解读 | 孙蕾，陈振国（复旦大学）责编 | 兮从去年夏天起，非洲猪瘟(African Swine fever)这个词开始频繁出现。对大家直接的冲击就是猪肉涨价了，吃猪肉要担心安全问题了。非洲猪瘟是由非洲猪瘟病毒（African Swine Fever Virus，ASFV）引起的一种急性、接触性传染病，以高热、内脏器官严重出血为特征，病死率可高达90-100％。非洲猪瘟19在非洲肯尼亚首次报道，自以来，在全球多个国家发生、扩散、流行。8月，中国确诊首例非洲猪瘟疫情，并逐步扩散。世界动物卫生组织（OIE）将非洲猪瘟列为法定报告动物疫病，我国将其列为一类动物疫病。目前尚无有效预防非洲猪瘟的疫苗。为了更有针对性的开展疫苗研发，充分了解ASFV主要蛋白结构与功能显然是非常必要的。那么引起如此大范围猪瘟的病毒到底长什么样子呢？在最新的Science杂志上，王祥喜研究员、饶子和院士及步志高教授团队首次应用冷冻电镜技术，在近原子分辨率水平展示了非洲猪瘟病毒全病毒的结构，揭开了这个病毒的层层面纱。非洲猪瘟病毒属于核质大DNA病毒(nucleocytoplasmic large DNAviruses，NCLDVs)，是一类有双层囊膜的双链DNA病毒，直径260-300nm。其组分非常复杂，由五层结构组成，由内到外分别是：基因组，内核芯壳（core shell），内囊膜（inner membrane）, 衣壳蛋白（capsid protein）及外囊膜（outer membrane）。由于尺寸巨大，核质大DNA病毒普遍存在构象柔性问题，并不呈现完美的二十面体对称性。另外，在冷冻电镜数据结构研究中，如此大的尺寸使得冰层加厚，信噪比降低，而且大颗粒导致单个颗粒的不同层面欠焦量（defocus）差异大，造成CTF校正不准。因此，将全病毒作为一个整体计算，仅能得到8.8Å的结构。为克服颗粒柔性以及欠焦差异问题，研究团队在数据处理上做了相应的优化，巧妙应用模块化“block-based”算法，把病毒不对称单位的1/3作为一个模块，进行单独计算在进行拼接，最终将整体衣壳蛋白层结构提高到4.8Å。在此基础上，团队利用主要衣壳蛋白（major capsid protein）p72的局部对称性进行局部优化计算，进一步将该蛋白分辨率提高到4.1 Å。这是继 “模块化”应用到病毒颗粒冷冻电镜结构之后，又一个巧妙的技术应用。4.1Å的分辨率听来并不是非常高，然而对于高柔性的巨大病毒来讲，已经是一个非常大的突破。这已是迄今为止同等大小病毒颗粒中最高分辨率。我们可以清晰看到主衣壳蛋白的大侧链。非洲猪瘟病毒有非常复杂的衣壳蛋白层，由50多个蛋白组成。非洲猪瘟病毒结构不仅给我们清晰呈现了主壳层结构的原子结构，也呈现了多个次壳层蛋白（minor capsid protein）的结构。这种精巧致密的壳层结构解释了为何猪瘟病毒在天然条件下可以极其稳定地保持其完整性及感染性。非洲猪瘟有很强的感染性，很高的发病率和死亡率。面对非洲猪瘟的侵入，政府已做出了很大的努力，但是，疫情的威胁仍然很大，我们寄希望于疫苗的尽快研制成功。非洲猪瘟病毒的结构无疑为疫苗的研究和开发提供了更为清晰的思路及靶点。冷冻电镜领域的快速发展使得我们更加清晰更加全面的看到了以前不可能看到的微观世界。值得一提的是，饶院士/王祥喜团队这几年在病毒结构领域接连获得重大突破，仅过去两年内就相继解析了“乙型脑炎病毒【1】， 孢疹病毒【2,3】，手足口病病毒【4】，甲型肝炎病毒【5】”等跟人体疾病息息相关的病毒结构。这些结构的解析为理解病毒组装，感染机制及抗病毒药物和疫苗开发提供了非常重要的信息。此外，在冷冻电镜技术层面，该研究团队也持续创新突破，为病毒结构解析方法不断开拓新的思路。这次，研究团队挑战更大的病毒，并为此付出了极大的努力。因为非洲猪瘟病毒尺寸很大，一张电镜图里只能拍到一两个颗粒。跟小病毒及蛋白质的电镜图中可以有几十甚至几百个颗粒比较起来，数据收集是个非常艰巨的任务，仅原始电镜图就收集了近6.5万张，这里面蕴涵的是整个团队连续几个月通宵达旦的工作。努力之后的收获也是振奋人心的，最终我们得以看到这个巨大病毒的真面目。
参考文献
1.Qiu, X., et al., Structural basis for neutralization of Japanese encephalitis virus by two potent therapeutic antibodies.Nat Microbiol, . 3(3): p. 287-294.2.Wang, J., et al., Structure of the herpes simplex virus type 2 C-capsid with capsid-vertex-specific component.Nat Commun, . 9(1): p. 3668.3.Yuan, S., et al., Cryo-EM structure of a herpesvirus capsid at 3.1 A.Science, . 360(6384).4.Zhu, L., et al., Structures of Coxsackievirus A10 unveil the molecular mechanisms of receptor binding and viral uncoating.Nat Commun, . 9(1): p. 4985.5.Cao, L., et al., Structural basis for neutralization of hepatitis A virus informs a rational design of highly potent inhibitors.PLoS Biol, . 17(4): p. e3000229.制版人：珂
专家解读Science | 饶子和/王祥喜/歩志高研究团队合力解析非洲猪瘟病毒颗粒精细三维结构 助力新型疫苗开发
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