统进行功能筛选和体外生化分析,发现SARS病毒基因组1b区编码的nsp14蛋白同时具备两种关键的RNA加工酶活性:一种是外切核酸酶活性,另一种是甲基转移酶活性。这两种活性协同作用,使病毒能够对自身的RNA进行“伪装”,避免被宿主免疫系统识别,同时确保基因组复制的高保真性。
陈宇博士解释,nsp14如同病毒的“隐形斗篷”,它通过修饰病毒RNA的5′端帽结构,让免疫系统误以为病毒RNA是宿主自身分子,从而逃逸天然免疫应答。此外,nsp14还是病毒从RNA翻译出致病蛋白的“核心工程师”——没有这组编码,即使拥有全套基因也无法组装出具有感染性的病毒颗粒。研究进一步通过SARS病毒复制子系统证明,这些酶活性对病毒基因组的复制是绝对必需的,一旦被抑制,病毒便无法增殖。
郭德银教授指出,基于这一发现,可以开发高通量筛选系统,寻找能够特异性地阻断nsp14酶活性、但对人体细胞无毒副作用的小分子化合物,进而研发成抗SARS药物。尽管SARS疫情已得到控制,但自然界野生动物群体中仍存在SARS样冠状病毒(如蝙蝠携带的相关病毒),且近年来出现的MERS和SARS-CoV-2(新冠病毒)也属于冠状病毒家族,其非结构蛋白nsp14具有高度保守性,因此该项研究的潜在意义更为广泛。
值得一提的是,武汉大学在病毒学领域早有布局。2001年,田波院士前瞻性地提出重视新发突发重大病毒性疾病研究,并在该校建立了现代病毒中心和当时全国高校唯一的三级生物安全实验室(BSL-3),为此次发现提供了关键的硬件支持。
参考文献: Chen Y, et al. Functional screen reveals SARS coronavirus nonstructural protein nsp14 as a novel cap N7 methyltransferase. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2009; 106(9): 3484-3489.