2021年10月 21日，中国农业大学生物学院在Viruses-Basel杂志上在线发表了题为 “Structures and Functional Diversities of ASFV Proteins” 的综述文章。

非洲猪瘟病毒 (ASFV) 是近期导致 ASF 流行的病原体，是一种具有高度传染性的双链 DNA 病毒。 其基因组在170~193 kbp范围内，编码68种结构蛋白和100多种非结构蛋白。 其高致病性菌株导致猪的死亡率接近 100%。 ASFV由四层蛋白质外壳和一个内部基因组组成，其结构显然比许多其他病毒复杂。其多层结构在 ASFV 复制和生存中发挥着不同的作用。 每一层都有许多蛋白质，但很少有蛋白质被从结构水平上进行研究。 在这里，我们总结了所有结构被解析了的 ASFV 蛋白，并从结构的角度解释了它们的功能。 这些结构包括 ASFV AP 核酸内切酶、dUTPases (E165R)、pS273R 蛋白酶、核心壳蛋白 p15 和 p35、非结构蛋白 pA151R、pNP868R（RNA 鸟苷酸转移酶）、主要衣壳蛋白 p72（基因 B646L）、Bcl-2 样蛋白 A  、组蛋白样蛋白 pA104R、巯基氧化酶 pB119L、聚合酶 X 和连接酶。 这些新颖的结构特征、多样的功能和复杂的分子机制可以帮助 ASFV 轻松逃离宿主免疫系统，使这种大型病毒难以被控制。

图 1. ASFV 病毒粒子和每层中蛋白质的示意图。ASFV 由五层组成：最外层囊膜（淡黄色）、衣壳（灰色）、内膜（白色）、核壳（黄色）和内核基因（黑色）。

这种大型复杂 DNA 病毒包含五层。 最外层是囊膜，类似于出芽过程中的质。但是无论这种囊膜是否存在，ASFV 都具有传染性。因此，这种外部包膜的存在不仅保护了这种大病毒，而且使入侵和出芽过程复杂化。在外层囊膜下面是衣壳层，它的最大直径为 250 nm。 衣壳下方是内膜，通过 TEM 显示出 70 埃厚的单脂双层结构。其余层由核壳和内核组成。 核壳为病毒的一个独立结构域，直径180 nm，主要由多聚蛋白220（pp220）和多聚蛋白62（pp62）构成，两者均可被蛋白酶pS273R切割。 这样，pp62 可以被切割成成熟蛋白 p8、p15 和 p35，pp220切割成为p5、p14、p34、p37 和 p150。最内层的内核是一个包含基因组的类核层，周围是厚厚的蛋白质层（核壳），带有组蛋白样蛋白质 pA104R。

图 2. DNA 和 AsfvAP 之间的详细相互作用(pdb: 6KI3)。区域 R1 和 R2 为绿色。R1 的相互作用残基和二硫键 Cys16-Cys20 用棒状突出显示。

AsfvAP 参与 ASFV 的 BER 通路，该通路对 ASFV 在宿主细胞中的存活至关重要。与其他APs不同，AsfvAP有它独特的DNA结合模式。此外，它还具有新的结构特征，包括活性位点的一个较窄的核苷酸结合口袋、富含组氨酸的区域 R2 和包含 C16-C20 二硫键的区域 R1。 这些特征对于AsfvAP 适应酸性和氧化环境很重要。 Cys16 和 Cys20 之间形成的二硫键对AsfvAP 功能很重要。 尽管 S-S 键不直接与 DNA 相互作用，但含有二硫键的区域 R1 在结合 DNA 中起着重要作用。 当还原剂如 DTT 破坏 S-S 键时，R1 的构象会发生变化，AsfvAP 的 DNA 结合能力会受到影响。AsfvAP 结构还具有富含组氨酸的 R2 环，可直接与预切割的 DNA 链相互作用。此外，R2 环可以通过一个水分子与 5'-脱氧核糖磷酸的 5'-磷酸基团相互作用。

图 3. ASFV dUTPase 和猪 dUTPase 的结构。(A) ASFV dUTPase (pdb: 6LJ3) 和猪 dUTPase (pdb: 6LJJ) 的亚基叠加。(B) ASFV dUTPase 中的新型双亚基活性位点。 (C) 猪 dUTPase 中经典的三亚基活性位点。不同的亚基用不同的颜色表示。C 端突出显示。dUTP 表示为棒状并按元素着色。镁离子由黄色球体表示。

宿主猪 dUTPase 作为经典的 dUTPase，也具有经典的三聚体 dUTPase 相互作用：(i) 扩展的双分子界面，(ii) 三重中央通道，以及 (iii) C-末端 β-链交换。将ASFV结构与宿主猪的dUTPase进行比较，ASFV dUTPase 采用了一个新的二亚基活性位点，而不是经典 dUTPase 中的三亚基活性位点。在 ASFV dUTPase 中发现了双重功能。第一种功能是催化 dUTP 水解为 dUMP 和焦磷酸盐，另一种功能是在产生 dTTP 前体时促进胸苷酸的生物合成。

原文链接：https://www.mdpi.com/1999-4915/13/11/2124/htm

图 4. p72 三聚体位于表面的突变位置。 p72 三聚体 (pdb: 6KU9) 的三个亚基分别以橙黄色、青色和浅粉色显示。通过在 NCBI 查找和比对所有全长 p72 发现 p72 的所有突变，并以红色来显示表面突变。

在目前已知的病毒分离株中鉴定了 24 种不同的 p72 基因型。我们分析了上述 24 种基因型的 p72 C 端，发现 P500、T501、I506、S526、V528、N569、A570、L586、V625、S626 和 A627 的突变，并在图 4 中进行了标记。P500 和 T501 几乎被来自相同 p72 三聚体的其他 p72 蛋白覆盖，只有 D613位于螺旋桨状帽的暴露顶部。因此，在上述24个基因型中，观察到表位突变很少也并不能表达ASFV的复杂性。一种可能的原因是上述序列中仅报告了 C 端的 148 个残基并用于分析。因此，我们继续在NCBI寻找全长p72的所有突变，表面的残基如图4所示。根据这一分析，目前区分p72基因型的方法可能不能代表p72表位的差异，可能需要进一步的探索。

综上，结构信息使我们能够更好地了解病毒感染的机制。在这篇综述中，我们介绍了十多种蛋白质的功能和结构，特别是特殊的域或区域。例如，连接酶 AsfvLIG 和复制酶 AsfvPolX 的结构和功能揭示了它们容易出错的性质。因此，ASFV 的突变率远高于其他常规 DNA 病毒。目前，只有少数 ASFV 宿主复合物结构被解析。因此，病毒蛋白和宿主因子复合物仍有巨大的空间，结果可以为抗 ASFV 的医学治疗提供结构基础和新见解。

该文章中国农业大学生物学院陈忠周教授为论文通讯作者，博士研究生王果果为本文的第一作者。中国农业大学谢梦佳硕士以及中国农业大学生物学院吴玮副教授为共同作者。该研究得到了中国国家自然科学基金（32071210和31872713），国家重点研发计划(2018YFE0113100)的资助。