2020-11-28 17:23 來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客
原創 生物世界 Bio生物世界
撰文 | Andy
編輯 | 王聰
排版 | 水成文
體液免疫反應對控制急性和持續性病毒感染至關重要，中和抗體(nAb)反應的逃避往往是病毒介導的發病率和死亡率的基礎。甲型流感病毒亞型的血凝素和神經氨酸酶衣殼蛋白發生突變，阻礙了病毒特異性抗體的中和作用，因此需要進行季節性流感疫苗接種。
引起持續感染的病毒也獲得了能夠規避nAbs的突變，人體病毒由相當數量的持久性病毒組成，其致病性受到健康的適應性免疫系統的抑制。進行性多灶性腦白質病（PML）患者的JC多瘤病毒(JCPyV)中，主要病毒衣殼蛋白VP1的突變是常見的，但它們是否具有神經毒性或逃避體內的病毒中和抗體(nAb)尚不清楚。
近日，Aron Lukacher和Susan Hafenstein共同領導的一個研究小組，利用高解析度顯微鏡研究了鼠多瘤病毒(MuPyV)的衣殼。該病毒是JC多瘤病毒(JCPyV)的遺傳模型，JCPyV在大多數人群中存在且無害，可在接受免疫抑制治療的人群中引起進行性多灶性腦白質病（PML）。該研究以：Antibody escape by polyomavirus capsid mutation facilitates neurovirulence 為題，發表於 eLife 雜誌。
研究人員在MuPyV的衣殼中引入了一種類似於JCPyV的基因突變，並進行了一系列實驗來比較MuPyV和改變後的病毒之間的結果。病毒通過將一種用於製造衣殼的化學成分胺基酸替換成另一種胺基酸而發生變異。團隊使用冷凍電子顯微鏡來確定與單克隆抗體結合的病毒粒子的三維原子解析度結構，檢查了結構特徵。他們發現，衣殼突變阻止了單克隆抗體與病毒相互作用，增加了當患者免疫受到抑制時病毒感染大腦的機率。
在本研究中，研究團隊闡明了MuPyV VP1突變對病毒趨向性和抗體中和的影響，得出了JCPyV衣殼突變與PML發病的機制聯繫。應用自定義的亞粒子細化方法重建高解析度的本地衣殼的低溫電鏡圖像：抗體複合物。該結構揭示了VP1抗體規避的機制。使用VP1突變與JCPyV-PML中頻繁的VP1突變匹配的MuPyV，他們發現這種病毒變異保留了對中樞神經系統的向性，但在腎臟中複製的能力嚴重受損，腎臟是持續多瘤病毒感染的主要器官庫。該突變通過空間位阻阻斷了MuPyV VP1單克隆抗體的中和作用。數據支持了迴避VP1抗體反應促進了JCPyV變異的增殖，從而導致中樞神經系統損傷。
亞粒子細化允許快速解決任何多瘤病毒地圖的最高解析度低溫電子顯微鏡結構，改進可能歸因於衣殼的靈活性和延伸到45 nm直徑衣殼上的離焦梯度。奇怪的是，光學像差校正和埃瓦爾德球面效應僅提高了二十面體平均的MuPyV衣殼圖的解析度，而不是MuPyV- fab複雜圖。MuPyV的亞粒子改進所帶來的解析度提高與光學改進所帶來的解析度提高是等同的，但這些改進並不是累積的。相比之下，經過子粒子細化後，MuPyV-Fab複雜貼圖得到了改進。由於光學參數的細化是一個以參考為基礎的過程，因此，360份Fab的靈活性可能成為解決和糾正光學像差的障礙。
幾種因素可能導致8A7H5單抗具有較強的中和活性，因為8A7H5表位連接每個衣殼內鄰近的VP1分子，8A7H5結合可以穩定病毒並防止脫衣。病毒上VP1的R77與抗體殘基D99之間形成的鹽橋模擬了R77與宿主細胞受體唾液酸部分的相互作用。360個拷貝的8A7H5 Fab之間沒有空間衝突，導致Fab排列整齊緊湊。值得注意的是，由於整個抗體的大量存在，這種包裝不太可能在體內發生。
VP1突變體JCPyVs出現在PML患者而非健康個體中，這說明具有這些突變體的病毒在免疫狀態低下的情況下具有複製優勢。VP1的四個受體結合環的突變通常對病毒的適應度和持久性有害，而數據顯示，MuPyV VP1突變體的取向改變明顯與這一觀點一致。宿主抗體的逃避提供了一個強大的選擇壓力，以促進傳播，否則複製不利的突變。這種情況的實驗證明來自證據表明突變體A2。V296F病毒在血液和大腦中強於親代A2病毒，但在面對A2- nab時仍很難進入尿液。數據與最近的報告一致，這些報告顯示PML患者的血清對VP1突變體JCPyVs的中和效果不佳，並表明VP1突變體的選擇是由足以控制親代病毒而非VP1突變病毒的抗體反應驅動的。因此，研究結果表明，JCPyV為了逃避體液免疫，降低了病毒的適應度。
利用MuPyV中樞神經系統感染模型，證明逃避宿主中和抗病毒體液反應是VP1突變病毒保留中樞神經系統趨向性的主要驅動因素。他們開發了一種自定義的亞粒子細化方法，以最高解析度重建多瘤病毒外殼- fab複合物的低溫電子顯微鏡結構。這些結構闡明了中和和抗體逃逸的機制，發現反駁了VP1突變本身作用使JCPyV具有神經毒性的觀點。相反，該工作支持了病毒血症是PML發病的一個關鍵步驟的模型，而病毒血症是抗體逃逸VP1變異的結果。
該研究的通訊作者 Aron Lukacher 表示，還需要進行更多的研究來確定JCPyV的哪些突變導致病毒逃避抗體。研究的目標是對接受免疫調節療法的多發性硬化症患者，以及那些因癌症和愛滋病而免疫功能受損的患者進行篩查，以確定哪些人可能會增加患PML的風險。
論文連結：
https://doi.org/10.7554/eLife.61056.
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關鍵詞 >> JC多瘤病毒
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