Nat Microbiol | 姚庆等解析疱疹病毒“复制引擎”结构，揭示新型抗病毒药物的分子作用机制

2025年11月4日，吉利德科学公司结构生物学与化学部资深首席科学家姚庆博士与病毒学部资深首席科学家Alexandre Mercier博士团队在Nature Microbiology杂志在线发表了文章Structural and mechanistic insights into herpesvirus helicase–primase and its therapeutic inhibitors。吉利德研究团队首次通过冷冻电镜技术解析了单纯疱疹病毒1型（HSV-1）解旋酶-引物酶（HP）复合物的分子结构，并进一步解析了两种新型抗病毒药物——普瑞利韦（Pritelivir,PTV）和阿莫奈韦（Amenamevir,AMNV）——的结合位点。这一发现不仅填补了疱疹病毒DNA复制机制的关键空白，也为开发广谱、高效的新一代抗疱疹药物提供了坚实的理论基础。

疱疹病毒感染全球数十亿人，其中HSV-1和HSV-2可引发口腔和生殖器疱疹，具有反复发作、难以根治的特点，在免疫缺陷患者中还可能诱发致命并发症。现行标准疗法（如阿昔洛韦）虽安全有效，却无法阻止病毒潜伏及复发。此外，临床中耐药病毒株的出现日益频繁，进一步限制了现有治疗手段的有效性。因此，开发新型抗疱疹病毒药物已成为亟需解决的科学挑战。

HP复合物作为该病毒DNA复制必须的“上游引擎”，由解旋酶（UL5）、引物酶（UL52）和辅助亚单位（UL8）构成。由于宿主细胞中缺乏同源蛋白，该复合物成为理想的药物靶点。吉利德科学公司研究团队成功在昆虫细胞中实现重组表达，并纯化出具有活性的HSV-1 HP复合物，并解析了两种新型抗病毒药物——PTV和AMNV——的结合位点。通过分析结构，HP复合物呈现独特的弧形空间构型：UL52形成长达130Å的“脚手架”环绕UL5，而UL8则稳定催化核心结构。尽管该复合物部分区域具有高度柔性，研究者仍然成功解析其柔性结构域，搭建了相对完整的分子结构模型。

这项研究的关键发现之一，是PTV与AMNV诱导HP复合物形成的口袋结构：尽管二者化学结构迥异，却占据UL5与UL52间几乎完全相同的分子腔隙。UL5的赖氨酸356通过极性键锚定两药物的羧基氧原子；UL52的苯丙氨酸360则以π-π堆积作用稳定药物芳环。此外，该结构成功解释了体外耐药实验结果——例如，UL52中第899位丙氨酸突变为苏氨酸导致PTV效力下降43倍，却对AMNV无影响，原因在于苏氨酸侧链与PTV头部磺酰胺基团（sulfonamide）产生空间位阻，而与AMNV头部的砜基（sulfone）结构相容。 更重要的是，该研究还阐明了PTV与AMNV的非竞争性变构抑制机制。无药物时，UL5与UL52可围绕结合位点旋转近47°；药物结合后引发显著构象变化，将复合物“锁定”于单一状态，阻断UL5 1A结构域与motif IV环区的ATP驱动运动，从而瘫痪DNA解链。这揭示了PTV和AMNV如何在不干扰底物结合的前提下实现高效抑制的分子机制。此外，这些结构特征有助于解释AMNV与PTV在抗病毒谱上的差异。AMNV的抗病毒性可覆盖α-疱疹病毒（包括HSV-1/2及带状疱疹病毒VZV），而PTV的抗病毒活性则局限于HSV。序列比对显示，VZV引物酶中对应HSV UL52第899位丙氨酸的残基为缬氨酸（V936），其侧链与PTV发生空间冲突。体外验证表明，HSV-2 UL52 A906V突变（对应HSV-1 UL52 A899）可使PTV的EC₅₀升高17倍，而AMNV活性不受影响。该单一氨基酸差异在一定程度上可以解释了PTV的抗病毒谱系的差异。这些研究成果具有重要的临床意义。这些结构也解释了目前报道的唯一一例临床 PTV 耐药株（HSV-2 UL5 K355T 突变，对应 HSV-1 K356）在体外对 PTV 和 AMNV 的敏感性分别下降约50 倍和 约75 倍。同时，该发现还表明两款 PTV 类似药物（IM-250 与 HN0037）的乙酰胺结构同样依赖 K355 进行结合，因此可能面临相似的耐药风险。

研究者最终指出，HP复合物中诱导形成的隐蔽结合口袋在人类蛋白质组中无同源结构，赋予类似PTV和AMNV的药物极高的靶向选择性与临床安全性。基于这些分子结构，该研究为后续下一代抗病毒的药物研发提供了坚实的理论基础，具体包括：

1. 广谱化：优化PTV的磺酰胺头部结构，以兼容带状疱疹病毒（VZV）中V936位点的氨基酸变异。

2. 新型化学骨架开发：针对β型与γ型疱疹病毒， 如巨细胞病毒（CMV）、EB病毒（EBV）的HP，筛选或设计新的化学骨架。

3. 降低耐药突变风险： 通过靶向结构优化与多位点结合设计，增强对潜在耐药突变的兼容性，延缓耐药性发生。

吉利德科学公司结构生物学与化学部资深首席科学家姚庆博士与病毒学部资深首席科学家Alexandre Mercier博士担任本文的共同通讯作者；姚庆博士同时担任第一作者。

https://www.nature.com/articles/s41564-025-02168-4

制版人： 十一

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