佘惠敏

早在今年1月15日，中國(guó)科學(xué)院院士高福就完成了他2004年歸國(guó)后在生物醫(yī)學(xué)類五大頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊發(fā)布成果的“大滿貫”目標(biāo)。

這一天，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）發(fā)表了中科院微生物研究所高福團(tuán)隊(duì)的文章，從分子水平闡釋了埃博拉病毒的膜融合激發(fā)機(jī)制，該機(jī)制與此前病毒學(xué)家們熟知的四種病毒膜融合激發(fā)機(jī)制都大為不同，成為第五種病毒膜融合激發(fā)機(jī)制，這是近年來國(guó)際病毒學(xué)領(lǐng)域的重大突破。

目前埃博拉治療沒有特異性藥物，只有輔助藥物。而新機(jī)制的發(fā)現(xiàn)為抗埃博拉病毒的藥物設(shè)計(jì)提供了新靶點(diǎn)，讓我們可能設(shè)計(jì)出治療埃博拉的特異性藥物。

那么，高福團(tuán)隊(duì)如何解開埃博拉病毒感染的密碼？

做“表面文章”的實(shí)驗(yàn)室

埃博拉，被認(rèn)為是人類歷史上最致命的病毒，自1976年在埃博拉河地區(qū)被首次發(fā)現(xiàn)后，就在非洲時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，所到之處哀鴻遍野，足足肆虐了近40年。2014年，埃博拉病毒更是首次走出非洲大陸，傳播到北美、西歐和南亞，引發(fā)了全世界的恐慌。那次疫情共導(dǎo)致了28000多人感染，死亡人數(shù)達(dá)到11000多人。

那年9月，高福作為首批援塞醫(yī)療隊(duì)的負(fù)責(zé)人之一，奔赴疫情嚴(yán)重的塞拉利昂，幫助西非國(guó)家從源頭上防控埃博拉病毒。工作期間，他在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了題為“行走在塞拉利昂大地上”的現(xiàn)場(chǎng)工作紀(jì)實(shí)文章，后來又在《自然》雜志上發(fā)表關(guān)于埃博拉病毒基因進(jìn)化的重大研究成果。

這是高福第一次深入埃博拉病毒疫區(qū)，但他對(duì)埃博拉病毒的研究，從2011年就已經(jīng)開始了。

接受《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》記者采訪時(shí)，高福開玩笑說，自己開了一個(gè)專做“表面文章”的實(shí)驗(yàn)室。

在動(dòng)物細(xì)胞的表面，有一層細(xì)胞膜，它是生命的防線，阻擋病毒的進(jìn)入。但細(xì)胞膜上也有“帶路黨”，它們被稱作●受體，是細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子。聰明的病毒會(huì)利用細(xì)胞表面分子的包裹，給自己穿上“迷彩服”，突入細(xì)胞防線并增殖產(chǎn)生新的病毒蛋白。被病毒感染的細(xì)胞，向上報(bào)告“我被感染了，請(qǐng)向我開炮”，生物體就會(huì)派出“警察部隊(duì)”，也就是免疫細(xì)胞，來消滅被感染細(xì)胞。

要弄清楚病毒是怎么進(jìn)入細(xì)胞里的，就要深入研究細(xì)胞的表面——這就是高福實(shí)驗(yàn)室做的“表面文章”。高福解釋說，“病毒和細(xì)胞之間、免疫細(xì)胞和被感染細(xì)胞之間的界面上到底發(fā)生了哪些相互作用，它們是如何互相識(shí)別的，又是怎樣進(jìn)行‘對(duì)話的，就是我們正在探索的問題?！?/p>

研究“表面文章”，自然需要有“表面”，所以高福研究的對(duì)象是囊膜病毒。病毒可分為囊膜病毒和非囊膜病毒兩大類。囊膜病毒的表面有糖蛋白、脂肪所形成的外膜。帶有囊膜的病毒更容易進(jìn)入宿主細(xì)胞，它幫助病毒在宿主體內(nèi)擴(kuò)散與繁殖，提高了病毒的致病性。

做“表面文章”的實(shí)驗(yàn)室當(dāng)然不止高福一家。事實(shí)上，多年來科學(xué)家們潛心研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了四種類型的病毒如何感染細(xì)胞的“表面文章”。

扒開埃博拉的“迷彩服”

“我們?cè)谌澜绲谝粋€(gè)闡明了埃博拉病毒與內(nèi)吞體里的受體相互作用機(jī)制。”高福說，埃博拉病毒的特殊之處在于，以前發(fā)現(xiàn)的四類病毒，要么不結(jié)合特異性受體，要么在細(xì)胞膜上結(jié)合受體，而埃博拉不在細(xì)胞膜上結(jié)合受體，卻在細(xì)胞內(nèi)部，在內(nèi)吞體膜上結(jié)合受體。

埃博拉病毒的入侵分為兩步。

第一步是埃博拉病毒如何牢牢吸附在人體細(xì)胞表面。

這一步的分子機(jī)制是高福團(tuán)隊(duì)率先發(fā)現(xiàn)的。他們發(fā)現(xiàn)，廣泛分布于免疫細(xì)胞上的一種免疫分子——人TIM分子，不與埃博拉病毒囊膜表面糖蛋白直接發(fā)生相互作用，而是通過結(jié)合病毒囊膜上的磷脂酰絲氨酸分子PS來促進(jìn)病毒感染，并闡明其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。2015年12月，我國(guó)頂級(jí)中文科技期刊《科學(xué)通報(bào)》以封面文章發(fā)布了這一成果。

第二步是埃博拉病毒通過細(xì)胞內(nèi)吞進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，形成內(nèi)吞體，在內(nèi)吞體內(nèi)，病毒發(fā)生膜融合過程，釋放自身遺傳物質(zhì)。

此前，已有科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)吞體膜上的NPC1分子是埃博拉病毒入侵所必需的，但是NPC1分子如何介導(dǎo)病毒入侵卻一直是個(gè)未解之謎。

NPC1分子是負(fù)責(zé)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)的多次跨膜蛋白，具有A、C、I三個(gè)大的腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域。高福團(tuán)隊(duì)利用我國(guó)大科學(xué)裝置“上海光源”，對(duì)之進(jìn)行解析發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵在C結(jié)構(gòu)域。

埃博拉病毒囊膜表面糖蛋白在內(nèi)吞體里經(jīng)過宿主蛋白酶的酶切處理，變成激活態(tài)糖蛋白，暴露出受體結(jié)合位點(diǎn)，來與NPC1分子的C結(jié)構(gòu)域發(fā)生相互作用，從而啟動(dòng)后續(xù)的病毒膜融合過程，實(shí)現(xiàn)病毒的感染生活史。

研究團(tuán)隊(duì)率先解析了NPC1分子的C區(qū)三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它具有一個(gè)由α螺旋和β折疊組成的球狀核心結(jié)構(gòu)域，和兩個(gè)突出來的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。隨后，研究人員解析出激活態(tài)糖蛋白與腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域C的復(fù)合物三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)域C主要利用兩個(gè)突出來的環(huán)狀結(jié)構(gòu)插入激活態(tài)糖蛋白頭部的疏水凹槽里，從而發(fā)生相互作用。

這一重大發(fā)現(xiàn)預(yù)示著，人們能夠針對(duì)激活態(tài)糖蛋白頭部的疏水凹槽，去設(shè)計(jì)小分子或多肽抑制劑，來阻斷埃博拉病毒的入侵過程。

進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，激活態(tài)糖蛋白與腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域C結(jié)合后，會(huì)發(fā)生●構(gòu)象變化，使得糖蛋白的融合肽更容易暴露出來，插入內(nèi)吞體膜，從而啟動(dòng)膜融合過程。

高福解釋說，NPC1是一把鑰匙，而糖蛋白GP就是一把鎖。當(dāng)鑰匙捅開了鎖，埃博拉的感染過程就開始了。團(tuán)隊(duì)對(duì)NPC1的解析，扒開了埃博拉的“迷彩服”，弄清了鑰匙的形狀和位置，也弄清了鑰匙開鎖的整個(gè)過程。

這個(gè)重大發(fā)現(xiàn)寫成論文后，高福團(tuán)隊(duì)于2015年10月底把它投遞給美國(guó)的《細(xì)胞》雜志，12月23日雜志同意發(fā)表該文章。雜志編輯看出此發(fā)現(xiàn)的重要性，圣誕假期都不過了，加班加點(diǎn)弄出校正稿?！?2月31日我就拿到校正稿，說是要在北京時(shí)間1月15日刊發(fā)。美國(guó)人民都急得不過圣誕假期了?！闭f起這篇論文得到的重視，高福很得意。

配一把堵鎖眼的“鑰匙”

走病毒的路，讓病毒無路可走。

這就是新機(jī)制的發(fā)現(xiàn)出爐之后，高福團(tuán)隊(duì)的埃博拉特異性藥物設(shè)計(jì)思路。

“如果你能模擬這個(gè)鑰匙，未來就能開發(fā)出很多藥物?！备吒Ｕf，藥物可以設(shè)計(jì)成鑰匙的形狀，在NPC1打開糖蛋白GP之前，就把鎖眼堵上，讓病毒無法在細(xì)胞內(nèi)打開。

這類藥物叫做競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，公認(rèn)的抗禽流感、甲型H1N1流感最有效藥物之一的達(dá)菲，就屬于●競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。

“我們會(huì)和國(guó)內(nèi)其他實(shí)驗(yàn)室合作，盡快完成藥物設(shè)計(jì)工作。”該篇論文的共同第一作者王寒、施一、宋健、齊建勛表示，實(shí)驗(yàn)室已有設(shè)計(jì)多肽和小分子藥物的經(jīng)驗(yàn)，目前正在跟國(guó)內(nèi)其他科研單位合作，希望由中國(guó)人最先篩選出治療埃博拉的特異性藥物。

“2014年爆發(fā)的埃博拉疫情，現(xiàn)在已經(jīng)平息了，但是我們和埃博拉的搏斗還沒結(jié)束?！备吒Ｕf，最新研究發(fā)現(xiàn)，埃博拉病毒可以在男性康復(fù)患者的精液中存活至少九個(gè)月。這種罕見的急性病毒長(zhǎng)期攜帶案例，給科學(xué)家們提出了新課題，它預(yù)示著埃博拉隨時(shí)可能死灰復(fù)燃，也意味著設(shè)計(jì)埃博拉特異性藥物的意義重大。

根據(jù)過去的經(jīng)驗(yàn)，在分子層面針對(duì)病原進(jìn)行精準(zhǔn)打擊、直接作用于病毒的藥物，既能斷根治本，對(duì)人體的副作用也是最小的?，F(xiàn)在，高福團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)，讓人們有可能設(shè)計(jì)出這樣的埃博拉治療藥物。

科學(xué)無國(guó)界，病毒的泛濫也沒有國(guó)界。

為了防控疫病的發(fā)生，高福團(tuán)隊(duì)多年來一直專注研究細(xì)胞表面，系統(tǒng)性地研究了包括H5N1、H7N9、甲型流感及新型蝙蝠流感在內(nèi)的不同亞型流感病毒，及新型冠狀病毒等多種囊膜病毒的蛋白與受體結(jié)合機(jī)制、病毒釋放及病毒耐藥機(jī)制，做出了一篇又一篇漂亮的“表面文章”，代表了這一領(lǐng)域研究的世界最高水平，發(fā)出了擲地有聲、不容忽略的中國(guó)聲音。

“這是長(zhǎng)期積累的過程。中東呼吸綜合征暴發(fā)時(shí)，我們也很快發(fā)表成果?！备吒Ｕf，“我們對(duì)埃博拉的研究成果很多，就算再來個(gè)新病毒‘馬博拉也一樣，只要是囊膜病毒，我們都可以解析，因?yàn)椴《狙芯科脚_(tái)已經(jīng)建立?！?/p>

這個(gè)令人激動(dòng)的新成果，也與我國(guó)這些年對(duì)基礎(chǔ)研究加大投入有關(guān)。高福在采訪中反復(fù)表示，如果沒有上海光源，這個(gè)工作不可能最先在中國(guó)做出來。

“以前我們的口號(hào)是與國(guó)際接軌，但接軌都是接在尾巴上，跟在別人后面。中國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)成為世界GDP第二的大國(guó)，理應(yīng)擁有一批世界領(lǐng)先的成果，這些都離不開科研基礎(chǔ)設(shè)施和大科學(xué)裝置的建設(shè)?！备吒ＯＭ袊?guó)進(jìn)一步加強(qiáng)科研基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建立更多大科學(xué)裝置和先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，以推動(dòng)更多更深入的科學(xué)基礎(chǔ)研究?！拔覀兊膶?shí)踐證明，基礎(chǔ)科研也可以延伸到社會(huì)，服務(wù)于國(guó)民。”