中国科学家解析乙肝表面抗原三维结构，有望促进疫苗优化

摘要： ...

·这一研究不仅解决了结构生物学和病毒学领域的长期谜题，还为疫苗的优化、中和性抗体构效关系的理解提供了重要依据，特别是有望加速直接靶向病毒表面蛋白和囊膜组装的小分子药物以及引导表面蛋白降解的PROTAC（蛋白降解靶向嵌合体）的研发。

乙型肝炎病毒（Hepatitis B Virus，HBV）感染是全球严重的公共卫生问题。乙型肝炎病毒的表面抗原（HBsAg）是决定病毒入侵、复制和包装的关键蛋白，自乙肝病毒被发现以来，这个蛋白一直备受关注，但科学界一直未能解析它的结构形态。

中国科学院院士、上海科技大学特聘教授饶子和，中国食品药品检定研究院胡忠玉研究员，和上海科技大学免疫化学研究所助理教授王权等人经过五年的研究，基于对冷冻电镜单颗粒分析理论的深刻理解和分析软件的创新发展，凭借独特的软件和算法，最终解析了HBsAg的三维结构。

北京时间2024年9月13日凌晨2时，相关论文以“Inherent symmetry and flexibility in hepatitis B virus subviral particles（乙型肝炎病毒亚病毒颗粒的固有对称性和分子柔性）”为题在《科学》（Science）发表。王权、清华大学王涛博士、南开大学曹林副教授、中国科学院生物物理研究所傅晟博士、博士研究生慕安、上海科技大学博士研究生王佩佩为论文共同第一作者。

乙肝病毒表面抗原蛋白的近原子分辨率三维结构及其结构异质性。图片来源：上海科技大学

据世界卫生组织（WHO）估算，全球每年有近100万人死于HBV感染相关疾病。而HBV感染是肝细胞癌（肝癌）发生的重要病原学及疾病进展因素，中国是世界上HBV感染负担最重的国家，84%的肝癌由HBV感染导致。据估计，中国目前依然有超过8000万乙肝病毒携带者，其中约3000万例被确诊为慢性乙型肝炎患者。

据悉，乙肝病毒于半个世纪前在澳大利亚被发现。1963年，美国内科与生化学家巴鲁克·塞缪尔·布隆伯格（Baruch Samuel Blumberg）博士在筛选血样时偶然发现，在一例多次输血的血友病病人的血液中，存在一种能够与一个澳大利亚土著居民的血清发生反应的沉淀抗体。布隆伯格博士将存在于后者血清中的这种作用物质称为“澳大利亚抗原（Australia antigen）”（“澳抗”）。此后研究发现这种抗原与输血后肝炎有关，这是从人类血液中找到的第一种乙肝病毒抗原成分，也就是现在所说的乙肝表面抗原（hepatitis B surface antigen, HBsAg）。巴鲁克·布隆伯格博士因此获得1976年诺贝尔生理学或医学奖。

上海科技大学方面介绍，乙肝病毒的表面抗原是决定病毒入侵、复制和包装的关键蛋白，也是诊断感染和评估临床功能性治愈的重要指标。在感染监测中，乙肝表面抗原是乙肝免疫检测“大三阳”和“小三阳”的共同标志分子；在临床治疗中，乙肝表面抗原清除是慢性乙肝临床治愈的关键指标。

据了解，HBsAg是乙肝病毒编码的一种十分独特的分子，它能够自发聚合形成形态多样的病毒颗粒，甚至产生大量无基因组的“诱饵”亚颗粒（subviral particle，SVP），远超感染性完整病毒颗粒（infectious Dane particle）4个数量级以上，干扰人体免疫系统，导致免疫耗竭。尽管该蛋白自病毒发现以来一直备受关注，但其复杂的结构特性和多样化的组装形态，一直是结构生物学和病毒学长期未解的谜题。

据介绍，此次发表的研究成功表征了乙肝表面蛋白及其自组装体表现出的高度结构柔性，揭示了其在病毒粒子表面形成多样寡聚形态的分子基础。基于其在亚病毒颗粒表面一种典型三聚体和三种不同四聚体局部组装模式的观察和分析，研究团队对球形颗粒如何延展形成更长的管状微丝结构，以及如何与内部核衣壳相适配组装形成完整病毒的分子机制进行了解读。

该论文的评阅专家评述：“HBV粒子的结构和形成是该领域一个非常重要、基本和长期存在的问题。” 但是，“HBsAg形成结构形态异质的亚病毒颗粒，这使得解析其高分辨率的结构极难实现”。乙肝表面抗原是乙肝重组疫苗的主要成分，是中和性抗体（neutralizing antibody）的主要靶标，对于乙肝的防治具有重要意义。但相较于数十种在研的靶向三维结构已知的核心蛋白小分子核衣壳组装调节剂（Capsid assembly modulators，CAM），却罕有靶向表面抗原的小分子药物。这一研究不仅解决了结构生物学和病毒学领域的长期谜题，还为疫苗的优化、中和性抗体构效关系的理解提供了重要依据，特别是有望加速直接靶向病毒表面蛋白和囊膜组装的小分子药物以及引导表面蛋白降解的PROTAC（PROteolysis TArgeting Chimera，蛋白降解靶向嵌合体）的研发，为乙肝防治的攻关解锁了一条全新路线，有望推动乙肝治疗进入新阶段。

据悉，饶子和与胡忠玉自二十年前开始尝试开展乙肝表面抗原结构研究，研究团队陆续有近二十位成员接力参与攻关。2020年，王权加入上海科技大学，师从饶子和，投入乙肝表面抗原结构研究。

9月13日上午，上海科技大学召开该研究成果新闻发布会暨合作研讨会。王权在会上介绍，这篇论文只揭示了乙肝病毒表面蛋白的结构，研究团队还关心完整病毒是如何组装的。“知道这个病毒长成什么样子很重要，它是怎么长成这个样子的也很重要。我们也开发了一种算法，希望以后可以很好地表征分子的动态性。”他说。

重庆医科大学校长黄爱龙教授在现场说，“虽然我们已经有很好的抗乙肝病毒药物，但它们只能抑制病毒，不能清除病毒。世界卫生组织提出2030年消除‘病毒性肝炎公共卫生危害’目标，现在还剩下不到6年时间，而中国是乙肝大国，存量还有七八千万。我认为在机制不清楚的情况下，对乙肝的治疗是盲目治疗。”

清华大学全球健康与传染病研究中心主任张林琦教授说，最近其研究团队从乙肝患者身上分离出了抗乙肝的高强度中和抗体，抗体是保护人体的一种重要免疫机制。有了HBsAg的三维结构，就可以知道这些抗体实际作用在什么地方，找到关键的点位，从而促进疫苗设计的突破。