钠钾离子调控鼻病毒A2 RNA释放的新机制：冷冻电镜揭示E0颗粒作为解包中间体

《Scientific Reports》：New rhinovirus uncoating intermediate reveals how sodium versus potassium ions influence RNA release

语 本研究针对鼻病毒（RV）解包过程中离子环境的作用机制不明问题，通过对比Na+/K+磷酸盐缓冲液对RV-A2结构的影响，发现K+环境下形成的新型解包中间体E0颗粒（含VP4和口袋因子），其RNA释放受阻；而Na+环境促进A颗粒形成及基因组展开。冷冻电镜（cryo-EM）解析E0颗粒3.2 ?结构，结合旋转投影电镜和PaSTRy分析，揭示Na+/K+通过调控RNA压缩态直接干预病毒感染效率，为靶向离子环境的抗病毒策略提供新视角。

　　

在病毒学领域，鼻病毒（Rhinovirus, RV）作为普通感冒的主要病原体，其感染机制的核心——基因组RNA如何从病毒衣壳中释放——至今仍是未解之谜。已知鼻病毒在酸性内吞体中通过结构重排形成解包中间体（如A颗粒），最终释放RNA，但这一过程如何受细胞内离子环境调控尚不明确。尤其值得注意的是，生理环境中钠（Na⁺）与钾（K⁺）离子的浓度差异显著，而早期研究表明K⁺可抑制脊髓灰质炎病毒的解包，提示离子种类可能直接干预病毒入侵效率。然而，Na⁺与K⁺对鼻病毒衣壳稳定性及RNA构象的具体影响机制缺乏直接证据。

为此，维也纳医科大学的Antonio Real-Hohn和Dieter Blaas团队在《Scientific Reports》发表研究，通过对比RV-A2在Na⁺/K⁺磷酸盐缓冲液（NaPB/KPB）中的结构变化，发现K⁺能稳定病毒衣壳并诱导形成新型解包中间体E0颗粒，而Na⁺则促进衣壳解体及RNA展开。这一发现不仅揭示了离子环境在病毒解包中的关键作用，还为理解高病毒颗粒-感染单位比（~1000:1）提供了新机制解释。

研究团队综合运用负染色电镜、冷冻电镜单颗粒分析、PaSTRy（热变性RNA荧光检测）和旋转投影电镜等技术，系统评估了离子环境对病毒衣壳通透性、RNA压缩态及感染性的影响。其中，冷冻电镜解析的E0颗粒高分辨率结构（EMD-50930, PDB 9G0B）为比较不同解包中间体提供了原子模型基础。

研究结果

钠钾离子强烈影响RV衣壳稳定性

在pH 7.6的NaPB中孵育12小时后，约10%的RV-A2颗粒出现衣壳碎片化，而KPB中99%的颗粒保持完整。酸性条件（pH 5.8）下，差异进一步加剧：NaPB导致病毒解体，KPB中病毒仍保持天然构象。低温（4°C）短时孵育后中和，NaPB生成PTA（磷钨酸）可渗透的A颗粒（感染性丧失），KPB则产生形态似天然但无感染性的E0颗粒。

E0颗粒的特征

冷冻电镜重建显示E0颗粒衣壳轻微扩张（介于天然病毒与A颗粒之间），内部保留VP4和口袋因子（推测为月桂酸），RNA仍高度压缩且无外逸迹象。与天然病毒相比，E0的VP1和VP4构象变化较显著，但整体更接近天然状态而非A颗粒。VIPERdb分析证实E0颗粒的衣壳厚度与S评分介于天然病毒与A颗粒之间。

RV-A2 RNA核心在NaPB与KPB中的构象差异

通过蛋白酶K温和消化衣壳获得RNA核心后，PaSTRy检测显示KPB中SYTO82（双链RNA荧光探针）信号强度低且热变性温度高（51°C），表明RNA保持压缩；NaPB中信号增强且变性温度降低（44.5°C），提示RNA展开。旋转投影电镜直接观察到KPB中RNA呈球形凝聚态，而NaPB中呈现从凝聚（Class 1）到完全伸展（Class 3）的渐进式解链状态，其中Class 2可见12个节点（对应衣壳12个五聚体）。

结论与讨论

本研究首次揭示K⁺通过稳定病毒RNA压缩态和衣壳结构，诱导形成新型解包中间体E0颗粒，而Na⁺则促进RNA水合化及衣壳扩张，推动解包进程。E0颗粒的发现为解释体内高K⁺环境（如内吞体通过Na⁺/K⁺交换器酸化前富集K⁺）可能导致感染中止提供了结构基础：若内吞体酸化延迟，K⁺维持的E0状态将阻碍RNA释放，形成“感染死胡同”。这一机制可能与鼻病毒高颗粒-感染单位比相关。

此外，RNA核心在Na⁺驱动下的节点式展开（12个五聚体关联区域）提示基因组-衣壳相互作用具特异性，这与近期在parechovirus及RV中发现的重复序列-衣壳蛋白互作模型相符。研究强调，离子环境调控的RNA塑性是病毒解包的核心环节，未来靶向内吞体离子通道或RNA-衣壳界面可能成为抗病毒新策略。