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乙肝病毒(Hepatitis B Virus,HBV)是人类最重要的病原体之一,在分类地位上属于嗜肝DNA病毒科(Hepadnaviridae),正嗜肝DNA病毒属(Orthohepadnavirus)。其感染可以引起急慢性肝炎、肝硬化和肝癌(HCC)等疾病。HBV具有三种形态的颗粒,包括44nm的Dane颗粒和22nm直径的管状或球状的亚病毒颗粒(subviral particles,SVPs)。 HBV的S基因可以编码三种长度不等的表面抗原(Hepatitis B surface antigen,HBsAg),分别是LHBsAg(large HBsAg),MHBsAg(middle HBsAg)和SHBsAg(small HBsAg)。Dane颗粒由囊膜、衣壳和基因组组成,而管状或球状SVPs仅由HBsAg组装形成。然而,仅Dane颗粒具有感染性。SVPs具有良好的免疫原性,可以激发机体产生乙肝病毒表面抗体(Hepatitis B surface antibody,HBsAb),保护机体免受HBV的持续性感染。Dane颗粒的囊膜和SVPs中三种HBsAg组成比例各不相同。虽然已知HBsAg与病毒感染,免疫密切相关,但是,对其组装的病毒囊膜以及SVPs的结构和组装机制仍然了解不多。 从HBV携带者血清分离并鉴定了HBV的球状SVPs。利用冷冻电镜单颗粒技术(Single particle analysis)三维重构的方法对球状SVPs的结构进行解析。 结果显示,大小约22nm的HBsAg球状SVPs具有明显的结构异质性。其结构大小明显不均一,且不存在任何对称性结构。结构图上显示出明显的双层脂膜结构。而且,与重组的SHBsAg颗粒相比较,天然的HBsAg球状SVPs存在明显的突起结构。此外,突起结构在球状SVPs表面存在品格样的规律结构排列,与管状SVPs表面类似。该结构相似性提示球状SVPs和管状SVPs在组装机制上具有一致性。球状SVPs的突起结构高30(A),与管状SVPs的突起结构比较,其高度少了10(A)。根据SHBsAg的拓扑结构推测膜外区的抗原环足够形成突起结构。但是,球状和管状的SVPs中LHBsAg含量差异导致了突起结构的差异。还根据HBV囊膜结合受体的特征,推测preS1区域的N末端病毒受体结合结构域就位于突起结构的顶端。 同时,对HBV三种病毒颗粒的负染和冷冻电镜图进行分析比较。 结果表明SVPs具有明显的柔性。在负染制样条件下颗粒容易被挤压。并且,不同的HBV Dane颗粒以及SVPs颗粒存在缢缩的现象。据此,认为HBV球状、管状SVPs和Dane颗粒的囊膜间存在融合交换的可能。球状SVPs可以从管状SVPs末端截断生成或者相互融合形成管状SVPs。Dane颗粒也可以融合额外的SVPs增加自身的HBsAg含量。 此外,还对HBV S基因编码的氨基酸序列的保守性和多样性进行分析,发现HBsAg要比HBcAg在序列上更加多样化,且中国株系的变异性与外国株系存在差异。HBsAg的多样性可能是造成HBV免疫逃逸和耐受的原因之一以及制约着球状SVPs的重构分辨率。