西湖大学杨培国团队揭示生物分子凝聚体在甲病毒复制与抗病毒干预中的作用与机制

2025年7月至10月，基孔肯雅热疫情在我国广东省多个城市爆发，这是继新冠大流行结束后，我国遭遇的又一轮由病毒流行病引起的重大公共卫生事件。

很多人对“基孔肯雅热”一词感到陌生。作为一种虫媒病毒病，基孔肯雅热由基孔肯雅病毒感染引起，经由受病毒感染的伊蚊叮咬传播。基孔肯雅病毒属批膜病毒科(Togaviride)、甲病毒属(Alphavirus genus)，病毒颗粒为二十面体包膜衣壳，直径60-70纳米。与基孔肯雅病毒同家族的其他甲病毒成员目前有31个。根据其地理发现起源，过去也把甲病毒家族成员划分为“旧世界（Old world）病毒”与”新世界（New world）病毒”。基孔肯雅病毒归属“旧世界”病毒，引起的基孔肯雅热症状包括发热、剧烈的关节疼痛和皮疹。“新世界”病毒则包括东方马脑炎病毒、西方马脑炎病毒和委内瑞拉马脑炎病毒（Venezuelan equine encephalitis virus，VEEV）等，主要引起中枢神经疾病，危害极大。

目前，对于基孔肯雅热或是委内瑞拉马脑脊髓炎等甲病毒感染引起的传染病，尚无特效抗病毒治疗药物，基本以对症治疗和支持性治疗为主。本轮基孔肯雅热疫情的集中爆发和快速蔓延，在引起社会广泛关注的同时，也迫切要求人们更加深入地理解甲病毒感染过程中的各种生理病理过程，以期为防治甲病毒感染提供新的视角。

2026年5月21日，西湖大学生命科学学院/西湖实验室杨培国团队在国际学术期刊 Molecular Cell 在线发表了题为“Alphaviral nonstructural protein-host RBP co-condensation as a mechanism to sustain virus replication”的研究论文。

该研究以生物分子凝聚体视角切入，系统揭示了甲病毒非结构蛋白3（nonstructural protein 3, nsP3）挟持宿主应激颗粒核心蛋白G3BP/FXR，将原本的抗病毒应激颗粒改造为促进自身复制的病毒工厂。更进一步地，该研究概念验证式地展示了靶向并破环病毒分子凝聚体抑制甲病毒胞内复制的有效性，为新型抗甲病毒广谱药物的开发提供了重要理论依据和实践思路。

为了研究甲病毒感染与宿主因子的相互作用过程，研究团队选取了甲病毒家族成员之一的塞姆利基森林病毒（Semliki forest virus, SFV）开展研究。SFV安全性高，可在生物安全2级（BSL2）实验室进行操作，是甲病毒研究领域内公认的模式病毒之一。SFV与基孔肯雅病毒同属“旧世界”病毒，携带一条约11kb长的单股正链RNA，共编码9个蛋白，包括4种非结构蛋白（nsP1-nsP4）和5种结构蛋白（capsid, E2, E3, 6K, E1）。经过30多年的研究，人们对于SFV各个蛋白的功能已经积累了相当的了解，但nsP3蛋白的功能长期以来一直是个谜。

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文章链接：

https://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(26)00276-5

NsP3凝聚体的发现

NsP3蛋白全长482氨基酸，N端为一个保守的Macro结构域，C端包含一段高可变结构域（Hypervariable domain, HVD），中间则由一段保守的甲病毒独特结构域（Alphavirus unique domain, AUD）连接。研究团队发现，SFV nsP3蛋白能够在细胞内形成点状聚集。荧光漂白恢复实验（FRAP）表明nsP3凝聚体流动性弱。研究人员进一步改造病毒基因组，通过插入GFP荧光标签和APEX2邻近标记酶，综合活细胞成像、APEX2标记电镜、亚细胞器差速离心等分析技术，证实这些nsP3凝聚体在活病毒感染过程中确实存在。

图1 nsP3在细胞内形成无膜凝聚体

NsP3凝聚体是病毒复制的关键

接下来，团队研究了nsP3蛋白的凝聚能力与其功能的关系。团队发现，nsP3的AUD结构域而非Macro或HVD决定了nsP3的凝聚体形成。鉴于AUD结构域在甲病毒家族成员中极高的保守性，暗示nsP3凝聚体在甲病毒中可能是一种普遍的存在。当研究人员通过突变破坏nsP3的凝聚能力时，SFV的复制能力显著下降，且nsP3突变体形成凝聚体的能力与病毒复制效率呈现明显的正相关。

图2 nsP3凝聚体形成对病毒复制至关重要

NsP3凝聚体的“一石二鸟”之计

细胞在面对压力（如病毒感染）时，会形成一种称为“应激颗粒（Stress granule, SG）”的相分离凝聚体结构来限制病毒复制。这些应激颗粒的核心蛋白之一是G3BP。有趣的是，病毒似乎找到了“以子之矛，攻子之盾”的方法。

过去的研究早已发现，nsP3能够与G3BP蛋白相互作用，但与G3BP的相互作用如何影响病毒尚不清楚。研究团队发现，nsP3在结合G3BP后，不仅可以大幅降低自身发生相分离的临界浓度，极大提升了nsP3凝聚体产生的效率；同时，nsP3与G3BP的结合会打破原本应激颗粒的互作网络，将原本具有抗病毒作用的应激颗粒“改造”成有利于病毒复制的nsP3-G3BP共凝聚体。研究证实，nsP3-G3BP共凝聚体能够有效抵抗RNase的降解作用，而单独的G3BP-RNA凝聚体则容易被RNase破坏。此外，研究团队设计了一种巧妙的SunTag报告系统，能够实时观察病毒蛋白的翻译过程，并且发现这些nsP3凝聚体还充当了活跃的病毒蛋白翻译场所。

这些发现解决了领域内关于nsP3-G3BP相互作用如何调节病毒复制的长期困惑，为理解G3BP在甲病毒复制中的基本作用原理补上了一块关键的拼图。

图3 nsP3凝聚体挟持G3BP促进病毒复制

从实验室到临床应用的可能

正如之前的研究所述，nsP3的凝聚能力在甲病毒家族中是保守的，但不同病毒株会利用不同的应激颗粒蛋白来实现相似的凝聚功能，对于“旧世界”病毒来说是G3BP，而对“新世界”病毒，FXR是它们的选择。细胞FXR缺失会显著阻碍“新世界”病毒nsP3凝聚体的形成，对例如“新世界”病毒之一的VEEV复制也会产生极其明显的抑制。

基于这一发现，研究人员测试了一种小分子化合物G3lb，其能够特异性破坏nsP3-G3BP共凝聚体。实验证明，该化合物能够有效抑制SFV病毒复制，且对细胞毒性较低。类似地，当在细胞内直接表达VEEV nsP3凝聚体抑制小肽时，VEEV的胞内复制也被显著抑制。综上所述，研究团队提出，靶向病毒凝聚体或可为开发针对甲病毒家族的广谱抗病毒药物提供全新的思路。

图4 打破nsP3凝聚体抑制甲病毒复制

未来展望

这项研究不仅深化了我们对病毒复制机制的理解，也为抗病毒药物研发提供了新靶点。病毒与宿主之间的这种“凝聚体竞争”可能是一种更普遍的生物现象，未来团队的研究将进一步探索其他病毒是否采用类似策略，以及如何更有效地干预这种相互作用。