6月6日，国际权威学术期刊《自然》在线发表了美国哈佛大学医学院、中科院上海生科院生化与细胞所/国家蛋白质科学中心·上海（筹）周界文研究员所带领课题组的最新成果，首次解析了丙型肝炎病毒（hepatitis C virus）感染宿主过程中重要离子通道蛋白p7的精细空间结构以及p7与抑制剂金刚烷胺类药物相互作用的分子机理。
丙型肝炎病毒（HCV）与艾滋病病毒（HIV）、流感病毒（influenza virus)一样，属于危害性强的RNA病毒。丙型肝炎病毒所引起的病毒性肝炎，是慢性肝炎的主要病原之一，严重时会导致肝硬化和肝癌。目前估计全世界有1亿7千万人感染HCV，我国的HCV携带者和患者总数均居世界首位，属于丙肝高发区，迄今为止还没有研发出有效控制HCV的预防或治疗性疫苗。
长期以来，对病人使用的标准治疗方法是持续混合使用长效干扰素(peginterferon-a)和利巴韦林(ribavirin)。但这种治疗方法疗效有限、周期长、费用昂贵，并常伴有毒副作用。最近以标准疗法联用新上市的NS3/4A抑制剂Telaprevir和Boceprevir等，虽然可以提高治疗效果，但抗药性突变病毒的产生一直是一个潜在的问题。目前国际上抗RNA病毒治疗的发展方向是建立一种基于多种药物靶点的联合疗法，因此迫切需要开发多个作用靶点，寻找更有效的治疗方法和干预手段。
p7是HCV基因表达的唯一的离子通道蛋白，对病毒颗粒的组装和成熟、病毒颗粒的释放必不可少，突变和完全删除p7会导致HCV病毒不能产生感染性。离子通道蛋白是一类在许多病毒中广泛存在的蛋白质，对于病毒的生活周期产生重要影响，被广泛作为潜在药物靶点加以研究，例如流感病毒的M2蛋白和艾滋病病毒的Vpu蛋白。但是以p7为靶点的抗HCV药物研究却进展缓慢，主要原因是由于p7是一个跨膜蛋白，形成多聚体阳离子通道后，结构复杂、构象灵活，给结构研究、尤其是蛋白质结晶带来极大困难，因此，长期以来缺乏p7离子通道的三维结构及其与小分子化合物结合的作用机理。
在无法得到蛋白质晶体的情况下，周界文研究员和欧阳波博士（文章第一作者）建立了一种基于核磁共振的方法，最终解析了此病毒通道的结构。此通道结构非常特异，形成花瓣形的六聚体结构 (图1)，是目前使用核磁共振技术解析出的最大的离子通道结构。由结构带来的启发，周界文课题组与上海巴斯德所/上海生化与细胞所孙兵课题组合作，首次鉴定了金刚烷胺类化合物对p7的离子通道活性发挥抑制作用的结合位点，并通过一系列的功能测试，揭示了p7通道离子转运和药物抑制的机理。
通过对这些病毒离子通道结构和机制方面的理解，科学家期望在不久的将来可以研制出新一代抗丙型肝炎病毒的治疗手段。
本课题研究组负责人周界文研究员，现为美国哈佛大学医学院教授、中组部“千人计划”引进人才、中科院上海生科院生化与细胞所/国家蛋白质科学中心·上海（筹）研究员。其课题组的研究专长是用生物物理方法测膜蛋白结构与动态特性，理解它们的功能与机制，尤其在病毒蛋白质研究方面具有很深厚的积累。在此之前，也是这个课题组首次解析了禽流感病毒离子通道的结构与耐药机制
The hepatitis C virus (HCV) has developed a small membrane protein, p7, which remarkably can self-assemble into a large channel complex that selectively conducts cations1, 2, 3, 4. We wanted to examine the structural solution that the viroporin adopts in order to achieve selective cation conduction, because p7 has no homology with any of the known prokaryotic or eukaryotic channel proteins. The activity of p7 can be inhibited by amantadine and rimantadine2, 5, which are potent blockers of the influenza M2 channel6 and licensed drugs against influenza infections7. The adamantane derivatives have been used in HCV clinical trials8, but large variation in drug efficacy among the various HCV genotypes has been difficult to explain without detailed molecular structures. Here we determine the structures of this HCV viroporin as well as its drug-binding site using the latest nuclear magnetic resonance (NMR) technologies. The structure exhibits an unusual mode of hexameric assembly, where the individual p7 monomers, i, not only interact with their immediate neighbours, but also reach farther to associate with the i+2 and i+3 monomers, forming a sophisticated, funnel-like architecture. The structure also points to a mechanism of cation selection: an asparagine/histidine ring that constricts the narrow end of the funnel serves as a broad cation selectivity filter, whereas an arginine/lysine ring that defines the wide end of the funnel may selectively allow cation diffusion into the channel. Our functional investigation using whole-cell channel recording shows that these residues are critical for channel activity. NMR measurements of the channel–drug complex revealed six equivalent hydrophobic pockets between the peripheral and pore-forming helices to which amantadine or rimantadine binds, and compound binding specifically to this position may allosterically inhibit cation conduction by preventing the channel from opening. Our data provide a molecular explanation for p7-mediated cation conductance and its inhibition by adamantane derivatives.
