乙型肝炎病毒（HBV）感染可导致慢性乙型肝炎，显著增加多种肝脏疾病的风险。
根据世界卫生组织的估计，2019 年全球约有 2.96 亿人患有慢性乙型肝炎，新增感染人数达到 150 万。
此外，2019 年因乙型肝炎导致的死亡人数约为 82 万，主要原因是慢性乙肝引发的肝硬化和肝细胞癌 1。
HBV 是一种包膜病毒，其包膜上唯一的蛋白质为乙肝表面抗原（HBsAg），分为三种亚型：大（L-HBsAg）、中（M-HBsAg）和小（S-HBsAg）。S-HBsAg 区域是三者共有的部分，包含重要的跨膜结构域、胞浆环（CYL）和胞外的免疫原性抗原环（AGL）。感染的肝细胞不仅产生具有感染性的 Dane 病毒颗粒，还生成不具感染性的亚病毒颗粒（SVP），后者被认为是 HBV 逃避宿主免疫反应的重要机制 2。
尽管 HBsAg 作为 HBV 的重要标志物早在上世纪六十年代就已被发现，其结构直到最近才得到解析。2022 年，宾夕法尼亚大学的研究团队首次报道了 22 nm 直径的 HBV 球状 SVP 的整体结构，分辨率为 6.3 Å3，并发现 HBsAg 二聚体是 SVP 最基本的结构单元。饶子和院士研究团队经过不懈努力，于 2024 年报道了另一种直径 28 nm 的 HBV 球状 SVP 结构，并通过数据处理将单个 HBsAg 二聚体的整体分辨率提升到 3.7 Å4，但仍未能详细观察 SVP 上 HBsAg 二聚体的相互作用。HBsAg 二聚体是 HBsAg 的基本功能形式，深入研究其组装机制具有重要的科学意义。
近日，北大-清华生命科学联合中心，北京大学未来技术学院陈雷课题组在
《Cell Discovery》
期刊上发表了题为
《Structure of small HBV surface antigen reveals mechanism of dimer formation》
的文章，
该研究不仅解析了 22 nm 直径的 HBV 球状 SVP 的整体结构，还获得了 HBsAg 二聚体的高分辨结构，揭示了其亚基间的相互作用模式，并首次观察到胞浆环上的锌指结构。
研究团队利用哺乳动物表达系统异源表达 M-HBsAg，通过纯化获得自发组装的 SVP 颗粒，并进行冷冻电镜数据收集与处理，最终获得了非对称重构下分辨率为 4.7 Å 的整体电子密度图。分析显示，HBsAg 二聚体的进一步寡聚化具有 C3、C4 和 C2 对称性，形成伪正八面体的 SVP。
图 1 SVP 整体结构，虚线表示不同对称性的寡聚体。
进一步的数据分析使得 HBsAg 二聚体的结构分辨率提升至 3.60 Å，重新划分了跨膜区的螺旋结构，并揭示了两个亚基的相互作用，通过疏水相互作用和氢键形成稳固的二聚体结构。同时，胞浆环首次展现出锌指结构域，作者的功能实验表明该结构域对 HBsAg 的成熟具有重要作用。
图 2 HBsAg 二聚体结构
综上所述，该研究从原子水平揭示了 HBsAg 二聚体的形成机制，为深入理解 SVP 的组装过程及其在乙型肝炎疫苗开发中的应用提供了重要参考。北京大学未来技术学院博士生何潇为本文第一作者，陈雷实验室博士后康云路和博士生陶薇羽、徐家璇、刘啸宇也参与了本项研究。该工作的冷冻电镜样品制备、筛选和采集在北京大学电镜室、生科院冷冻电镜平台完成，得到了李雪梅、郭振玺、秦昌东、裴霞、惠小娟和王国鹏等人的帮助。该项目的数据处理得到了北大-清华生命科学联合中心 「 北极星 」 高性能计算平台及未名超算平台的硬件和技术支持。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41421-024-00768-8。
陈雷
北京大学未来技术学院研究员
北大-清华生命科学联合中心 PI
邮箱：
[email protected]
实验室主页：
https://www.imm.pku.edu.cn/kytd/rcdw/34142.htm
研究领域：
通过综合使用结构生物学、电生理、生物化学手段研究药物靶点蛋白的工作机制。研究对象主要是与代谢类疾病和心血管疾病相关的膜蛋白。
参考文献：
1Jeng, W. J., Papatheodoridis, G. V. & Lok, A. S. F. Hepatitis B. Lancet 401, 1039-1052 (2023). https://doi.org:10.1016/S0140-6736(22)01468-4
2 Gerlich, W. H. Medical virology of hepatitis B: how it began and where we are now. Virology journal 10, 239 (2013). https://doi.org:10.1186/1743-422x-10-239
3Liu, H., Hong, X., Xi, J., Menne, S., Hu, J. & Wang, J. C. Cryo-EM structures of human hepatitis B and woodchuck hepatitis virus small spherical subviral particles. Sci Adv 8, eabo4184 (2022). https://doi.org:10.1126/sciadv.abo4184
4Wang, Q. et al. Inherent symmetry and flexibility in hepatitis B virus subviral particles. Science 385, 1217-1224 (2024). https://doi.org:10.1126/science.adp1453
来源：生命科学联合中心
