山東大學校友一作Cell論文：破解皰疹病毒復制“核心引擎”，揭開抑制劑作用機制

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

皰疹病毒是廣泛存在的雙鏈 DNA 病毒，可終身潛伏并引發多種疾病。盡管靶向 DNA 聚合酶的抗病毒藥物有效，但日益增強的耐藥性凸顯了尋找替代藥物的必要性。

解旋酶-引物酶抑制劑（Helicase-primase inhibitor，HPI）是很有前景的抗病毒藥物，但其作用機制尚不明確。此外，對于皰疹病毒而言，解旋酶-引物酶（H/P）復合體與 DNA 聚合酶如何協調基因組復制過程，也尚不明確。

2025 年 12 月 29 日，哈佛醫學院Jonathan Abraham團隊（博士后于子朔為論文第一作者）在國際頂尖學術期刊Cell上發表了題為：Mechanisms of HSV-1 helicase–primase inhibition and replication fork complex assembly 的研究論文。

該研究通過單顆粒冷凍電鏡（cryo-EM）技術，成功“拍攝”到了單純皰疹病毒 1 型（HSV-1）核心復制機器的工作狀態及其被抑制劑“鎖死”的瞬間。這項研究不僅闡明了解旋酶-引物酶抑制劑（Helicase-primase inhibitor，HPI）的作用機制，還揭示了病毒復制機器內部多個核心組件如何精密裝配、協同工作的全新細節，為開發更高效、更廣譜的抗皰疹病毒藥物奠定了堅實的結構基礎。

于子朔 博士

論文第一作者于子朔 博士，本科畢業于山東大學，博士畢業于復旦大學（導師為徐彥輝教授），目前在哈佛大學醫學院 Jonathan Abraham 教授實驗室進行博士后研究。

在人類與病毒的漫長斗爭中，皰疹病毒家族可謂我們的“老熟人”，它們是一大類有包膜的雙鏈DNA（dsDNA）病毒，其中包含許多高發的人類病原體，從引起口唇皰疹的單純皰疹病毒 1 型（HSV-1）、引起生殖器皰疹的 HSV-2，到可能引發嚴重疾病的水痘-帶狀皰疹病毒（VZV）、人類巨細胞病毒（HCMV），甚至與多種癌癥相關的 Epstein-Barr 病毒（EBV）和卡波西肉瘤相關皰疹病毒（KSHV），它們都能在人體內建立終身潛伏感染，伺機而動。

盡管已有如阿昔洛韋等靶向病毒 DNA 聚合酶的藥物，但耐藥性問題日益突出，尤其在免疫缺陷人群中，開發新型抗皰疹病毒藥物迫在眉睫。其中，靶向皰疹病毒“解旋酶-引物酶”（Helicase-Primase）復合物的抑制劑（HPI）是一類前景廣闊的新藥，但其具體工作機制一直是個“黑箱”。

皰疹病毒 DNA 復制的“核心引擎”

皰疹病毒的 DNA 復制依賴于一個由多個病毒蛋白組成的復雜分子機器——復制叉復合體。其中最關鍵的兩個部分是——

1、解旋酶-引物酶（Helicase-Primase）復合物：由 UL5（解旋酶）、UL52（引物酶）和 UL8（輔助蛋白）三個亞基組成。它如同復制機器的“先頭部隊”，負責解開 DNA 雙螺旋（解旋酶功能），并在滯后鏈上合成短的 RNA 引物（引物酶功能），為 DNA 合成提供起點。

2、DNA 聚合酶全酶：由 UL30（催化亞基）和 UL42（持續因子）組成。它如同“主力施工隊”，以解開的 DNA 單鏈為模板，高效、準確地合成新的 DNA 鏈。

過去，我們對這兩個部分如何相互配合，以及解旋酶-引物酶抑制劑（Helicase-primase inhibitor，HPI）如何精確抑制“先頭部隊”的工作，仍知之甚少。

HPI 如何“鎖死”病毒復制機器？

研究團隊首先解析了三種處于臨床研究階段或已獲批上市的 HPI（Pritelivir、IM-250、Amenamevir）與 HSV-1 解旋酶-引物酶（H/P）復合物結合的高清結構。

發現一：共同的“剎車”點位

令人驚訝的是，盡管這三種藥物分子結構不同，但它們都結合在復合物上一個相同的“口袋”中。這個口袋位于 UL5 解旋酶的 1A 和 2A 結構域之間，并且緊鄰 UL52 引物酶。

發現二：讓“馬達”熄火的巧妙機制

UL5 解旋酶屬于 SF1B 超家族，其工作原理類似于一個分子馬達：它的 1A 和 2A 結構域需要像鉗子一樣開合，消耗 ATP 能量，才能沿著 DNA 鏈向前移動。gai 研究發現，HPI 的結合，就像在這個馬達的關節處打入了一個“楔子”，直接阻止了 1A 和 2A 結構域的閉合，使解旋酶無法構象變化，從而“卡死”在 DNA 上，既不能移動，也無法水解 ATP。

發現三：單分子實驗驗證“暫停”效應

為了在動態過程中驗證這一機制，研究團隊使用了高精度的“光鑷”技術。他們將單個 DNA 分子拉直，然后觀察 H/P 復合物在其上的運動。結果清晰地顯示：加入 HPI 后，解旋酶的行進速度明顯減慢，并且會頻繁地“暫停”在工作路上，暫停的時間隨著藥物濃度增加而變長。這完美印證了結構觀察到的“鎖死”效應。

為何藥物有選擇性？耐藥性從何而來？

為什么 Pritelivir 對 HSV 有效，但對同屬 α 皰疹病毒的 VZV 效果不佳？為什么這些藥物對 β 皰疹病毒（例如 HCMV）基本無效？

答案就藏在氨基酸序列里。

研究團隊發現，構成藥物結合口袋的氨基酸在皰疹病毒各亞科中保守性不同。UL5 解旋酶上的關鍵氨基酸高度保守，但 UL52 引物酶上參與構成口袋邊緣的氨基酸在 α、β、γ 皰疹病毒中存在差異。例如，在 HCMV 中，一個關鍵的 UL52 苯丙氨酸被精氨酸取代，破壞了藥物分子的關鍵結合位點，導致藥物無效。這解釋了 HPI 的抗病毒譜局限性，也為設計針對特定病毒的新型藥物提供了靶點信息。

同時，該研究還確認了許多已知的臨床耐藥突變位點（例如 UL5 M355T、K356N）正位于藥物結合口袋內，這些突變通過空間位阻或改變相互作用，直接削弱了藥物結合。

全景圖：病毒復制叉復合物如何組裝？

更令人興奮的是，研究團隊成功捕獲并解析了首個皰疹病毒復制叉全復合物的三維結構，包含了 H/P 復合物、DNA 聚合酶全酶以及 forked DNA 模板。

最關鍵的發現在于，揭示了一個全新的相互作用界面，結構顯示，DNA 聚合酶的催化亞基 UL30 通過其 N 端一個皰疹病毒特有的 FYNPYL 保守基序，與解旋酶 UL5 的 2B/2C 結構域“握手”，形成了一個穩定的橋梁。這個界面在之前是完全未知的。

為了驗證這個界面的重要性，研究團隊構建了 UL5 的突變體，將四個與 FYNPYL 基序相互作用的氨基酸突變為丙氨酸。結果顯示，突變體無法有效組裝成完整的復制叉復合物，其 DNA 合成能力也嚴重受損。這證明該界面對于病毒基因組的有效復制至關重要。

啟示與展望：從“知其然”到“知其所以然”

這項研究將我們對皰疹病毒復制機制的理解提升到了前所未有的原子水平。

1、藥物研發新范式：HPI 作為一種變構抑制劑，不直接攻擊酶的活性中心，而是通過穩定其失活構象來發揮作用。這種機制可能帶來更好的選擇性和更低的耐藥性。該研究為理性設計下一代 HPI 提供了精準的“藍圖”。

2、廣譜藥物新希望：清楚了為何現有藥物對某些皰疹病毒無效，就可以針對性地設計能夠適應不同病毒結合口袋特征的藥物分子，為開發廣譜抗皰疹藥物指明了方向。

3、基礎生物學重大突破：首次揭示了皰疹病毒復制機器內部核心組件的裝配方式和協同工作機制，解答了困擾該領域數十年的關鍵問題。

總的來說，這項研究如同一部高精度的分子“紀錄片”，讓我們親眼目睹了皰疹病毒復制引擎的工作細節及其被抑制的全過程。從“黑箱”到“明箱”，這些知識有望大大加速新型抗病毒武器的研發，為戰勝皰疹病毒帶來新曙光。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)01376-5