2019年5月16日，北京兒童醫(yī)院謝正德教授團(tuán)隊與中國科學(xué)院微生物研究所高福團(tuán)隊、北京大學(xué)魏文勝團(tuán)隊在《Cell》(IF=31.39)發(fā)表題為“Human neonatal Fc receptor is the cellular uncoating receptor for Enterovirus B”的論文。中科院微生物研究所助理研究員趙欣，北京大學(xué)博士后張桂根，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)與中科院微生物研究所聯(lián)合培養(yǎng)博士生劉升，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京兒童醫(yī)院副研究員陳祥鵬為本文的并列第一作者;高福院士和北京大學(xué)魏文勝研究員，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京兒童醫(yī)院謝正德研究員為論文共同通訊作者。

該合作研究團(tuán)隊利用CRISPR篩選技術(shù)，發(fā)現(xiàn)人類新生兒Fc受體(human neonatal Fc receptor, FcRn)是多個B族腸道病毒的通用脫衣殼受體，并通過解析病毒與其吸附受體(attachment receptor)和脫衣殼受體(uncoating receptor)在不同pH條件下復(fù)合物的原子/近原子水平高分辨率電鏡結(jié)構(gòu)，從分子水平揭示了“雙受體系統(tǒng)”中兩種受體的不同作用機(jī)制，系統(tǒng)地闡明了腸道病毒感染宿主細(xì)胞的入侵機(jī)制。本研究首次在近原子水平的病毒-受體復(fù)合物結(jié)構(gòu)中捕捉到pocket factor釋放的中間態(tài);首次在分子水平清晰展示介導(dǎo)脂類分子轉(zhuǎn)運(yùn)口袋附近關(guān)鍵氨基酸的構(gòu)象變化;并首次以原子/近原子水平高分辨率電鏡結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)闡明了非囊膜病毒入侵過程中“雙受體系統(tǒng)”的作用機(jī)制。細(xì)胞科學(xué)(CellPress)第一時間以“中國科學(xué)家取得B族腸道病毒致病機(jī)制研究重大進(jìn)展”進(jìn)行了報道。本研究在B族腸道病毒的致病研究和藥物開發(fā)，非囊膜病毒的入侵機(jī)制研究方面均具有重要意義。

B族腸道病毒(Enterovirus B ，EV-B)屬于小RNA病毒科(Picornaviridae)，腸道病毒屬(Enterovirus)，包括埃可病毒(Echovirus)、柯薩奇病毒B、柯薩奇病毒A9、以及多個新發(fā)現(xiàn)的B族腸道病毒血清型。 B族腸道病毒感染是常見的新生兒期感染性疾病病因之一，可導(dǎo)致新生兒和青少年病毒性腦炎、腦膜炎、腦膜腦炎等疾病，部分病例留有嚴(yán)重后遺癥，嚴(yán)重時可致命。B族腸道病毒還可導(dǎo)致急性馳緩性癱瘓(AFP)、非特異性皮疹、肝炎、肺炎、凝血障礙和手足口等疾病。2019年5月11日，南方醫(yī)科大學(xué)順德醫(yī)院的嚴(yán)重醫(yī)療事故，就是由一種B族腸道病毒(埃可病毒11型)導(dǎo)致的醫(yī)院感染事件，造成了5例患有新生兒肺炎等基礎(chǔ)疾病的患兒死亡。在我國，埃可等B族腸道病毒長期以來是很大一部分兒童腦炎、腦膜炎病例的致病原，長期范圍內(nèi)在多個省份均有感染病例。此外，在世界范圍的流行造成的公共衛(wèi)生事件也均有報道。謝正德研究員團(tuán)隊先前對我國部分地區(qū)兒童病毒性腦炎腦膜炎的病毒病原體進(jìn)行了研究(2017，BMC Infect Dis;2018，Pediatr Invest)，曾報道了2015年埃可病毒18型感染在河北省引起兒童病毒性腦炎腦膜炎暴發(fā)(2017，Emerg Microbes Infect)。但在此前，埃可病毒等大多數(shù)B族腸道病毒的致病機(jī)制以及跨越血腦屏障機(jī)制尚不清楚，決定其感染細(xì)胞的關(guān)鍵受體尚未發(fā)現(xiàn)和報道，導(dǎo)致埃可病毒等B族腸道病毒無特異性藥物，無疫苗，無用于藥物疫苗研發(fā)的動物模型。

研究人員首先選取致病性較強(qiáng)的埃可病毒6型(Echo 6)，通過CRISPR-Cas9膜蛋白基因組篩選技術(shù)，發(fā)現(xiàn)人類新生兒Fc受體是病毒入侵細(xì)胞的一個關(guān)鍵受體。新生兒Fc受體是由FCGRT基因表達(dá)的α鏈和β2-微球蛋白共同組成的異源二聚體，是一個重要的免疫因子，其主要功能包括從母體通過胎盤向胎兒轉(zhuǎn)運(yùn)保護(hù)性抗體、幫助新生兒從腸道吸收母乳中的抗體、以及在成人體內(nèi)介導(dǎo)抗體“回收”等。該研究發(fā)現(xiàn)，這種對胎兒和嬰幼兒起重要作用的免疫因子可以被B族腸道病毒“綁架”，作為其入侵宿主細(xì)胞的關(guān)鍵受體。研究人員同時還檢測了B族腸道病毒各進(jìn)化分支中具代表性的17個毒株(分屬15個血清型)。研究發(fā)現(xiàn)，除柯薩奇病毒B4、B5之外，其余15個毒株均依賴于FcRn來完成其感染過程，其中包括致病性較強(qiáng)的柯薩奇病毒A9、埃可病毒6、9、11和30等。該研究揭示了FcRn是B族腸道病毒的一個通用受體。

FcRn是B族腸道病毒入侵的關(guān)鍵受體

與之前報道的埃可病毒表面吸附受體不同(如CD55等)，F(xiàn)cRn是一個脫衣殼受體。當(dāng)病毒顆粒與受體直接結(jié)合后，在受體和脂質(zhì)膜的共同作用下，病毒完成了入侵細(xì)胞必須的脫衣殼過程，最后將遺傳物質(zhì)釋放到宿主細(xì)胞內(nèi)。

利用冷凍電鏡技術(shù)，解析病毒入侵機(jī)制

為了進(jìn)一步闡明病毒和受體的互作機(jī)制，研究人員利用冷凍電鏡技術(shù)解析了Echo 6病毒，及Echo 6病毒與吸附受體CD55的復(fù)合物、脫衣殼受體FcRn的復(fù)合物，在不同pH條件下的原子/近原子水平高分辨率電鏡結(jié)構(gòu)(共7個電鏡結(jié)構(gòu)，2.9-3.8 ?)。結(jié)果表明：Echo 6及Echo 6-CD55的復(fù)合物在中性和酸性pH條件下均穩(wěn)定;FcRn結(jié)合在正二十面體病毒表面由VP1蛋白形成的“峽谷”(Canyon)樣結(jié)構(gòu)部位;在酸性條件下，F(xiàn)cRn誘導(dǎo)病毒表面蛋白發(fā)生變構(gòu)，使得峽谷內(nèi)部維持病毒粒子穩(wěn)定性的脂類分子(又稱“口袋因子”，pocket factor)釋放，從而起始脫衣殼和遺傳物質(zhì)釋放過程。本研究首次在近原子水平的病毒-受體復(fù)合物結(jié)構(gòu)中捕捉到pocket factor釋放的中間態(tài);首次在分子水平清晰展示介導(dǎo)脂類分子轉(zhuǎn)運(yùn)口袋附近關(guān)鍵氨基酸的構(gòu)象變化;并首次以原子/近原子水平高分辨率電鏡結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)闡明了非囊膜病毒入侵過程中“雙受體系統(tǒng)”的作用機(jī)制。

埃可病毒等B族腸道病毒入侵機(jī)制

近年來，醫(yī)院緊跟國家科技創(chuàng)新政策要求，著眼國家“十三五”重點研究領(lǐng)域，強(qiáng)化創(chuàng)新導(dǎo)向，營造醫(yī)院濃厚的學(xué)術(shù)氛圍和科研土壤。該研究成果載錄于國外知名學(xué)術(shù)期刊，這是北京兒童醫(yī)院積淀與創(chuàng)新發(fā)展的可喜成果。該研究成果將提升北京兒童醫(yī)院在基礎(chǔ)科學(xué)研究方面的學(xué)術(shù)地位和學(xué)術(shù)影響力，帶動北京兒童醫(yī)院科研人員的原始創(chuàng)新研究，促進(jìn)基礎(chǔ)和臨床的良性合作。

感染與病毒研究室、科研處