北京时间12月19日，南方科技大学鄢仁鸿课题组联合华南农业大学亓文宝团队，在非洲猪瘟病毒（ASFV）研究领域取得重要进展。相关研究成果以Structural basis for DNA replication by the African Swine Fever Virus polymerase为题，于同日在线发表于Cell子刊
iScience。该研究系统阐明了非洲猪瘟病毒 DNA 聚合酶β（ Pol β）的组装和工作机制，明确了其结构动态特征及功能调控规律，为研发靶向病毒复制过程的新型抗病毒药物，提供了关键的分子靶点与结构支撑。
非洲猪瘟是由ASFV引起的猪烈性传染病，具有高致死率，自2018年传入我国以来，已造成巨大经济损失，严重威胁全球养猪业安全。由于ASFV基因组庞大复杂，编码蛋白众多，且缺乏有效抗病毒药物和商业化疫苗，其防控一直是全球兽医领域的重大难题。病毒DNA聚合酶作为基因组复制的核心“引擎”，是抗病毒药物开发的关键靶点，但ASFV的DNA聚合酶的复制机制此前尚未被完全解析。
研究团队通过基因编辑技术构建系列Pol β突变体病毒，发现无论是完全敲除Pol β基因，还是截短其关键结构域，均会显著抑制ASFV的正常增殖。免疫荧光实验进一步证实，Pol β在感染细胞中特异性定位于病毒复制工厂，与病毒DNA精准共定位，直接参与基因组合成过程，明确了其作为病毒复制关键蛋白的重要地位。为阐明Pol β的工作机制，团队利用高分辨率冷冻电镜技术，成功解析了Pol β截短体（Pol β-ΔC）的三种关键构象结构——两种apo态（分辨率2.92 Å、2.93 Å）和一种dsDNA结合的活性态（分辨率2.53 Å）。结构分析显示，Pol β包含N端结构域、核酸外切酶域(Exo)及聚合酶核心域（Palm、Finger、Thumb）。其Thumb结构域在apo态中呈现“开放-闭合”动态变化，而结合dsDNA后会发生显著构象翻转，与Finger结构域协同包裹DNA底物，形成活性催化中心 (图1)。
图1 冷冻电镜解析的非洲猪瘟病毒DNA聚合酶apo状态与DNA结合状态的结构
此外，该研究首次发现，Pol β结合DNA后可形成四聚体复合物，通过结构分析鉴定出R875、E877、Q878等关键寡聚化相互作用位点。当这些位点突变后，Pol β的四聚体形成能力丧失，其DNA延伸活性下降超过80%，表明这种寡聚化状态是其发挥催化活性的必要条件（图2）。
图2 寡聚化对非洲猪瘟病毒DNA聚合酶活性至关重要
该研究还通过结构比对发现，ASFV Pol β与猴痘病毒DNA聚合酶具有约23%的序列相似性，但在构象灵活性上存在显著差异——Pol β通过自身动态构象变化即可完成底物结合与催化调控，而猴痘病毒聚合酶则更依赖辅助蛋白组装复合物。分子对接分析进一步指出，核苷类似物CDVpp和Ara-CTP可能作为潜在的竞争性抑制剂，为后续药物设计提供了线索。此外，研究发现ASFV Pol β-ΔC的持续合成能力有限，在单轮复制中延伸引物通常少于38个核苷酸，这与其在病毒工厂内可能需要辅助蛋白（如PCNA）协作的高效复制模式形成对比，揭示了其独特的复制策略和可干预环节。
南方科技大学医学院鄢仁鸿副教授、华南农业大学黄丽红及亓文宝教授为该论文的共同通讯作者。南方科技大学博士生胡紫薇、华南农业大学博士生孙康永杰为本文共同第一作者。研究得到了国家自然科学基金、深圳医学研究基金、广东省重大基础研究项目等资助，并依托南方科技大学冷冻电镜中心完成。该研究系统阐释了ASFV DNA聚合酶的工作机制，为抗非洲猪瘟药物的理性设计提供了全新的靶点与结构模板，有望推动非洲猪瘟防控从“被动扑杀”向“主动干预”转变，具有重要的科学价值与应用前景。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004225024162
文章转载 自鄢仁鸿课题组
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