乙型肝炎病毒 (hepatitis B virus, HBV) 和丙型肝炎病毒 (hepatitis C virus，HCV) 是导致肝炎、肝硬化和肝癌最重要的病原体。由于HBV疫苗的广泛推广，世界内HBV感染率呈明显下降趋势，但对于HCV而言，目前尚无有效的疫苗能够抵御其感染。
作为RNA病毒，HCV的基因组高度多变，病毒基因型多样，无法被单一类型的疫苗所覆盖1。HCV的基因组所编码的糖蛋白经蛋白酶加工后，可以最终形成3种结构蛋白和7种非结构蛋白，包膜糖蛋白E1和E2即属于结构蛋白，二者以异源二聚体的形式存在。其中，E2含有受体结合结构域，能结合清道夫受体B1或四次穿膜蛋白CD81，E1含有假定的融合肽 (putative fusion peptide, pFP)，介导病毒与宿主细胞的膜融合3。由于E1E2是位于病毒表面唯一的蛋白2，因而成为疫苗作用的主要潜在靶点，但由于构象的不均一以及糖基化的广泛存在，目前关于这一靶点的结构信息仍然是缺失的。
图1. HCV基因组、前体蛋白的组成以及病毒颗粒的组装2
2022年10月20日，斯克利普斯研究所的Andrew B. Ward与阿姆斯特丹大学的Rogier W. Sanders、Kwinten Sliepen共同通讯，在Science上发表了题为Structure of the hepatitis C virus E1E2 glycoprotein complex的论文，解析了全长E1E2异源二聚体结合AR4A、IGH505、AT1209 3个中和抗体3.5 Å的结构，为基于结构的HCV疫苗设计提供了重要的信息。在本文中，共表达AR4A与E1E2是获得稳定复合物的关键步骤。
本文解析的复合物结构整体分辨率为 3.5 Å，能够对E1中51%和E2中82%的区域进行建模。从整体结构中可以观察到E2可以被划分为3个亚结构域，分别成为head、stem和跨膜结构域 (transmembrane domain, TMD)， E2 head结构域的整体结构与过去报道的相似，但本文的结果进一步揭示了更多的细节，包括E2的base结构域以及连接base和TMD的stem结构域 (图2)。
图2. 结合Fabs的E1E2异源二聚体整体结构以及局部结构示意图
在本文结构解析所使用的3种中和抗体中，AR4A结合在E2的后层 (back layer)，通过由25个氨基酸残基形成的CDR与E2形成广泛的相互作用；IGH505与E1表面保守的α螺旋结合；AT1209结合与E2的前层 (front layer) 以及其与CD81相作用的loop区域。
在E1E2二聚体中存在着大量的二硫键 (图3)，其中E2中含有9对，E1中含有4对 (3对为结构中观察到，1对为AlphaFold预测所得)。在这些二硫键中， E2的C494-C564与C508-C552、C452-C620与C459-C486、C581-C585与C569-C597和C607-C644，以及E1中的3对二硫键在空间上十分接近，可能存在彼此之间的相互干扰，进而导致复合物结构的异质性。
图3. E1E2异源二聚体的二硫键网络
E2 head结构域由β-sandwich核心、前层、后层、CD81结合位点，高变区1 (hypervariable region 1, HVR1)、抗原位点412 (antigenic site 412, AS412)、可变区2和3 (variable region 2&3, VR2&VR3) 以及base结构域共同组成。E1 core结构域与stem结构域密度良好，core结构域包含N端结构域 (N-terminal domain, NTD)、含pFP区域 (pFP-containing region, PCR)，以及连接PCR和stem结构域的部分。基于本文E1E2复合物的结构 ，研究者提出了“Stem-in-Hand”模型，对二者之间的接触界面进行进一步阐述 (图4)。在文章提出的模型中，E1位于胞膜外的ectodomain包围E2的stem结构域，并与base结构域相互作用，该互作界面主要由疏水相互作用和氢键稳定。
图4. E1和E2的局部结构以及“Stem-in-Hand”模型
在E1E2异源二聚体的表面存在着大量可以发生N-糖基化的位点，除了经典的NXT/NXS基序外，本文结构还发现了处于非经典NXV基序中N695的糖基化。这些糖基化一方面能够阻止宿主免疫系统对病毒的识别，还能在病毒的侵染细胞的过程中发挥辅助作用4，如在本文结构中，E1 N196和E305上的多糖链位于E1和E2互作界面附近，能够帮助增强与之间的相互作用 (图5)。
图5. E1E2异源二聚体表面的糖基化
综上，本文的结构第一次解析了完整的E1E2复合物的结构，揭示了糖基化以及疏水相互作用和二硫键如何影响了复合物的组装、特性以及功能。虽然基于结构的疫苗研发还有很长的路要走，但本文无疑为此打下了重要的结构基础。
原文链接
https://www.science.org/doi/10.1126/
science.abn9884
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