PLOS：破解SARS病毒的生物保护伞

目前，普渡大学带领的一个研究小组，已经查明如何破解SARS病毒躲过免疫系统的“保护伞”，对成功研制这种致命疾病的疫苗，跨出了关键的一步。相关结果发表在最近的《PLOS Pathogens》杂志。

　　

生物通报道：目前，普渡大学带领的一个研究小组，已经查明如何破解SARS病毒躲过免疫系统的“保护伞”，对成功研制这种致命疾病的疫苗，跨出了关键的一步。

该研究负责人Andrew Mesecar指出，这项研究结果在其他冠状病毒（包括MERS）的疫苗研制中，也具有潜在的应用价值。Mesecar是普渡大学癌症结构生物学教授和生物科学与化学教授，他指出：“在制备一种弱化和安全的病毒用于减毒活疫苗方面，这项研究发现已经跨出了第一步。这也可以作为一个分子路线图，扩展到其他冠状病毒（包括MERS）的类似研究中，因为这种酶在这个家族的所有病毒中都很常见。”

Mesecar也是研制中东呼吸综合征冠状病毒（MERS，最近已经入侵美国本土）潜在治疗化合物的研究小组成员之一。根据疾病控制和预防中心介绍，目前这种病毒还没有治疗方法或疫苗，其致死率约为30%。因为MERS和SARS是近缘的，所以，如果对其中一种有深入的了解，就可以给我们提供一条捷径，为另外一种疾病找到有效的治疗方法或开发有效的疫苗。

Mesecar及其研究小组已经破解了一个类似木瓜蛋白酶的蛋白酶分子结构，该蛋白酶是SARS病毒的关键酶，并揭示出该蛋白是如何夺走宿主细胞蛋白的泛素化和ISG15的保护作用，后两者都参与触发免疫反应。

这项研究由美国国立卫生研究院和国家过敏和传染病研究所资助，相关结果发表在最近的《PLOS Pathogens》杂志。

Mesecar称：“大多数病毒，当细胞受其感染时，会发出警报触发免疫反应抗击病毒的感染，但是，有些成功入侵的病毒能够‘诱骗’免疫系统。通过剪掉这两种蛋白质，SARS能使宿主细胞的信号转导通路发生短路，并使警报系统瘫痪。通过去除这些蛋白质，这种酶可作为SARS病毒的一种生物保护伞，保证该病毒在宿主细胞中存活和复制而未被免疫系统所察觉。”

他说，中断细胞的自然信号通路，也会使受感染细胞与周围的细胞发生错误通讯，这会引起最终杀死这些细胞的细胞免疫反应。

Mesecar称：“有些治疗方法可阻止病毒复制，并阻止进一步的感染，但是并不一定能防止对病毒的一些有害反应。有时候，正是这些细胞之间通讯的混乱，造成了病毒的致命性。”

根据美国疾病控制中心资料显示，2003年SARS（严重急性呼吸综合征）的爆发，造成了数百人死亡和数千病例，目前还没有治愈的方法。病毒可以通过咳嗽和打喷嚏传播，并能迅速地在人与人之间传染。在SARS得以遏制之前的几个月内，就已传播到20几个国家。全球共有8098人得病，有774人死亡。自从2004年以来，一直没有SARS病例报道。

在2012年，国家管制物质登记计划宣布，SARS病毒是一种受管制病毒，意味着国家认为该病毒可能会对公共健康和安全构成严重的威胁。

SARS病毒中的木瓜蛋白酶样蛋白酶（PLpro），除了可以使该病毒免受免疫系统的侦查，还负责将病毒多聚蛋白链剪切成单体蛋白，这个步骤对于病毒复制必不可少。他说，虽然一些治疗方法旨在防止病毒复制，但疫苗工作人员必须顾及此项功能。

“设计一种SARS病毒作为疫苗，目的是制备一种可在细胞内复制、但是不能抵御人体免疫系统的病毒。因此，我们需要产生足够的病毒颗粒，以便促进机体的免疫系统来对抗真正的感染，而且保证每个接种疫苗的人不会因疫苗而致病。”

Mesecar和他的团队致力于揭开SARS病毒PLpro蛋白酶的组分，其中有些构件可能参与阻碍机体的免疫应答，而且改装这些构件时，不会影响该病毒的复制功能。

研究小组利用X-射线晶体学技术，来弄清楚SARS病毒PLpro蛋白酶与泛素结合所形成复合体的三维结构。这种结构可让他们能够弄清，这些蛋白质如何相互作用，是哪种氨基酸介导这两种蛋白的交互联系。

然后，他们使用计算机模型和模拟，来确定哪种氨基酸最有可能参与结合ISG15。研究人员通过对所确定的氨基酸序列进行改变，以保证SARS病毒PLpro蛋白酶不再与宿主细胞的报警蛋白质发生相互作用。接着，研究小组继续对这种经过改装的蛋白酶进行检测，确认它仍然还能在病毒复制过程中发挥作用。

Mesecar及其研究小组正在将这项研究结果扩展到MERS病毒。他们表明，MERS病毒PLpro蛋白酶也可以将ISG15和泛素从宿主细胞移除，并能够捕捉到MERS病毒PLpro蛋白酶泛素和ISG15蛋白相结合的结晶结构。

（生物通：王英）

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生物通推荐原文摘要：
Structural Basis for the Ubiquitin-Linkage Specificity and deISGylating Activity of SARS-CoV Papain-Like Protease
Abstract: Severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) encodes a papain-like protease (PLpro) with both deubiquitinating (DUB) and deISGylating activities that are proposed to counteract the post-translational modification of signaling molecules that activate the innate immune response. Here we examine the structural basis for PLpro's ubiquitin chain and interferon stimulated gene 15 (ISG15) specificity. We present the X-ray crystal structure of PLpro in complex with ubiquitin-aldehyde and model the interaction of PLpro with other ubiquitin-chain and ISG15 substrates. We show that PLpro greatly prefers K48- to K63-linked ubiquitin chains, and ISG15-based substrates to those that are mono-ubiquitinated. We propose that PLpro's higher affinity for K48-linked ubiquitin chains and ISG15 stems from a bivalent mechanism of binding, where two ubiquitin-like domains prefer to bind in the palm domain of PLpro with the most distal ubiquitin domain interacting with a “ridge” region of the thumb domain. Mutagenesis of residues within this ridge region revealed that these mutants retain viral protease activity and the ability to catalyze hydrolysis of mono-ubiquitin. However, a select number of these mutants have a significantly reduced ability to hydrolyze the substrate ISG15-AMC, or be inhibited by K48-linked diubuiquitin. For these latter residues, we found that PLpro antagonism of the nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B-cells (NFκB) signaling pathway is abrogated. This identification of key and unique sites in PLpro required for recognition and processing of diubiquitin and ISG15 versus mono-ubiquitin and protease activity provides new insight into ubiquitin-chain and ISG15 recognition and highlights a role for PLpro DUB and deISGylase activity in antagonism of the innate immune response.