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Cell | 核小体促进乙型肝炎病毒感染

BioArt · 公众号 · 生物 · 2025-03-12 07:53

正文

撰文 | 易

乙型肝炎病毒 （Hepatitis B Virus, HBV ）是一种全球范围内严重的公共卫生问题，感染人数超过3.25亿，每年导致近100万人死于肝病和 肝细胞癌 （Hepatocellular Carcinoma, HCC ）。HBV感染的慢性化是其最为严重的后果之一，慢性感染患者面临着肝硬化和肝癌的高风险。尽管疫苗接种在预防HBV感染方面取得了显著成效，但对于已经感染的患者，现有的治疗方法仍无法彻底清除病毒。尤其是在感染的初期阶段，HBV会在宿主细胞中建立一个独立的小染色体，由病毒的 共价闭合环状DNA （ cccDNA ）基因组和宿主组蛋白共同组成。cccDNA作为病毒转录的主要模板，持续产生病毒RNA和蛋白质，从而维持病毒的复制和传播。cccDNA的形成、稳定性及其转录活性是HBV感染的重要环节，然而，其染色质结构与转录调控机制仍未被完全阐明。

目前已知，在HBV感染过程中，病毒首先通过 钠牛磺胆酸共转运多肽 （ NTCP ）进入肝细胞，随后病毒衣壳被运输至核孔复合体处解体，释放出部分双链松弛环状DNA （rcDNA）。rcDNA在宿主细胞核内被修复为完全双链的共价闭合环状DNA （ cccDNA ），并迅速与组蛋白结合，形成染色质结构。cccDNA的染色质化被认为是其转录活性的重要调控因素，但具体机制尚不明确。此外，cccDNA的染色质状态如何影响病毒基因的转录，尤其是病毒X基因（ HBx ）的表达，仍是一个未解之谜。病毒X基因必须在感染的初期阶段表达，以诱导宿主沉默因子——Smc5/6复合物的降解，从而推动病毒复制和宿主细胞的免疫逃逸。然而，cccDNA的染色质化与X基因转录之间的关系至今尚未得到充分的阐明。

近日，康奈尔大学的 Yael David 和 Robert E. Schwartz 与洛克菲勒大学的 Viviana I. Risca 联合在 Cell 期刊上发表了题为 A nucleosome switch primes hepatitis B virus infection 的研究论文。该研究 通过建立体外重组cccDNA平台，揭示了cccDNA中核小体开关的状态对X基因转录的调控作用，明确了cccDNA染色质化与X基因转录之间的直接关联 。研究还展示了染色质稳定性破坏分子CBL137能够抑制X基因的全长转录，并减少HBV在原代人类肝细胞中的感染。这一发现不仅为深入理解HBV转录调控机制提供了新的视角，也为开发新型抗病毒药物奠定了重要的理论基础。

为了深入研究cccDNA的染色质化及其对病毒转录的影响，作者开发了一个体外重组cccDNA平台。通过分子克隆技术，作者成功构建了不含外源DNA的cccDNA，并利用重组人类组蛋白八聚体进行体外染色质组装。结合电泳迁移率变化分析（EMSA）、原子力显微镜（AFM）和微核糖核酸测序（MNase-seq）等生物化学与生物物理学技术，作者系统地分析了cccDNA的染色质化过程，并探讨了其对病毒转录的潜在影响。

首先，作者验证了重组cccDNA在体外的感染能力。通过将其转染至HepG2细胞中，检测到细胞内病毒RNA和分泌性病毒DNA的产生，证明了重组cccDNA具备与天然cccDNA相似的感染特性。随后，作者使用MNase-seq技术对cccDNA的核小体定位进行分析，发现cccDNA的染色质结构在一定程度上依赖于序列，特别是在X基因启动子区域，核小体的定位可能在调控转录活性方面起到了关键作用。

结果显示， cccDNA的染色质化显著增强了病毒X基因的转录 。染色质化的cccDNA在体外转录实验中表现出更高的转录活性，尤其是在X基因的表达上。这一现象与传统观点中认为核小体抑制转录的机制有所不同，提示cccDNA的染色质化可能是病毒转录激活的关键因素。进一步的分析表明，染色质化对不同病毒基因的转录影响存在差异，其中X基因的转录对染色质化最为敏感，而其它基因如pgRNA、preS1和preS2的转录则相对不受影响。

进一步的实验表明， 染色质稳定性破坏药物CBL137能够显著抑制cccDNA的转录活性 。CBL137通过破坏核小体的稳定性，阻断病毒转录过程，尤其是X基因的表达。在细胞模型中，CBL137不仅抑制了病毒RNA的合成，还显著降低了cccDNA的水平，展示了其强大的抗病毒潜力。在多种细胞模型中，CBL137均表现出显著的抗HBV活性。在HepG2-NTCP细胞中，CBL137处理显著减少了病毒抗原分泌和细胞内病毒RNA的积累。在原代人类肝细胞（PHHs）中，CBL137以剂量依赖的方式抑制病毒转录和复制，且对细胞活力无显著影响。这些结果表明， CBL137可能成为一种有效的抗HBV治疗药物。

总而言之，本研究通过建立体外重组cccDNA平台，揭示了cccDNA染色质化对其转录活性的调控作用，并发现染色质稳定性破坏药物CBL137能显著抑制病毒转录和复制。这些发现不仅为深入理解HBV的转录调控机制提供了新的视角，也为开发新型抗HBV药物奠定了重要的理论基础。

值得一提的是，2025年3月7日，清华大学基础医学院 李海涛 课题组在 Protein & Cell 杂志上发表了题为 Unfolding HBx for an epigenetic switch of HBV cccDNA minichromosome （HBx构象变化驱动HBV cccDNA微型染色体表观遗传转换的机制）的展望文章，提出了HBx通过招募HDAC1, HP1或DNMT3A等共沉默因子或Spindlin1, Bcl-2或DDB1等共激活因子实现其双态构象切换，进而调控HBV cccDNA转录的表观遗传重塑机制，该工作与前述 Cell 论文都从表观遗传角度强调了染色质（核小体）状态对乙肝病毒感染重要作用（详见BioArt今日单独解读报道）。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.01.033

https://doi.org/10.1093/procel/pwaf021

制版人：十一

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