Plos Pathogens丨彭辰团队揭示痘病毒病毒工厂组装新机制

近日，中国农业大学动物医学院动物疫病快速诊断技术实验室在微生物学期刊PLoSPathogens上在线发表了题为Poxvirus H5 mediates the formation of liquid-liquid phase separation condensates which promote virus factory assembly的研究论文。该研究揭示了牛结节性皮肤病病毒（Lumpy skin disease virus, LSDV）、痘苗病毒（Vaccinia virus, VACV）等痘病毒的H5蛋白通过诱导液-液相分离（liquid-liquid phase separation, LLPS）机制促进病毒工厂（virus factory）形成的分子基础，为理解大型DNA病毒在宿主细胞内的空间组织和复制机制提供了新的视角。

痘病毒（Poxviridae）是最复杂的DNA病毒家族之一，能够在细胞质中完成整个复制周期。痘病毒感染后，病毒基因组、复制蛋白与宿主因子共同组装成被称为病毒工厂的细胞质区室，在此区域中进行病毒DNA复制、蛋白合成及病毒粒子装配。然而，病毒工厂的精确组装机制长期未明。同时需要指出的是，痘病毒家族中还包括近年来对全球养牛业造成重大影响的LSDV。本研究揭示的相分离机制不仅适用于VACV，也为理解LSDV的复制与病毒工厂形成提供了重要参考，为其防控与疫苗研发提供了新的理论依据。

研究团队首先利用生物信息学预测对VACV全基因组进行系统分析，发现H5蛋白在其N端区域富含显著的固有无序区（Intrinsically Disordered Region, IDR），这一特征常见于能够介导LLPS的关键调控蛋白。基于这一线索，科研人员构建了带有荧光标签的H5融合蛋白，并在活细胞中观察其亚细胞分布。结果发现，H5蛋白在细胞质中能够自发形成圆形或椭圆形的微小液滴结构，而非均一分布。进一步的荧光恢复实验（FRAP）表明，H5液滴在光漂白后荧光信号可于短时间内迅速恢复，显示出显著的动态交换性与流动性，这正是LLPS凝聚体的重要特征。相比之下，对照蛋白M45虽可形成点状结构，却几乎无荧光恢复现象，说明其不具备相分离能力。为了验证H5液滴的物理性质，研究团队进一步使用丙二醇（1,2-propylene glycol, PG）处理细胞——这一化合物可破坏弱相互作用，从而抑制液-液相分离。结果显示，PG处理后H5液滴的荧光恢复被显著抑制，动态性丧失，而液滴的形态仍然存在，提示这些凝聚体不仅是简单的蛋白聚集体，而是具有典型LLPS特征的动态生物相分离结构。这些发现首次揭示了痘病毒H5蛋白具备液-液相分离能力，为理解痘病毒在宿主细胞中组装病毒工厂的分子基础提供了新的思路。

随后，研究团队通过系统性筛选发现，H5蛋白N端的两个关键磷酸化位点（S127和S130）在调控其液-液相分离行为中发挥核心作用。构建相应的点突变体（H5S127A/S130A）后，研究人员发现突变体虽然仍能在细胞中形成点状结构，但失去了荧光漂白后的动态恢复能力，LLPS特性完全消失。进一步的生化实验显示，S127/130突变显著削弱了H5的多聚化能力及其与双链DNA的结合强度，表明这两个磷酸化位点通过促进蛋白之间的高阶聚集及核酸结合，共同驱动相分离过程的发生。更重要的是，失去LLPS能力的H5突变体在病毒感染过程中表现出明显功能缺陷。利用H5缺失的VACV-WR（WRΔH5）作为模型，研究人员发现病毒在宿主细胞内几乎无法正常完成DNA复制和病毒工厂组装。而补回野生型H5能够有效恢复这一过程，使病毒工厂呈现典型的大颗粒状结构；相比之下，表达S127/130突变体的细胞则仅能形成体积更小、结构紊乱的病毒工厂，数量也显著减少。上述结果表明，H5通过磷酸化驱动的相分离行为在病毒工厂的构建与成熟中发挥“支架平台”的关键作用，其动态凝聚能力是痘病毒复制周期的重要基础。

H5通过介导液-液相分离促进病毒工厂的组装

该研究证明，痘病毒H5蛋白通过磷酸化调控的液-液相分离机制，整合病毒DNA、复制因子及宿主蛋白共同驱动病毒工厂的组装与成熟，揭示了痘病毒复制区形成的物理化学新原理。这一发现为解析大型DNA病毒的空间组织机制及其潜在干预靶点提供了新的研究思路。值得强调的是，由于H5蛋白在痘病毒属中高度保守，本研究揭示的相分离驱动机制不仅适用于经典模型病毒VACV，也为解析LSDV等重要畜牧业病原的复制过程提供了关键突破口。相关机制有望被用于开发LSDV的抗病毒抑制策略、复制阻断技术及高效疫苗抗原设计，为牛结节性皮肤病的精准防控提供新的科学依据。

中国农业大学动物医学院为该论文的第一完成单位，朱俊达博士和张子卉博士为论文共同第一作者，中国农业大学动物医学院彭辰教授为本文通讯作者。该研究依托兽医公共卫生安全全国重点实验室完成。

原文链接：https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1013708

制版人：十一

BioArt

Med

Plants

人才招聘

学术合作组织

（*排名不分先后）

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经作者的允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。