武汉病毒所邓增钦团队揭示正布尼亚病毒EBIV聚合酶工作的分子机制

　　

近日，中国科学院武汉病毒研究所/高致病性病毒与生物安全全国重点实验室邓增钦团队发表了题为“Structural basis for RNA synthesis and inhibition of the orthobunyavirus polymerase”的研究论文。该研究解析了正布尼亚病毒艾比湖病毒（Ebinur Lake virus，EBIV）RNA聚合酶多个功能状态下的三维结构，揭示了其在RNA合成过程中的构象变化，发现了非核苷类抑制剂并阐明了其作用机制，为抗正布尼亚病毒药物研发提供了基础。

正布尼亚病毒属包含拉克罗斯病毒（LACV）、施马伦贝格病毒（SBV）和奥罗普切病毒（OROV）等120余种成员，对公共健康构成重大威胁，但目前尚无获批的抗病毒药物。近年来，OROV在美洲地区持续暴发流行，凸显了相关药物研发的紧迫性。EBIV最初分离自中国新疆艾比湖地区的凶小库蚊，随后在俄罗斯的鸟类和蚊虫中也被检出。该病毒对小鼠致病性极强，且人群血清学检测到抗体阳性，提示其具有潜在的感染人类风险。正布尼亚病毒编码的RNA依赖性RNA聚合酶（L蛋白）是病毒转录和复制的关键酶，包含核酸内切酶结构域（EN）和RNA依赖性RNA聚合酶结构域（RdRp）两个具有酶活性的结构域。RdRp结构域负责RNA合成，EN与甲基化帽子结合结构域通过“夺帽”机制获取宿主mRNA的甲基化帽子启动病毒mRNA的转录。此外，正布尼亚病毒L蛋白的C末端还有一个独特的锌结合结构域（ZBD），但其功能尚不明确。多种布尼亚病毒通过“prime-and-realign”机制启动基因组复制，对LACV L蛋白的结构分析揭示了一段名为prime-and-realign loop（PR loop）的结构在复制起始阶段的重要作用。然而，该PR loop的结构-功能相关性以及其在正布尼亚病毒中的功能是否保守仍有待充分阐明。

本研究成功表达并纯化了具有活性的EBIV全长L蛋白，并利用冷冻电镜技术解析了全长L蛋白（apo）的结构和RNA处于延伸状态下的复合物结构，揭示了PR loop和ZBD的构象特征及其功能。结构比对显示，L蛋白在RNA合成过程中发生显著构象重排，特别是RdRp结构域及其周围的多个结构域发生协同运动，以容纳新产生的模板-产物双链RNA。EBIV PR loop在不同功能状态下也发生构象变化。在延伸状态下，PR loop从活性位点回缩，处于类似于LACV延伸状态中观察到的构象，而在apo状态下则处于一种此前未被报道的稳定构象。具体而言，EBIV L apo状态中的E981-L985片段是一个长α-螺旋的一部分，而在LACV L起始状态中观察到的则是柔性环。此外，D988与附近带正电的氨基酸残基形成相互作用，而这种相互作用在延伸状态中被破坏。功能实验表明，PR loop上多个氨基酸突变都会削弱EBIV L从头合成RNA的活性，并在微复制子系统中显著降低报告基因的表达水平（图1）。相比之下，这些突变体对引物依赖的RNA延伸活性的影响有限，证明其在复制起始阶段具有重要作用。研究还发现位于ZBD上的一段β-hairpin结构插入聚合酶核心区，形成稳定的界面相互作用，对维持聚合酶活性至关重要，是正布尼亚病毒聚合酶的重要结构特征。??

图1. EBIV L PR loop构象及其突变的影响

本研究进一步发现用于治疗非洲锥虫病的百年老药suramin对EBIV复制具有显著抑制作用。酶学分析表明，suramin能够有效抑制EBIV L聚合酶活性；冷冻电镜结构揭示，suramin在聚合酶上有两个结合位点：其中一个位于病毒RNA启动子结合口袋附近，可阻断vRNA启动子结合；另一个位于聚合酶RNA双链结合通道内，干扰RNA双链和L蛋白的稳定相互作用，从而实现双位点协同抑制（图2）。

图2. Suramin抑制EBIV L活性及其结合位点

综上，本研究解析了EBIV L蛋白的apo状态、RNA延伸复合物及抑制剂结合复合物结构，揭示了PR loop的两种构象，促进了对RNA合成调控的理解。同时，发现了对聚合酶活性关键的β-hairpin结构，并阐明suramin的双重抑制机制，为开发广谱抗正布尼亚病毒药物提供了结构基础。

武汉病毒所博士研究生唐晶晶为论文第一作者，邓增钦研究员为通讯作者，夏菡和袁志明研究员及武汉大学赵海艳研究员等为合作作者。该研究得到中国科学院先导专项和国家重点研发计划等项目的资助。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-72944-1