撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
疱疹病毒是广泛存在的双链 DNA 病毒，可终身潜伏并引发多种疾病。尽管靶向 DNA 聚合酶的抗病毒药物有效，但日益增强的耐药性凸显了寻找替代药物的必要性。
解旋酶-引物酶抑制剂（Helicase-primase inhibitor，HPI）是很有前景的抗病毒药物，但其作用机制尚不明确。此外，对于疱疹病毒而言，解旋酶-引物酶（H/P）复合体与 DNA 聚合酶如何协调基因组复制过程，也尚不明确。
2025 年 12 月 29 日，哈佛医学院Jonathan Abraham团队（博士后于子朔为论文第一作者）在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Mechanisms of HSV-1 helicase–primase inhibition and replication fork complex assembly 的研究论文。
该研究通过单颗粒冷冻电镜（cryo-EM）技术，成功“拍摄”到了单纯疱疹病毒 1 型（HSV-1）核心复制机器的工作状态及其被抑制剂“锁死”的瞬间。这项研究不仅阐明了解旋酶-引物酶抑制剂（Helicase-primase inhibitor，HPI）的作用机制，还揭示了病毒复制机器内部多个核心组件如何精密装配、协同工作的全新细节，为开发更高效、更广谱的抗疱疹病毒药物奠定了坚实的结构基础。
于子朔 博士
论文第一作者于子朔 博士，本科毕业于山东大学，博士毕业于复旦大学（导师为徐彦辉教授），目前在哈佛大学医学院 Jonathan Abraham 教授实验室进行博士后研究。
在人类与病毒的漫长斗争中，疱疹病毒家族可谓我们的“老熟人”，它们是一大类有包膜的双链DNA（dsDNA）病毒，其中包含许多高发的人类病原体，从引起口唇疱疹的单纯疱疹病毒 1 型（HSV-1）、引起生殖器疱疹的 HSV-2，到可能引发严重疾病的水痘-带状疱疹病毒（VZV）、人类巨细胞病毒（HCMV），甚至与多种癌症相关的 Epstein-Barr 病毒（EBV）和卡波西肉瘤相关疱疹病毒（KSHV），它们都能在人体内建立终身潜伏感染，伺机而动。
尽管已有如阿昔洛韦等靶向病毒 DNA 聚合酶的药物，但耐药性问题日益突出，尤其在免疫缺陷人群中，开发新型抗疱疹病毒药物迫在眉睫。其中，靶向疱疹病毒“解旋酶-引物酶”（Helicase-Primase）复合物的抑制剂（HPI）是一类前景广阔的新药，但其具体工作机制一直是个“黑箱”。
疱疹病毒 DNA 复制的“核心引擎”
疱疹病毒的 DNA 复制依赖于一个由多个病毒蛋白组成的复杂分子机器——复制叉复合体。其中最关键的两个部分是——
1、解旋酶-引物酶（Helicase-Primase）复合物：由 UL5（解旋酶）、UL52（引物酶）和 UL8（辅助蛋白）三个亚基组成。它如同复制机器的“先头部队”，负责解开 DNA 双螺旋（解旋酶功能），并在滞后链上合成短的 RNA 引物（引物酶功能），为 DNA 合成提供起点。
2、DNA 聚合酶全酶：由 UL30（催化亚基）和 UL42（持续因子）组成。它如同“主力施工队”，以解开的 DNA 单链为模板，高效、准确地合成新的 DNA 链。
过去，我们对这两个部分如何相互配合，以及解旋酶-引物酶抑制剂（Helicase-primase inhibitor，HPI）如何精确抑制“先头部队”的工作，仍知之甚少。
HPI 如何“锁死”病毒复制机器？
研究团队首先解析了三种处于临床研究阶段或已获批上市的 HPI（Pritelivir、IM-250、Amenamevir）与 HSV-1 解旋酶-引物酶（H/P）复合物结合的高清结构。
发现一：共同的“刹车”点位
令人惊讶的是，尽管这三种药物分子结构不同，但它们都结合在复合物上一个相同的“口袋”中。这个口袋位于 UL5 解旋酶的 1A 和 2A 结构域之间，并且紧邻 UL52 引物酶。
发现二：让“马达”熄火的巧妙机制
UL5 解旋酶属于 SF1B 超家族，其工作原理类似于一个分子马达：它的 1A 和 2A 结构域需要像钳子一样开合，消耗 ATP 能量，才能沿着 DNA 链向前移动。gai 研究发现，HPI 的结合，就像在这个马达的关节处打入了一个“楔子”，直接阻止了 1A 和 2A 结构域的闭合，使解旋酶无法构象变化，从而“卡死”在 DNA 上，既不能移动，也无法水解 ATP。
发现三：单分子实验验证“暂停”效应
为了在动态过程中验证这一机制，研究团队使用了高精度的“光镊”技术。他们将单个 DNA 分子拉直，然后观察 H/P 复合物在其上的运动。结果清晰地显示：加入 HPI 后，解旋酶的行进速度明显减慢，并且会频繁地“暂停”在工作路上，暂停的时间随着药物浓度增加而变长。这完美印证了结构观察到的“锁死”效应。
为何药物有选择性？耐药性从何而来？
为什么 Pritelivir 对 HSV 有效，但对同属 α 疱疹病毒的 VZV 效果不佳？为什么这些药物对 β 疱疹病毒（例如 HCMV）基本无效？
答案就藏在氨基酸序列里。
研究团队发现，构成药物结合口袋的氨基酸在疱疹病毒各亚科中保守性不同。UL5 解旋酶上的关键氨基酸高度保守，但 UL52 引物酶上参与构成口袋边缘的氨基酸在 α、β、γ 疱疹病毒中存在差异。例如，在 HCMV 中，一个关键的 UL52 苯丙氨酸被精氨酸取代，破坏了药物分子的关键结合位点，导致药物无效。这解释了 HPI 的抗病毒谱局限性，也为设计针对特定病毒的新型药物提供了靶点信息。
同时，该研究还确认了许多已知的临床耐药突变位点（例如 UL5 M355T、K356N）正位于药物结合口袋内，这些突变通过空间位阻或改变相互作用，直接削弱了药物结合。
全景图：病毒复制叉复合物如何组装？
更令人兴奋的是，研究团队成功捕获并解析了首个疱疹病毒复制叉全复合物的三维结构，包含了 H/P 复合物、DNA 聚合酶全酶以及 forked DNA 模板。
最关键的发现在于，揭示了一个全新的相互作用界面，结构显示，DNA 聚合酶的催化亚基 UL30 通过其 N 端一个疱疹病毒特有的 FYNPYL 保守基序，与解旋酶 UL5 的 2B/2C 结构域“握手”，形成了一个稳定的桥梁。这个界面在之前是完全未知的。
为了验证这个界面的重要性，研究团队构建了 UL5 的突变体，将四个与 FYNPYL 基序相互作用的氨基酸突变为丙氨酸。结果显示，突变体无法有效组装成完整的复制叉复合物，其 DNA 合成能力也严重受损。这证明该界面对于病毒基因组的有效复制至关重要。
启示与展望：从“知其然”到“知其所以然”
这项研究将我们对疱疹病毒复制机制的理解提升到了前所未有的原子水平。
1、药物研发新范式：HPI 作为一种变构抑制剂，不直接攻击酶的活性中心，而是通过稳定其失活构象来发挥作用。这种机制可能带来更好的选择性和更低的耐药性。该研究为理性设计下一代 HPI 提供了精准的“蓝图”。
2、广谱药物新希望：清楚了为何现有药物对某些疱疹病毒无效，就可以针对性地设计能够适应不同病毒结合口袋特征的药物分子，为开发广谱抗疱疹药物指明了方向。
3、基础生物学重大突破：首次揭示了疱疹病毒复制机器内部核心组件的装配方式和协同工作机制，解答了困扰该领域数十年的关键问题。
总的来说，这项研究如同一部高精度的分子“纪录片”，让我们亲眼目睹了疱疹病毒复制引擎的工作细节及其被抑制的全过程。从“黑箱”到“明箱”，这些知识有望大大加速新型抗病毒武器的研发，为战胜疱疹病毒带来新曙光。
论文链接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)01376-5
热门跟贴