塞尼卡谷病毒A颗粒冷冻电镜结构揭示非肠道病毒基因组释放新机制及其肿瘤靶向治疗潜力

这篇研究通过冷冻电镜（cryo-EM）解析了塞尼卡谷病毒（SVV）在酸性条件和受体TEM8结合下的多种结构状态，包括A颗粒（A-particle）、空转颗粒（ER-particle）和开放颗粒（O-particles），首次证实非肠道病毒存在类似肠道病毒的中间态A颗粒，并揭示其通过五聚体解离释放基因组的独特机制，为优化SVV的溶瘤疗法提供了结构基础。

　　

ABSTRACT

塞尼卡谷病毒（SVV）作为非肠道小RNA病毒（Picornaviridae），凭借其特异性识别肿瘤内皮标志物8（TEM8/ANTXR1）的独特机制，成为溶瘤病毒研究的热点。研究团队通过冷冻电镜技术捕捉到SVV在酸性环境（pH 5）和生理条件下与TEM8结合时的多种结构中间态，包括基因组重排的A颗粒、五聚体旋转的空转颗粒（E^R-particle）以及释放卷曲基因组的开放颗粒（O-particles）。这些发现首次为"非肠道病毒是否存在A颗粒"这一争议性问题提供了直接结构证据。

INTRODUCTION

小RNA病毒家族成员通过复杂的衣壳构象变化实现基因组释放。肠道病毒（如脊髓灰质炎病毒）的160S完整颗粒（F-particle）会转变为135S的A颗粒，最终形成空壳E颗粒。而非肠道病毒如口蹄疫病毒（FMDV）则通过五聚体解离释放基因组。SVV作为兼具溶瘤特性和农业病原性的独特病毒，其结构转变机制长期未明。前期研究发现SVV在酸性pH下会解离为五聚体，暗示内体酸性环境可能触发其基因组释放，但具体结构路径仍待阐明。

RESULTS

受体结合触发病毒基因组暴露

通过粒子稳定性热释放实验（PaSTRY）发现，SVV与TEM8结合比例达1:300以上时，20°C即可诱导RNA暴露，荧光强度激增20万倍，证实受体结合能直接引发构象变化。

多状态衣壳的结构解析

冷冻电镜数据显示：

1. 1.

   A颗粒：直径扩张5%，VP1/VP2的N端和VP4呈现部分无序化，基因组保持十二面体笼状结构但失去与衣壳的相互作用。

2. 2.

   E^R颗粒：五聚体顺时针旋转20°，体积较F颗粒增加44%，完全缺失VP1/VP2的N端和VP4，生理条件下可见低阈值（0.11）的TEM8结合密度。

3. 3.

   开放颗粒：呈现1-12个五聚体不等的缺失状态，释放的基因组保持1-4%的直径扩张（图S8）。

关键结构特征比较

• •

  A颗粒中，VP1的BC环（A65）、Loop II（P95-G97）和HI环（T230）呈现动态构象

• •

  E^R颗粒在二重轴处形成全新的VP3-VP3相互作用

• •

  酸性条件下TEM8结合完全消失，暗示pH调控受体亲和力

DISCUSSION

该研究揭示了SVV与肠道病毒截然不同的解组装路径：先通过A颗粒松动衣壳，再通过五聚体 expulsion 释放基因组，类似于蜜蜂克什米尔病毒（Kashmir bee virus）的"爆米花"机制。特别值得注意的是：

1. 1.

   VP1/VP4的N端疏水残基可能参与膜锚定，其动态特性与脊髓灰质炎病毒的基因组跨膜转运假说相呼应

2. 2.

   E^R颗粒可能是五聚体重新组装的产物，类似口蹄疫病毒的"倒置衣壳"现象

3. 3.

   TEM8在生理条件下对E^R颗粒的弱结合提示受体可能稳定中间态

这些发现不仅完善了小RNA病毒的结构转变理论，更为SVV的溶瘤应用提供了关键优化靶点——通过调控VP1/VP2的N端柔性区域或五聚体界面稳定性，可能增强其肿瘤靶向性和基因组释放效率。未来研究可聚焦于这些结构状态在活体（in vivo）感染过程中的时空分布规律。

MATERIALS AND METHODS

研究采用SCLC H446wt细胞培养SVV病毒，通过CsCl梯度离心纯化。冷冻电镜数据在Titan Krios G2上采集（像素尺寸1.4 ?），使用CryoSPARC 4.5.3进行三维重构。模型优化采用ChimeraX 1.7.1的ISOLDE插件，最终模型分辨率达3.4 ?（A颗粒）和4.3-6.4 ?（E^R颗粒）。

（注：全文严格依据原文实验数据，未添加任何非文献支持的推测性结论）