丙型肝炎病毒（Hepatitis C virus, HCV）可引起急、慢性丙型肝炎，以及肝細(xì)胞癌 。 到目前為止，全世界有超過(guò)1.5億人感染HCV ，并且每年有300萬(wàn)至400萬(wàn)HCV 感染新發(fā)病例。 多數(shù)HCV感染者早期無(wú)明顯癥狀，但病毒會(huì)在幾乎沉默狀態(tài)下持續(xù)損害肝臟，并導(dǎo)致肝硬化、肝癌等嚴(yán)重后果。 每年全球HCV相關(guān)死亡人數(shù)約50 萬(wàn) ， HCV也被稱(chēng)為“沉默殺手”。 HCV是一種單股正鏈RNA病毒 (+RNA)，屬于黃病毒科丙型肝炎病毒屬。 最近的一項(xiàng)研究表明六種不同基因型HCV的負(fù)鏈RNA（-RNA）5’末端存在FAD帽結(jié)構(gòu)，而特定基因型HCV的正鏈RNA（+RNA） 5’末端也存在FAD帽結(jié)構(gòu)。FAD帽可幫助HCV RNA逃逸RIG-I介導(dǎo)的先天免疫識(shí)別，這很可能是HCV隱匿感染的主要原因。

HCV基因組RNA的復(fù)制依賴(lài)于其編碼的非結(jié)構(gòu)蛋白5B（NS5B）。NS5B與HCV +RNA的3′端結(jié)合，啟動(dòng)互補(bǔ)鏈HCV -RNA的合成。合成的HCV -RNA隨后作為NS5B的模板，生成新的HCV +RNA，從而實(shí)現(xiàn)病毒基因組的復(fù)制。HCV NS5B 可無(wú)需外源引物從頭合成其基因組RNA。在體內(nèi)NS5B啟動(dòng)的從頭合成過(guò)程中，RNA模板以及啟動(dòng)核苷酸和進(jìn)入的核苷酸被容納在活性位點(diǎn)，合成初始二核苷酸引物。隨后核苷酸的摻入會(huì)誘導(dǎo)NS5B發(fā)生構(gòu)象變化，使引發(fā)元件PE推出活性中心，并促使NS5B轉(zhuǎn)變?yōu)槌掷m(xù)延伸狀態(tài)持續(xù)復(fù)制。在體外復(fù)制實(shí)驗(yàn)中，NS5B 可直接利用FAD而不能利用單個(gè)核苷酸啟動(dòng)HCV RNA的合成。

2025年8月7日，生命中心、清華大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院向燁課題組與山西醫(yī)科大學(xué)曹濟(jì)民團(tuán)隊(duì)合作在《自然-通訊》（Nature Communications）雜志在線發(fā)表了題為“Structural insights into polymerase-catalyzed FAD capping of hepatitis C virus RNA”的研究論文。該研究利用X射線晶體學(xué)技術(shù)，揭示了丙型肝炎病毒（HCV）RNA 5′端合成FAD帽的分子機(jī)制（圖1），為HCV 防治提供了新的理論補(bǔ)充。

本研究解析了HCV RNA聚合酶NS5B以FAD作為起始核苷酸從頭合成RNA（de novo initiation）、引物引發(fā)（primed-initiation）以及延伸狀態(tài)下（elongation）的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)這些復(fù)合物結(jié)構(gòu)分析，以及一系列生化研究證據(jù)表明引發(fā)元件PE的β loop中氨基酸殘基M447和Y448直接與FAD的核糖醇基團(tuán)相互作用，是NS5B起始階段特異性識(shí)別FAD的關(guān)鍵元素。此外，F(xiàn)AD的腺嘌呤基團(tuán)與HCV 基因組3′端的尿嘧啶形成堿基互補(bǔ)配對(duì)，是其被添加在不同基因型負(fù)鏈RNA（-RNA）5’末端的決定因素。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在HCV RNA加FAD帽的延伸階段，NS5B的C端linker中的W550與FAD的異咯嗪環(huán)相互作用，穩(wěn)定了5′端的FAD帽結(jié)構(gòu)。這種相互作用進(jìn)一步誘導(dǎo)了產(chǎn)物鏈的構(gòu)象變化，形成了一種尚未被觀察到的、獨(dú)特的RNA雙鏈延伸中間態(tài)，利于RNA雙鏈以不對(duì)稱(chēng)的運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行延伸。本研究不僅為開(kāi)發(fā)靶向HCV 的新型治療藥物提供了理論指導(dǎo)，同時(shí)由于FAD非典型帽有幫助逃避宿主免疫的功能，這一性質(zhì)也可能被應(yīng)用于開(kāi)發(fā)新型mRNA 修飾方法，助力mRNA疫苗及治療性藥物的發(fā)展。

圖1 HCV RNA聚合酶-FAD從頭合成復(fù)合體

圖2HCV的RNA聚合酶NS5B催化RNA 5'端加FAD帽的分子機(jī)制示意圖

該項(xiàng)工作由山西醫(yī)科大學(xué)教授/山西醫(yī)科大學(xué)-清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院前沿醫(yī)學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心研究員王德平主導(dǎo)，在清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)協(xié)助下完成，這一成果的發(fā)表是清華大學(xué)協(xié)同創(chuàng)新模式助力地方高校實(shí)現(xiàn)高水平基礎(chǔ)科研突破的典范。生命中心、清華大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院/北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心向燁教授和山西醫(yī)科大學(xué)細(xì)胞生理學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室曹濟(jì)民教授、周鑫教授為該論文的通訊作者，山西醫(yī)科大學(xué)細(xì)胞生理學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王德平教授和2019級(jí)直博生趙蓉為該論文的共同第一作者。上海同步輻射光源和清華大學(xué)中國(guó)蛋白質(zhì)科學(xué)中心（北京分中心）提供了設(shè)備支持。該項(xiàng)目得到了山西醫(yī)科大學(xué)-清華大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院、中國(guó)科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家自然科學(xué)基金、山西省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃、北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心以及清華北大生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。

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https://www.nature.com/articles/s41467-025-62609-w