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狂犬病毒G蛋白预融合三聚体结构解析：对疫苗与抗体研发的启示
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狂犬病至今仍是致死率接近 100% 的急性中枢神经系统感染性疾病。尽管传统疫苗已经使用超过百年，但其保护力下降快、免疫持续时间有限，仍然给全球公共卫生带来压力。所以改善保护力、开发新型中和抗体、构建更高效的免疫策略是我们接下来需要努力的方向。但这些都离不开一个重要基础：弄清楚狂犬病毒 G 蛋白（Rabies virus glycoprotein, RABV-G）在预融合状态的真实构象。 为什么要这么“执着”？ 因为 RABV-G是所有免疫反应的核心靶点，但它同时也极其不稳定： • 在不同 pH 下迅速改变构象 • 表达后容易产生异质性 • 很难捕捉其稳定状态 换句话说，它像一把构象不断变化的锁，只有看清其内部构造，才能设计出更精准的“钥匙”（疫苗/抗体）。 2022年《Science Advances》的一项研究，利用冷冻电镜（cryo‑EM）解析了RABV-G与强效中和抗体RVA122形成的预融合三聚体复合体结构（3.39 Å）。 01 Cryo-EM清晰揭示了在野生型背景下RABV-G预融合三聚体的完整组装模式 该研究以3.39 Å分辨率解析了PV株RABV‑G胞外域与中和抗体RVA122 Fab形成的预融合三聚体复合体结构。 背后的关键步骤包括： • 利用中和抗体RVA122将RABV‑G锁定在预融合构象 • 保留融合loop与膜/胶束的相互作用以维持天然界面 • 在极低温下迅速冻结，最大限度保留瞬时形态 • 单颗粒3D重构获得高分辨结构 对于构象敏感蛋白来说，Cryo-EM 不只是“成像工具”，而是能捕捉最关键那一瞬的实验技术。 02 这一结构的解析，意味着什么？ a. 更精准的疫苗抗原设计 • 稳定的预融合构象通常能诱导更强效的保护性抗体。该结构为理性设计稳定化抗原、筛选关键突变提供了直接依据。 b. 筛选更高效的中和抗体 • 跨亚基保守表位的揭示，为针对phylogroup I毒株的广谱中和抗体设计提供了重要线索。 c. 优化生产与表达体系 • 结构信息可反向指导表达构建设计、纯化策略与制剂条件，从而减少构象异质性带来的工艺波动。 d. 为更多韧性病毒提供研究范式 • 更深远的指导意义。狂犬病毒 G 蛋白和其他弹状病毒科成员结构特征相似，这些规律可迁移到更多疫苗与抗体研发项目中。 03 为什么现在的蛋白功能研究越来越依赖 Cryo-EM技术？ 在过去几年，结构生物学界出现一个明显趋势： 越是关键的病毒蛋白、越是难测的构象，越需要依赖 Cryo-EM。 原因其实非常现实： a. 能处理“不稳定”“难结晶”的蛋白 • 像RABV-G、RSV-F、SARS-CoV-2 S蛋白这种高度动态、跨膜、易塌陷的靶点，传统晶体学几乎无法获得原生构象。 b. 不需要结晶，减少研发卡点 • 这是产业团队最能感受到的助力。以往很多项目卡在“蛋白表达纯化正常，但结晶挂不出来”这一环，而 Cryo-EM 可以绕开这一难题。 c. 支持快速从样品到结构 • 对中和抗体筛选、新型疫苗原型评估非常关键，尤其在需要快速响应的传染病研究中。 d. 数据量与硬件升级带来的加速 • 过去 Cryo-EM 需要漫长的数据采集和处理，现在行业的整体优化（设备、流程、软件）让它真正成为可以纳入日常研发管线的结构技术。 04 技术在进步，科研水平也在提升 狂犬病毒 G 蛋白的结构解析是一个好例子：它告诉我们，看清楚才能“知其然”。 未来针对狂犬病、弹状病毒科其他成员，或更多构象敏感性强的病毒蛋白，结构解析都会继续扮演核心角色。而 Cryo-EM 正是让这些研究真正落地的关键技术。 技术不是主角，但它是让科研水平提升的工具。 当关键靶点结构被“看清”，后续疫苗设计、抗体筛选与机制研究的路径将显著缩短试错周期。 为了这项愿景，我们达远辰光提供高端定制化的冷冻电镜技术服务，不仅配备最先进的300kv冷冻电镜平台，并由计算化学博士与结构生物学专家团队支持，可根据靶点特性（如膜蛋白、动态复合物、抗体‑抗原互作等）定制样品策略与数据采集方案，为药物发现与基础研究提供可靠的结构基础。 参考文献： Heather M., Dawid Z., Florence L. et al. Structure of the rabies virus glycoprotein trimer bound to a prefusion-specific neutralizing antibody. Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abp9151 |
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