我国流行的非洲猪瘟病毒颗粒精细三维结构解析

研究进展评述

非洲猪瘟(African Swine Fever，ASF)是猪的一种烈性传染性病毒病，死亡率接近100 %，被世界动物卫生组织(OIE)列为需要通报的动物疫病，我国列为一类动物疫病。ASF 于1921 年在肯尼亚首次发现，至今已有近百年的历史。该疫病从非洲传播至欧洲、南美洲、亚洲等多个国家。近一年来，非洲猪瘟病毒传播速度明显加快，呈现愈演愈烈趋势，据国际动物健康组织通报数据显示，2019 年1 月至2019 年9 月期间，曾爆发或者正在爆发非洲猪瘟疫情的国家有23 个，包含12 个欧洲国家、9 个亚洲国家和2 个非洲国家，其中亚洲几个国家的疫情尤为严重。其病原是非洲猪瘟病毒(African Swine Fever Virus，ASFV)，属于非洲猪瘟病毒科(Asfarviridae)非洲猪瘟病毒属(Asfivirus)唯一成员，也是唯一已知的DNA 虫媒病毒，其基因组为双股DNA，长约170 kb～193 kb，共编码151-167 个蛋白。尽管与其他核质大DNA 病毒(NCLDV)具有类似的结构，基因组和复制特性，但ASFV 的不同之处在于具有多层结构和整体二十面体形态。

我国于2018 年8 月出现首例非洲猪瘟疫情，随后疫情在全国蔓延，给我国造成严重经济损失。中国农业科学院哈尔滨兽医研究所国家非洲猪瘟专业实验室从黑龙江省佳木斯市疫情的病料中成功分离鉴定出我国第一株非洲猪瘟病毒(Pig/Heilongjiang/2018)，对其全基因组进行了精确测定，并建立了家猪感染模型和体外病毒高效扩增平台。

近期， 《Science》 发表了“Architecture of African swine fever virus and implications for viral assembly”的研究论文。该研究利用猪原代骨髓细胞，大量扩增病毒，经甲醛灭活后进行了纯化，对纯化后的病毒粒子利用先进的冷冻电子显微镜(EM)进行观察。采用冷冻电镜单颗粒三维重构的方法首次解析了非洲猪瘟病毒全颗粒的三维结构，发现细胞外的ASFV 颗粒平均直径260 nm～300 nm，明显大于之前的观察数值(约200 nm)。与大多数NCLDVs 一样，ASFV 粒子的大小(直径250 nm～500 nm)和柔性限制了其结构解析不超过10Å。然而该研究通过计算利用冷冻电镜收集的43811 个病毒粒子图片，重构出8.8Å 分辨率的ASFV 全病毒结构图，该重构的结构清晰地显示了ASFV 独特的五层(外膜、衣壳、双层内膜、核心壳层和基因组)膜结构。此外，利用优化的图像重构技术，发现衣壳的最大直径为250 nm，第三层的脂质双层膜为70-Å 厚，包裹着直径180 nm 的核壳(第二层)，且这三层遵循衣壳二十面体轮廓形态。该研究解析出衣壳(第四层) 4.1Å 分辨率的高清结构，发现病毒衣壳是由17280 个蛋白(包括一个主蛋白(p72)和 4 个次要蛋白(M1249L、p17、p49 和 H240R))构成。

该研究首次解析出ASFV 全颗粒的三维结构，新鉴定出ASFV 的多种结构蛋白，搭建了主要衣壳蛋白p72 的原子模型，揭示了ASFV 的p72 蛋白上多种潜在的关键抗原表位信息，阐述了结构蛋白复杂的排列方式和相互作用模式，提出了ASFV 可能的组装机制，为揭示ASFV 入侵宿主细胞以及逃避和对抗宿主抗病毒免疫的机制提供了重要线索，为安全高效的新型ASF 疫苗研究奠定了基础。