提起猴痘病毒，人們可能已不再陌生。今年7月，世界衛(wèi)生組織（WHO）宣布猴痘疫情為全球突發(fā)公共衛(wèi)生事件。截至12月，全球110個(gè)國(guó)家已確認(rèn)造成超過(guò)8.2萬(wàn)人感染。今年9月，重慶就曾有一例境外輸入病例，我國(guó)香港、臺(tái)灣也報(bào)道過(guò)類似病例。

事實(shí)上，猴痘病毒被發(fā)現(xiàn)至今已有60多年，卻一直處于科學(xué)研究邊緣。中國(guó)科學(xué)院微生物所高福/施一團(tuán)隊(duì)最新研究揭開(kāi)了猴痘病毒復(fù)制“機(jī)器”——聚合酶全酶復(fù)合物的高清結(jié)構(gòu)，為抗痘病毒藥物設(shè)計(jì)提供了靶標(biāo)。相關(guān)論文12月16日發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

“做研究一定要平急結(jié)合，‘平’時(shí)干的事要能解決‘急’時(shí)的需求?！?span id="asrpclcrvtsv" class="frd">中科院院士高福強(qiáng)調(diào)。

關(guān)于此次研究，《中國(guó)科學(xué)報(bào)》分別采訪了兩位論文共同通訊作者高福院士和施一，以下為主要采訪內(nèi)容。

高福

潛在的威脅

今年5月起，英國(guó)、西班牙、美國(guó)等全球十多個(gè)國(guó)家相繼發(fā)現(xiàn)猴痘確診病例，此后病例數(shù)量大幅增加，引發(fā)國(guó)際關(guān)注。

據(jù)報(bào)道，猴痘潛伏期通常為一到兩周，發(fā)病后主要表現(xiàn)為高熱、局部淋巴結(jié)腫大及全身水皰膿皰，伴有出血傾向。

那么，猴痘病毒的傳播力如何？傳播途徑有哪些呢？

施一介紹，猴痘病毒此前主要分成兩支：剛果盆地（中非）分支和西非分支。前者毒力較強(qiáng)，病死率可達(dá)10%~13%左右；西非毒株毒力較弱，病死率在1%~3%左右。由于猴痘一直以來(lái)主要在非洲地區(qū)流行，非洲以外的國(guó)家大多為與攜帶猴痘病毒的嚙齒類動(dòng)物接觸而發(fā)生的輸入性感染，這也使得該病毒研究處于邊緣地帶。

他表示，最近歐美非流行國(guó)家暴發(fā)的猴痘毒株跟西非分支比較接近，但也發(fā)生了一定程度的進(jìn)化，毒力大為減弱，目前可以看作一個(gè)新的西非變異分支。

“以前，猴痘病毒主要是通過(guò)接觸傳播，從動(dòng)物傳給人。現(xiàn)在研究表明，已經(jīng)出現(xiàn)了人際傳播，通過(guò)近距離呼吸飛沫也能夠傳播?！笔┮徽f(shuō)。

據(jù)介紹，猴痘病毒屬于痘病毒科（正痘病毒屬），與同為正痘病毒屬的天花病毒是“近親”。不同的是，天花僅能在人群中傳播，而猴痘則同時(shí)存在于野生動(dòng)物群體，屬于人畜共患病毒性疾病。

這也意味著，通過(guò)疫苗接種可以在人群中消滅天花，而人們卻無(wú)法給野生動(dòng)物打疫苗，這使猴痘比天花更難滅絕，可能跟人類長(zhǎng)期共存。

研究者表示，盡管猴痘病毒在我國(guó)并未流行開(kāi)來(lái)，但只要其他國(guó)家持續(xù)存在，就有外來(lái)輸入和流行的風(fēng)險(xiǎn)。

據(jù)介紹，接種過(guò)天花疫苗的人群對(duì)猴痘病毒感染具有一定的免疫防護(hù)能力。但1980年全球消滅天花后，天花疫苗接種隨之停止，這使得我國(guó)“80后”之后的群體大部分并未接種天花疫苗，對(duì)猴痘病毒缺乏免疫防護(hù)能力。若其持續(xù)變異，可能對(duì)社會(huì)發(fā)展和人類健康造成廣泛的潛在影響。

揭秘“復(fù)制機(jī)器”

科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與人和其他動(dòng)物一樣，痘病毒也是以DNA作為遺傳物質(zhì)。不同之處在于，猴痘病毒會(huì)在宿主細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中形成“復(fù)制工廠”進(jìn)行基因組復(fù)制，產(chǎn)生首尾相連的DNA串聯(lián)體。然后，在解離酶的作用下分解成單個(gè)病毒基因組，再進(jìn)一步組裝，形成新生病毒粒子。

據(jù)介紹，猴痘病毒復(fù)制機(jī)器的“幫手”有很多，至少需要8種病毒蛋白相互合作才能完成整個(gè)過(guò)程。不過(guò)，其核心則主要由“三位一體”組成：聚合酶F8、可持續(xù)因子E4和A22異二聚體。

這三者組成聚合酶全酶復(fù)合物，直接負(fù)責(zé)合成子代DNA，是理想的抗病毒藥物開(kāi)發(fā)靶點(diǎn)。但目前缺乏這個(gè)復(fù)制機(jī)器核心的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，以及基因組可持續(xù)合成的分子機(jī)制的認(rèn)知仍不充分。

利用冷凍電鏡技術(shù)，研究人員首次讓猴痘病毒DNA聚合酶全酶的結(jié)構(gòu)“無(wú)所遁形”。

他們揭示了猴痘病毒基因組復(fù)制的分子機(jī)制。F8亞基和E4亞基的結(jié)構(gòu)與痘苗病毒中相對(duì)應(yīng)的蛋白結(jié)構(gòu)非常相似，具有典型的DNA聚合酶和尿嘧啶糖苷水解酶特征。而A22亞基屬于痘病毒特有的蛋白，可以分為N端、中間和C端結(jié)構(gòu)域。其中N端和C端分別與E4和F8結(jié)合，在病毒聚合酶全酶復(fù)合物組裝中起到“中間橋梁”的作用。

“了解聚合酶的工作機(jī)制，可以有的放矢地開(kāi)發(fā)藥物阻斷其與DNA結(jié)合或復(fù)制活性。比如現(xiàn)在有一種靶向痘病毒聚合酶的核苷類藥物西多福韋，就能摻入到DNA合成鏈中，抑制聚合酶的功能。”施一解釋。

值得注意的是，研究者還解析了猴痘病毒如何保持其高效的基因組復(fù)制能力。

此前研究提示，在進(jìn)行DNA合成時(shí)，猴痘病毒聚合酶與B家族其他DNA聚合酶（如人DNA聚合酶和酵母DNA聚合酶）合成不同，不會(huì)通過(guò)增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）或PCNA類似蛋白，與產(chǎn)物dsDNA相互作用提升聚合酶的可持續(xù)合成能力，而是通過(guò)A22-E4形成的異二聚體來(lái)保證可持續(xù)合成能力。

在該研究中，研究人員更正了此前針對(duì)猴痘病毒另一個(gè)近親——痘苗病毒聚合酶可持續(xù)合成機(jī)制研究所推測(cè)的聚合酶全酶模型，此前的研究認(rèn)為聚合酶和尿嘧啶糖苷水解酶之間沒(méi)有相互作用。研究人員發(fā)現(xiàn)，聚合酶全酶復(fù)合物結(jié)構(gòu)中，E4尿嘧啶糖苷水解酶與F8聚合酶直接相互作用，并與聚合酶的N端結(jié)構(gòu)域和外切酶結(jié)構(gòu)域組成一個(gè)閉合的模板進(jìn)入通道，形成“前置滑動(dòng)夾”。

“DNA聚合酶如果沒(méi)有滑動(dòng)夾，容易從DNA上掉下來(lái)，所以一般都需要有一個(gè)夾子套在DNA上，讓它保持穩(wěn)定?！笔┮唤忉?，而前置滑動(dòng)夾是猴痘病毒為代表的痘病毒所特有的，之前研究的其他病毒DNA聚合酶（比如皰疹病毒和非洲豬瘟病毒）的可持續(xù)合成能力，與人和酵母等真核生物的DNA聚合酶一樣，都是通過(guò)“后置滑動(dòng)夾”的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

“如果把滑動(dòng)夾的模板進(jìn)入通道堵上，病毒就不能通過(guò)這個(gè)通道進(jìn)行基因組的復(fù)制了?！笔┮徽f(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)可以用于抗痘病毒藥物的設(shè)計(jì)。

病毒防控需要持續(xù)的基礎(chǔ)研究

從今年5月國(guó)際猴痘疫情暴發(fā)后開(kāi)始，研究團(tuán)隊(duì)僅用了3個(gè)月時(shí)間就把論文投給了《科學(xué)》，并被快速接收。這與合作團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于病毒研究積累的底蘊(yùn)分不開(kāi)。

施一是2005年加入導(dǎo)師高福院士團(tuán)隊(duì)進(jìn)入病毒領(lǐng)域的。近二十年來(lái)，高福團(tuán)隊(duì)先后研究了禽流感病毒、非洲豬瘟病毒、埃博拉病毒、新冠病毒、寨卡病毒、沙粒病毒等十余種病毒。相關(guān)研究范疇涵蓋從病毒入侵機(jī)制、病毒復(fù)制機(jī)理到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)化的全鏈條。

施一

按高福的話說(shuō)，“科學(xué)問(wèn)題一定要和社會(huì)問(wèn)題有效對(duì)接，研究成果或是走上書(shū)架，進(jìn)入教科書(shū)；或是走上貨架，變成產(chǎn)品，解決實(shí)際需求?！?/p>

目前，該團(tuán)隊(duì)的多個(gè)成果已經(jīng)轉(zhuǎn)化為服務(wù)大眾的產(chǎn)品，應(yīng)用于實(shí)踐中。如新冠蛋白亞單位疫苗、單抗和檢測(cè)試劑等。

經(jīng)常與各類病毒打交道，如何規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)呢？

據(jù)介紹，我國(guó)相關(guān)病毒的研究對(duì)實(shí)驗(yàn)室有著嚴(yán)格的安全資質(zhì)要求。以猴痘病毒為例，目前只有個(gè)別P3實(shí)驗(yàn)室有活病毒操作資質(zhì)。

高福院士表示，盡管微生物所也有P3實(shí)驗(yàn)室，但由于其處于奧運(yùn)村人口密集居住地帶，被認(rèn)為無(wú)法開(kāi)展相關(guān)研究。他呼吁，用納稅人的錢(qián)建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室，有關(guān)機(jī)構(gòu)要盡快批準(zhǔn)使用，使其發(fā)揮應(yīng)該發(fā)揮的作用。

彭齊、施一、高福、齊建勛、蒯璐、王寒（從左到右）

在這種情況下，他們?nèi)绾胃Q探病毒的核心基因組呢？施一介紹，實(shí)驗(yàn)室會(huì)利用猴痘疫苗的另一個(gè)“近親”——正痘病毒屬痘苗病毒在P2實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究。這兩種病毒的基因組序列相似性較高，在一定程度上能夠代表猴痘病毒的特征。

另外，他表示，盡管實(shí)驗(yàn)室無(wú)法在活病毒上進(jìn)行研究，但可以在實(shí)驗(yàn)室合成相關(guān)基因表達(dá)病毒蛋白，在普通實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作，進(jìn)行生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究，這也大幅降低了相關(guān)研究的安全資質(zhì)要求。

“對(duì)于一些具有潛在大流行能力的病毒，需要做全面的基礎(chǔ)研究布局。如提前了解病毒感染和傳播特性、有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)疫苗和藥物，通過(guò)持續(xù)的基礎(chǔ)研究總結(jié)不同病毒的共性，尋找潛在的廣譜預(yù)防和治療手段?！笔┮槐硎?，下一步研究團(tuán)隊(duì)將根據(jù)現(xiàn)有基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)，探尋治療猴痘病毒的藥物。

中國(guó)科學(xué)院微生物研究所研究人員彭齊、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)系博士生謝宇鋒和中國(guó)科學(xué)院微生物研究所工作人員蒯璐為本文共同第一作者，研究人員齊建勛、王寒也參與了該研究課題。中國(guó)科學(xué)院微生物研究所研究人員施一和高福院士為本文共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。

相關(guān)論文信息：

10.1126/science.ade6360

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