专访高福院士团队：中国破解埃博拉病毒入侵机制的秘密

文/记者 白竟楠

　　采访专家

　　均为本课题作者：

　　施　一(中国科学院北京生命科学研究院副研究员)

　　齐建勋(中国科学院微生物研究所副研究员)

　　宋　健(中国科学院微生物研究所在读硕士研究生)
 

　　2016年1月，中国科学院微生物研究所高福院士团队关于埃博拉病毒入侵机制的论文在《Cell》(注：《细胞》)发表，立即引来了广泛关注。对于埃博拉病毒入侵人体机制的研究，几乎世界上著名的微生物研究所都在进行，最终中国拿到了“金牌”，这就为特效药的研究打开了第一扇门。

　　在what之后解决了how

　　早在2012年，中国科学院微生物研究所高福研究组开始部署埃博拉病毒入侵机制探究的相关工作，虽然在那时，最受人关注的是禽流感和MERS病毒(中东呼吸综合征病毒)，高福作为研究组负责人，他当时将工作重点放在这两项病毒上，但埃博拉病毒的研究工作已经展开。施一说：“高福院士是有绝对的前瞻性眼光的，正因为着手准备得这么早，才为之后的研究打下了基础，在2015年，研究终于获得了突破性的进展。”

　　那么，他们到底发现了埃博拉病毒是如何在人体细胞内发生作用的呢?

　　埃博拉病毒长得像一个玉如意，人体细胞长得像一个篮球，当这个“玉如意”遇到“篮球”之后，人体内的Tim分子会帮助病毒与人体细胞粘在一起(吸附)，然后埃博拉病毒就会借势钻到“篮球”内部(内吞)。钻进去以后也不能马上发挥作用，病毒需要自己先像削萝卜一样削掉自己的一部分“脑袋”(糖蛋白的顶端部分)，然后人体细胞内的NPC1就像一把钥匙一样插到这个“玉如意”里，这就打开了入侵人体的大门，埃博拉病毒就开始在人类的身体里干坏事了。

　　高福研究组所发现的，就是这个Tim分子是如何做帮凶的，和NPC1——人体内胆固醇的搬运工——是如何与埃博拉病毒结合的细节过程。

　　埃博拉病毒并不是一个新出现的病毒，早在1976就已经被正式确认，“野史”中可能更早就有了这个病毒。埃博拉病毒每隔几年就会爆发一次，2014年在西非爆发了有史以来最严重的大规模病毒疫情。为什么这么早就出现的病毒，却到今天才解析出它的入侵机制呢?

　　施一说，这更多得益于科学设施和研究能力的进步。其实，探测一种大分子的结构或者一个复合物的结构是一件比较难的事情，一般的光学探测器无法完成这个任务，要用一种非常“有力量”的射线才能看到，这就是同步辐射装置，它就像一双超人的眼睛，用超强的X光源在原子水平上探测物质的结构。

　　解析出一个大分子结构有多难?早在1954年，当时还没有像同步辐射光源这么先进的探测技术，科学家花了十年的时间才将血红蛋白的结构解析出来，并且是单体结构。而今天，科学家用了三个月就成功解析出了NPC1-C和糖蛋白的复合物晶体结构。

　　施一说：“科学研究过程也要分为“what”和“how”，美国在2011年发现了NPC1受体对于埃博拉病毒入侵很重要，但是他们不知道到底是如何重要的、如何作用的，今天由我们回答了这个问题。”

中国科学院微生物研究所高福院士团队

　　设备和先觉意识很重要

　　“为什么中国会夺得第一名，首先我们自身有足够的优势，这是我们擅长的工作，在2013年攻克禽流感病毒和MERS病毒中又积累了很好的基础。其次，上海光源已经建成，设备到位。第三，早在2012年没有大规模爆发的时候就已经开始课题布局了，别人没注意的时候我们就已经开始着手了。”施一总结了以上三条。

　　齐建勋补充，设备和技术的进步起到了很大作用。2010年初，上海第三代同步辐射装置通过国家验收，这标志着中国这一性能指标达到世界一流的第三代同步辐射光源建成。齐建勋“插嘴”说：“中国上海的第三代光源在世界同代光源中排名第四。”学物理出身的他谈起高能物理设备来甚是兴奋，所以去上海做实验的任务也就交给了齐建勋。

　　难道国外没有先进的设备吗?“欧洲是近代科学的起源地，同步辐射装置比国内建成更早，在国内没有上海光源的时候我们还会经常跑到美国、欧洲做实验。所以，设备固然重要，前瞻和努力更重要。”齐建勋说。

　　科研的竞争比体育比赛更加激烈，如果别人抢先发表了，作为第二名就没有任何科研意义了。2013年，高福团队在攻克MERS病毒和禽流感病毒入侵机制的时候，有多家外国科研单位与他们肩并肩地攻克，又肩并肩地发表了成果。此次的埃博拉病毒，在中科院微生物所的研究成果刚刚在《Cell》发表之后，美国的几家科研院所几乎在第一时间向他们索要具体入侵机制的结构，他们对此非常感兴趣，或许他们也在悄悄攻克。而关于Tim分子的研究成果发表在国内期刊《科学通报》上，这也让很多外国的科研团体无法拿到一手的资料。“这是热点，世界上攻克病毒入侵机制的实验室肯定都在探究。”施一说。

　　五个月，完成晶体的一场恋爱

　　晶体是什么?你最熟悉的晶体是钻石。晶体的特点是长程有序性，是原子或分子在空间按一定周期重复地排列。但是，并不是所有的晶体都能像钻石那么“完美”，生物大分子晶体中约含有40%-60%的水, 且每个分子的位置和构象都不完全相同。所以生物大分子衍射能力不好，即使拿到再好的光源下勘探也收集不到完美的数据。所以，晶体的优化至关重要。

　　齐建勋说：“晶体需要优化，培养晶体就像一对男女在谈恋爱，你不知道两个人的脾气性格是不是合得来，晶体也是这样，需要筛很多条件，比如盐浓度、pH值、蛋白浓度等等，以便让它排布得更好。这需要大量的时间逐个筛选条件，工作量很大。”

　　2015年3月15日，宋健通过两个多月的时间培养出了NPC1-C的晶体单体，这是一切研究开始的基础，也是从这时开启了齐建勋带着宋健北京上海两头跑的试验历程。

　　其实，如果能有一种晶体结构与NPC1-C长得相似，就可以用它来解析NPC1-C结构，但是NPC1-C的长相“独一无二”，这是一个全新的结构，只能逐步攻克。它不会让人们轻易看到它的真面目。

　　“要测定NPC1-C的结构，我们采用单波长异常散射的方法(SAD)。我们首先确定NPC1-C可能会结合哪种重金属，并根据相应的异常散射信号来探测它的结构。重金属有很多种，如金、铂、铊、汞等等，每种重金属还有不同的化合物类型，比如金有6种化合物、铂有13种化合物，不仅要试不同的重金属类型，还要对同一个重金属化合物拉不同的浓度和时间梯度。”齐建勋说。

　　在测定晶体结构的几个月中，只要一有新的进展，齐建勋就会带上宋健去上海光源做实验，来回十多趟， 终于在六月份测定了NPC1-C的单体结构，同时收集了NPC1-C和GP的复合晶体的衍射数据。培养晶体和结构测定总共用了五个月的时间。“这么快，有运气的成分。”齐建勋笑着说。

　　开临床药物研制的第一把锁

　　埃博拉病毒的膜融合激发机制被称为第五种机制，在前四种机制中，有两种是直接在细胞表面发生的膜融合(病毒膜和细胞膜融合在一起称为膜融合)，还有两种是需要被内吞进细胞的，在内吞体内发生病毒膜融合。但埃博拉病毒的不同在于，它不仅要先在细胞表面粘附，之后被吞进细胞内，然后病毒表面的糖蛋白需要被“削萝卜”之后，才能与人体细胞内的NPC1结合，从而发生膜融合。所以被称为第五种膜融合激发机制。

　　那么，知道了这个过程有什么用呢?埃博拉病毒就像一把锁，需要NPC1像钥匙一样插进去，这样就能把这把锁打开，进而入侵人体健康的细胞。高福在接受媒体采访时说：“我们常说一把钥匙开一把锁，抵抗病毒的道理也类似。NPC1的这种结构就是能把细胞门户打开的那把钥匙，我们把锁眼堵上，那这把钥匙就再也打不开锁了，也就阻断了埃博拉病毒的入侵过程。”

　　所以，明白了入侵机制，就能相应地研发抑制剂，“最终的目的就是研制特效药。”施一说。

　　埃博拉病毒是复杂而危险的，目前又有新的病例说明埃博拉病毒能够存在于人的眼球和精液当中。勘探出埃博拉病毒的入侵机制只是第一步，在未来的某一天，科学家研制出疫苗或特效药，就能真正让人类又免于一种病毒所带来的灾难了。■