美国普林斯顿大学科学家破译慢性乙肝病毒感染

 新闻资讯     |      2020-11-15 14:50

  《自然》子刊Nature Microbiology今天在线刊登了一篇有关乙型肝炎病毒(HBV)的研究论文。美国普林斯顿大学的科学家鉴定出一组蛋白质,破译了病毒生命周期中的一个关键问题,为治疗慢性HBV感染提供了新的方向。

  慢性乙肝病毒感染是导致肝脏疾病的常见原因,每年造成近90万人死亡,同时也是导致肝癌的首要原因。

  第一种乙肝疫苗在20世纪80年代问世,今天的孩子们在出生时,大多会接种疫苗来避免HBV感染。尽管疫苗可以有效地预防新的感染,然而对于已存在的慢性感染,疫苗的帮助有限。根据世界卫生组织的估计,全球目前至少有2.57亿人为HBV携带者,在东南亚地区疾病负担尤其严重。

  现在的治疗方法包括使用针对HBV逆转录酶的抗病毒药物,对于抑制病毒复制至关重要,然而遗憾的是,它们仍然无法根除肝细胞内的病毒、达到真正的治愈。甚至一些持续接受抗病毒治疗的患者依然面临罹患肝癌和肝硬化等疾病的风险。正因为如此,慢性HBV感染者需要更有效的疗法。

  清除肝细胞里的HBV为什么这么困难呢?这和病毒的生命周期关系密切,我们有必要先来简单认识一下HBV的遗传物质。这是一种非常小的包膜病毒,由DNA编码遗传信息。在刚进入宿主细胞时,病毒的基因组呈现一种被称为松弛环状DNA(rcDNA)的形式,上面有多个缺口。为了稳定地待在肝细胞的细胞核里,rcDNA会通过DNA修复转换形态,形成一种共价闭合环状DNA(简称cccDNA)长期存在。

  “从rcDNA到cccDNA的转变过程对HBV的持久性至关重要,如果我们无法弄懂这个过程,以完全清除感染为目标的临床治疗仍然遥遥无期。”负责此次研究的Alexander Ploss教授说。

  ▲蓝色标记的是人类肝细胞的细胞核,绿色荧光标记了乙肝病毒的cccDNA(图片来源:Lei Wei and Alexander Ploss, Princeton University)

  从rcDNA到cccDNA,需要在多个位点上进行修复,而HBV的基因组本身只编码4种基因产物,根据现有的认识,其中没有哪一种是为这种修复步骤起催化作用的。科学家们自然猜测,这里需要借用宿主细胞的DNA修复机制。但是,HBV究竟用到了DNA修复机制中的哪些组件,是一个几十年来无人破译的难题。

  为了回答这个基本问题,Ploss教授和Lei Wei博士在这项研究中采用了一种“非常规”的方法,利用酵母来破译HBV的复制机制。

  “酵母被证明是研究细胞复制机制的最佳生物模型之一,它们拥有基因操作简单、繁殖迅速、研究工具众多等优势。更重要的是,在人类细胞中发生的很多分子过程在酵母细胞中几乎是一样的。”Ploss教授解释说,“最值得我们注意的是,酵母细胞提取物可以支持HBV从rcDNA到cccDNA的转变。”

  ▲Lei Wei博士和Alexander Ploss教授是该研究两位作者(图片来源:普林斯顿大学官网)

  于是,两位研究者开发了一套利用酵母细胞的实验系统,筛选了几十个细胞修复因子,最终确定DNA后随链合成中的5个核心成分是HBV cccDNA形成所必需的,包括增殖细胞核抗原、复制因子C蛋白复合物、DNA聚合酶δ、侧翼核酸内切酶和DNA连接酶I。

  而在酵母中发现的这5种修复因子,如同研究人员的预测,在人类细胞中有着基本相同的作用方式。从人类细胞中纯化的这5种修复因子,足以为rcDNA完成修复;而去除这5个核心成分中的任何一个,都无法成功形成cccDNA。这意味着,针对这5个因子中的任何一个都可以潜在地预防HBV感染。

  这一设想很快在感染HBV的肝细胞中得到了初步实验验证。针对其中一种核心成分DNA聚合酶δ,研究人员采用抑制剂aphidicolin进行处理,阻止了cccDNA的形成。

  在研究者看来,这项发现是“一个很好的起点,可以最终回答几十年来有关乙肝病毒DNA如何产生稳定形态的问题”。Ploss教授说:“这一知识将有助于开发更有效的疗法抗击可怕的疾病。”




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