撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

皰疹病毒是廣泛存在的雙鏈 DNA 病毒，可終身潛伏并引發(fā)多種疾病。盡管靶向 DNA 聚合酶的抗病毒藥物有效，但日益增強的耐藥性凸顯了尋找替代藥物的必要性。

解旋酶-引物酶抑制劑（Helicase-primase inhibitor，HPI）是很有前景的抗病毒藥物，但其作用機制尚不明確。此外，對于皰疹病毒而言，解旋酶-引物酶（H/P）復(fù)合體與 DNA 聚合酶如何協(xié)調(diào)基因組復(fù)制過程，也尚不明確。

2025 年 12 月 29 日，哈佛醫(yī)學(xué)院Jonathan Abraham團(tuán)隊（博士后于子朔為論文第一作者）在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Cell上發(fā)表了題為：Mechanisms of HSV-1 helicase–primase inhibition and replication fork complex assembly 的研究論文。

該研究通過單顆粒冷凍電鏡（cryo-EM）技術(shù)，成功“拍攝”到了單純皰疹病毒 1 型（HSV-1）核心復(fù)制機器的工作狀態(tài)及其被抑制劑“鎖死”的瞬間。這項研究不僅闡明了解旋酶-引物酶抑制劑（Helicase-primase inhibitor，HPI）的作用機制，還揭示了病毒復(fù)制機器內(nèi)部多個核心組件如何精密裝配、協(xié)同工作的全新細(xì)節(jié)，為開發(fā)更高效、更廣譜的抗皰疹病毒藥物奠定了堅實的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

于子朔 博士

論文第一作者于子朔 博士，本科畢業(yè)于山東大學(xué)，博士畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)（導(dǎo)師為徐彥輝教授），目前在哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院 Jonathan Abraham 教授實驗室進(jìn)行博士后研究。

在人類與病毒的漫長斗爭中，皰疹病毒家族可謂我們的“老熟人”，它們是一大類有包膜的雙鏈DNA（dsDNA）病毒，其中包含許多高發(fā)的人類病原體，從引起口唇皰疹的單純皰疹病毒 1 型（HSV-1）、引起生殖器皰疹的 HSV-2，到可能引發(fā)嚴(yán)重疾病的水痘-帶狀皰疹病毒（VZV）、人類巨細(xì)胞病毒（HCMV），甚至與多種癌癥相關(guān)的 Epstein-Barr 病毒（EBV）和卡波西肉瘤相關(guān)皰疹病毒（KSHV），它們都能在人體內(nèi)建立終身潛伏感染，伺機而動。

盡管已有如阿昔洛韋等靶向病毒 DNA 聚合酶的藥物，但耐藥性問題日益突出，尤其在免疫缺陷人群中，開發(fā)新型抗皰疹病毒藥物迫在眉睫。其中，靶向皰疹病毒“解旋酶-引物酶”（Helicase-Primase）復(fù)合物的抑制劑（HPI）是一類前景廣闊的新藥，但其具體工作機制一直是個“黑箱”。

皰疹病毒 DNA 復(fù)制的“核心引擎”

皰疹病毒的 DNA 復(fù)制依賴于一個由多個病毒蛋白組成的復(fù)雜分子機器——復(fù)制叉復(fù)合體。其中最關(guān)鍵的兩個部分是——

1、解旋酶-引物酶（Helicase-Primase）復(fù)合物：由 UL5（解旋酶）、UL52（引物酶）和 UL8（輔助蛋白）三個亞基組成。它如同復(fù)制機器的“先頭部隊”，負(fù)責(zé)解開 DNA 雙螺旋（解旋酶功能），并在滯后鏈上合成短的 RNA 引物（引物酶功能），為 DNA 合成提供起點。

2、DNA 聚合酶全酶：由 UL30（催化亞基）和 UL42（持續(xù)因子）組成。它如同“主力施工隊”，以解開的 DNA 單鏈為模板，高效、準(zhǔn)確地合成新的 DNA 鏈。

過去，我們對這兩個部分如何相互配合，以及解旋酶-引物酶抑制劑（Helicase-primase inhibitor，HPI）如何精確抑制“先頭部隊”的工作，仍知之甚少。

HPI 如何“鎖死”病毒復(fù)制機器？

研究團(tuán)隊首先解析了三種處于臨床研究階段或已獲批上市的 HPI（Pritelivir、IM-250、Amenamevir）與 HSV-1 解旋酶-引物酶（H/P）復(fù)合物結(jié)合的高清結(jié)構(gòu)。

發(fā)現(xiàn)一：共同的“剎車”點位

令人驚訝的是，盡管這三種藥物分子結(jié)構(gòu)不同，但它們都結(jié)合在復(fù)合物上一個相同的“口袋”中。這個口袋位于 UL5 解旋酶的 1A 和 2A 結(jié)構(gòu)域之間，并且緊鄰 UL52 引物酶。

發(fā)現(xiàn)二：讓“馬達(dá)”熄火的巧妙機制

UL5 解旋酶屬于 SF1B 超家族，其工作原理類似于一個分子馬達(dá)：它的 1A 和 2A 結(jié)構(gòu)域需要像鉗子一樣開合，消耗 ATP 能量，才能沿著 DNA 鏈向前移動。gai 研究發(fā)現(xiàn)，HPI 的結(jié)合，就像在這個馬達(dá)的關(guān)節(jié)處打入了一個“楔子”，直接阻止了 1A 和 2A 結(jié)構(gòu)域的閉合，使解旋酶無法構(gòu)象變化，從而“卡死”在 DNA 上，既不能移動，也無法水解 ATP。

發(fā)現(xiàn)三：單分子實驗驗證“暫?！毙?yīng)

為了在動態(tài)過程中驗證這一機制，研究團(tuán)隊使用了高精度的“光鑷”技術(shù)。他們將單個 DNA 分子拉直，然后觀察 H/P 復(fù)合物在其上的運動。結(jié)果清晰地顯示：加入 HPI 后，解旋酶的行進(jìn)速度明顯減慢，并且會頻繁地“暫?！痹诠ぷ髀飞?，暫停的時間隨著藥物濃度增加而變長。這完美印證了結(jié)構(gòu)觀察到的“鎖死”效應(yīng)。

為何藥物有選擇性？耐藥性從何而來？

為什么 Pritelivir 對 HSV 有效，但對同屬 α 皰疹病毒的 VZV 效果不佳？為什么這些藥物對 β 皰疹病毒（例如 HCMV）基本無效？

答案就藏在氨基酸序列里。

研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成藥物結(jié)合口袋的氨基酸在皰疹病毒各亞科中保守性不同。UL5 解旋酶上的關(guān)鍵氨基酸高度保守，但 UL52 引物酶上參與構(gòu)成口袋邊緣的氨基酸在 α、β、γ 皰疹病毒中存在差異。例如，在 HCMV 中，一個關(guān)鍵的 UL52 苯丙氨酸被精氨酸取代，破壞了藥物分子的關(guān)鍵結(jié)合位點，導(dǎo)致藥物無效。這解釋了 HPI 的抗病毒譜局限性，也為設(shè)計針對特定病毒的新型藥物提供了靶點信息。

同時，該研究還確認(rèn)了許多已知的臨床耐藥突變位點（例如 UL5 M355T、K356N）正位于藥物結(jié)合口袋內(nèi)，這些突變通過空間位阻或改變相互作用，直接削弱了藥物結(jié)合。

全景圖：病毒復(fù)制叉復(fù)合物如何組裝？

更令人興奮的是，研究團(tuán)隊成功捕獲并解析了首個皰疹病毒復(fù)制叉全復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，包含了 H/P 復(fù)合物、DNA 聚合酶全酶以及 forked DNA 模板。

最關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)在于，揭示了一個全新的相互作用界面，結(jié)構(gòu)顯示，DNA 聚合酶的催化亞基 UL30 通過其 N 端一個皰疹病毒特有的 FYNPYL 保守基序，與解旋酶 UL5 的 2B/2C 結(jié)構(gòu)域“握手”，形成了一個穩(wěn)定的橋梁。這個界面在之前是完全未知的。

為了驗證這個界面的重要性，研究團(tuán)隊構(gòu)建了 UL5 的突變體，將四個與 FYNPYL 基序相互作用的氨基酸突變?yōu)楸彼?。結(jié)果顯示，突變體無法有效組裝成完整的復(fù)制叉復(fù)合物，其 DNA 合成能力也嚴(yán)重受損。這證明該界面對于病毒基因組的有效復(fù)制至關(guān)重要。

啟示與展望：從“知其然”到“知其所以然”

這項研究將我們對皰疹病毒復(fù)制機制的理解提升到了前所未有的原子水平。

1、藥物研發(fā)新范式：HPI 作為一種變構(gòu)抑制劑，不直接攻擊酶的活性中心，而是通過穩(wěn)定其失活構(gòu)象來發(fā)揮作用。這種機制可能帶來更好的選擇性和更低的耐藥性。該研究為理性設(shè)計下一代 HPI 提供了精準(zhǔn)的“藍(lán)圖”。

2、廣譜藥物新希望：清楚了為何現(xiàn)有藥物對某些皰疹病毒無效，就可以針對性地設(shè)計能夠適應(yīng)不同病毒結(jié)合口袋特征的藥物分子，為開發(fā)廣譜抗皰疹藥物指明了方向。

3、基礎(chǔ)生物學(xué)重大突破：首次揭示了皰疹病毒復(fù)制機器內(nèi)部核心組件的裝配方式和協(xié)同工作機制，解答了困擾該領(lǐng)域數(shù)十年的關(guān)鍵問題。

總的來說，這項研究如同一部高精度的分子“紀(jì)錄片”，讓我們親眼目睹了皰疹病毒復(fù)制引擎的工作細(xì)節(jié)及其被抑制的全過程。從“黑箱”到“明箱”，這些知識有望大大加速新型抗病毒武器的研發(fā)，為戰(zhàn)勝皰疹病毒帶來新曙光。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)01376-5