大连化物所/中疾控病毒病所通过自主构建糖芯片揭示人P[28型]轮状病毒糖受体结合特征及机制

A组轮状病毒（Rotavirus，RV）是引起婴幼儿急性胃肠炎的主要病原体。感染人的P[II]、P[III]和P[IV]基因群轮状病毒均可通过病毒刺突蛋白VP8*识别宿主细胞表面的组织血型抗原（HBGAs）等糖分子作为黏附分子进而感染宿主。P[I]基因群中多数轮状病毒感染动物，但P[28]和P[10]两种基因型轮状病毒可感染人。近期研究报导一株P[28]型毒株与蝙蝠轮状病毒相关，被认为可能是蝙蝠与人轮状病毒重配的产物。揭示轮状病毒与宿主糖受体的相互作用，对于理解轮状病毒的感染、进化及流行机制具有重要意义。

2025年7月21日，中国科学院大连化学物理研究所闫竞宇副研究员团队与中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所段招军研究员、李丹地研究员团队合作，在PLoS Pathogens期刊发表了题为Specific Binding of Human P[28] Rotavirus VP8* Protein to Blood Group ABH Antigens on Type 1 Chains的研究论文。该工作在前期对母乳寡糖的分离分析以及共价键合糖芯片体系的构建研究[1]基础上，构建了50余种涵盖已报道的轮状病毒糖受体类型的荧光定量糖芯片；通过该芯片体系筛选发现了人P[28]型轮状病毒VP8*结合1型结构的A、B和H(O)血型抗原。利用晶体学等研究方法，揭示了P[28]-VP8*与糖受体结合的分子机制，为阐明轮状病毒的感染机制及开发防控策略提供了重要理论依据。

研究核心发现：

P[28]-VP8*特异性识别I型ABH(O)：大连化物所团队构建了包含唾液酸、组织血型抗原等58种聚糖探针的糖芯片，并对人P[28]轮状病毒VP8*结合的糖分子进行筛选分析。该糖芯片体系采用了与扫描仪检测波长相匹配的荧光分子作为连接分子，将还原寡糖与芯片基质共价连接，具有可在芯片上对糖探针实时定量，进而对检测信号校准的独特优势。本研究中的芯片体系包含了先前报道的轮状病毒VP8*识别的多种糖受体，包括1型（T1）、2型（T2）主链结构；不同链长（例如四糖至八糖）的A、B和H血型抗原；Lewis a、b、x和y；粘蛋白O-糖核心1-4；单唾液酸、二唾液酸和三唾液酸神经节苷脂；以及各种唾液酸化或岩藻糖基化的聚糖。糖芯片筛选结果显示，P[28]-VP8*与单分支（探针#18）和双分支H-T1（探针#19）、A-T1（探针#23）和B-T1（探针#27）有非常强的信号，而与2型链上相同的HBGA没有结合信号。为验证结合特异性，该研究采用了糖芯片上的竞争抑制，结果显示与不同浓度寡糖预孵育后的VP8*显示出剂量依赖的结合信号。采用生物膜干涉技术测定结合动力学，结果显示所有三种1型寡糖均表现出快速率的结合和解离模式。

VP8*与糖复合物结构解析：为阐明P[28]-VP8*与1型HBGAs相互作用的结构基础，研究团队利用VP8*蛋白（PDB：9JAA）与H-T1五糖（LNFP I）进行共结晶（PDB：9JAK），解析了1.29 Å的复合物结构。结合的配体显示出清晰的电子密度。除了还原端的葡萄糖（Glc(1)）外，其他四个单糖残基半乳糖（Gal(2)）、N-乙酰葡糖胺（GlcNAc(3)）、半乳糖（Gal(4)）和岩藻糖（Fuc(5)）都参与了相互作用。Gal(2)与H170和N173形成氢键；GlcNAc(3)参与主要的相互作用，与E213形成两个氢键，与R210形成一个氢键，此外还与W81、M168、Y175和R210发生疏水相互作用。Gal(4)参与了两个氢键相互作用，还与L185和P186形成疏水相互作用；Fuc(5)与R210发生疏水相互作用。与先前报道的广泛流行的P[6]/P[4]型轮状病毒VP8*与LNFP I相互作用的模式一致。

VP8*与糖结合的稳定性与遗传特性：研究团队采用了分子对接、动力学模拟技术对H-T1五糖、A-T1/B-T1六糖与VP8*的结合进行了静态和动态分析，阐明了这三种复合物的构象稳定性。此外，研究团队还利用该糖芯片分析了P[I]基因群中另一种感染人的P[10]型轮状病毒VP8*的糖受体特征，结果显示，P[10]-VP8*与HBGAs有显著的结合信号，具有与P[28]-VP8*相似的HBGA结合模式，表明遗传上相近的轮状病毒可能也表现出抗原相似性。

研究意义：

P[28]轮状病毒一直被认为仅感染人类，但最近的基因分析表明，人P[28]轮状病毒毒株可能代表了蝙蝠与人类之间的人畜共患感染。因此，未来P[I]基因组轮状病毒流行的可能性不容忽视，并且未来轮状病毒监测可能需要将P[I]基因组轮状病毒纳入考量。 

中国科学院大连化学物理研究所闫竞宇 副研究员、梁鑫淼 研究员，与中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所李丹地 研究员为本文共同通讯作者。中国科学院大连化学物理研究所郑义 助理研究员与中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所孙晓曼 副研究员为本文共同第一作者。本研究获得了国家自然科学基金和江西省自然科学基金等资助。

大连化学物理研究所闫竞宇团队多年来从事寡糖的分离纯化、结构解析研究，目前已构建结构类型丰富寡糖实物库297种，内含组织血型抗原、母乳寡糖、N-糖、O-糖及神经节苷脂、硫酸乙酰肝素等多种内源性聚糖类型。在此基础上，研究团队成功构建了荧光定量糖芯片体系，该芯片体系具有检测灵敏度高、糖探针可观测可定量优点，进而容易捕获聚糖-蛋白质之间的弱相互作用力。目前团队正在进一步扩充糖探针的种类，旨在为各类病毒糖受体新的发现提供专业工具。欢迎各位病毒学家、各位同仁交流、合作。

相关文献：

[1] Cuiyan Cao, et al. Isolation of Human Milk Difucosyl Nona- and Decasaccharides by Ultrahigh-Temperature Preparative PGC-HPLC and Identification of Novel Difucosylated Heptaose and Octaose Backbones by Negative-Ion ESI-MSn. Anal Chem 96, 6170-6179, doi: 10.1021/acs.analchem.3c05008 (2024).