本文件为一篇发表于 Current Opinion in Virology 2021年第50卷，第87-94页的综述性文章，标题为“The surface glycoproteins of hantaviruses”，作者是Pablo Guardado-Calvo和Félix A. Rey，均来自法国巴黎巴斯德研究所结构病毒学单元及法国国家科学研究中心UMR 3569。该综述旨在总结汉坦病毒表面糖蛋白的结构研究进展，并探讨这些结构发现所揭示的病毒生物学与进化关系。
论文主题 本综述的核心主题是系统阐述汉坦病毒表面糖蛋白Gn和Gc的结构特征、它们在病毒颗粒表面的组装方式、在病毒进入宿主细胞过程中的功能机制，以及作为中和抗体主要靶点的免疫学意义。文章特别强调了通过结合X射线晶体学和冷冻电子断层扫描（cryo-electron tomography, cryo-ET）技术，首次获得汉坦病毒表面晶格原子模型这一突破性进展，并意外地揭示了汉坦病毒与甲病毒（alphavirus）在融合机器整体结构上的进化关联。
主要观点及其论据
1. 汉坦病毒的表面糖蛋白构成病毒颗粒的独特外层结构，其组装具有非二十面体的多形性特征。 汉坦病毒是遍布全球的啮齿动物传播病毒，其颗粒具有脂质包膜，表面呈现由两种糖蛋白Gn和Gc构成的独特晶格。与许多其他具有包膜的病毒不同，汉坦病毒的表面晶格显示出多形性（pleomorphism），缺乏固定的二十面体对称性。这一特性曾长期阻碍了利用冷冻电镜（cryo-EM）获得高分辨率结构信息。早期的负染电子显微镜观察和生化数据提示，糖蛋白可能以四聚体（Gn/Gc）4的形式形成方形刺突（spike），并通过侧向相互作用组装成网格状图案。这一模型后来通过冷冻电子断层扫描对图拉病毒（Tula virus）真实病毒颗粒以及普马拉病毒（Puumala virus）病毒样颗粒（VLP）的研究得到了证实。这些研究显示，病毒表面存在有序的晶格区域，同时也散布着游离的、未参与晶格组装的刺突，这种分布是动态的。
2. 通过X射线晶体学与冷冻电子断层扫描技术的结合，揭示了Gn和Gc蛋白的原子结构及其组装模式。 为了解决病毒多形性带来的结构解析难题，研究者采用了X射线晶体学与冷冻电子断层扫描相结合的策略。晶体学解析了Gn蛋白的头部区域（Gn head, Gnh）、基底部区域（Gn base, Gnb）、Gn/Gc异源二聚体以及Gc蛋白在融合前和融合后状态下的结构。冷冻电子断层扫描则提供了病毒表面整体架构的中等分辨率图谱。通过将原子模型拟合到冷冻电子断层扫描重建的密度图中，研究人员成功构建了病毒表面刺突的准原子模型。该模型显示，每个刺突由一个（Gn/Gc）4四聚体构成，其中四个Gn分子位于中心，通过其保守的Gnb区域形成四聚体核心，而四个Gc分子则环绕在四周。Gnh区域暴露在膜远端，与Gc形成广泛的相互作用。Gc蛋白则通过与相邻刺突中的其他Gc分子相互作用，形成横向连接，从而构建出整个表面晶格。这种侧向的Gc-Gc相互作用对于病毒颗粒的组装至关重要，可能诱导膜弯曲，驱动新生病毒粒子的出芽。
3. Gn和Gc糖蛋白具有特定的结构域和功能模块，共同调控病毒的进入过程。 * Gn蛋白的结构： Gn是一个模块化蛋白，其胞外域包含球状的Gnh区域和基底部的Gnb区域。Gnb形成一个复杂的四聚体结构，是刺突的核心支架。Gn的胞内尾部含有一个由两个锌指结构组成的保守结构域（Gn zinc finger, GnZF），它不与RNA结合，而是与病毒的核衣壳蛋白相互作用，推测参与将核糖核衣壳包装到病毒颗粒中。此外，引起汉坦病毒肺综合征的病毒，其Gn胞内尾部含有一个功能性免疫受体酪氨酸激活基序（ITAM），可结合细胞激酶，调节免疫和内皮细胞功能。 * Gc蛋白的结构： Gc是II类融合蛋白，具有典型的β片层丰富折叠，包含三个结构域（I, II, III）以及N端尾部和茎部区域。其结构域II的一侧有一个疏水表面，称为目标膜插入表面（target membrane insertion surface, TMIS），负责在病毒融合初期插入内体膜。研究显示，靶膜中胆固醇的存在是TMIS插入所必需的，这与汉坦病毒感染需要高水平胆固醇的观察一致。当Gc与Gnh结合时，其结构域II的尖端采取一种替代构象，将TMIS的疏水残基埋藏起来，暴露一个极性表面，从而防止在感染细胞内发生过早的膜插入。 * 刺突的动态构象： 研究表明，在生理温度下，每个表面刺突在“闭合”和“开放”两种构象状态之间存在平衡。闭合构象在pH中性时不结合膜，但在酸性条件下可介导膜融合；而开放构象则在pH中性时就能与膜相互作用，但对酸性pH不响应，因此不能介导融合。目前已解析的Gn/Gc结构被认为代表了闭合构象。
4. 病毒表面糖蛋白是中和抗体的主要靶点，其构象动态影响抗体中和机制。 汉坦病毒感染人类会引发强烈而持久的抗体反应，针对表面糖蛋白壳的中和抗体（NAbs）的产生与生存几率直接相关。中和抗体的表位被定位在Gn和Gc上。综述中详细介绍了两种已解析结构的中和抗体：P-4G2和HNT-GN1。P-4G2抗体靶向Gc蛋白上结构域I和II交界处的一个表位，该区域对于形成融合后Gc三聚体至关重要，抗体可能通过阻止Gc发生融合所需的构象重排来中和病毒。值得注意的是，有研究表明，像P-4G2这类只能识别游离（非晶格）形式刺突的抗体，能够诱导病毒表面游离刺突的积累，改变表面糖蛋白的动态分布，这揭示了另一种中和机制。这些发现强调了理解糖蛋白壳动态性质对于研发有效疫苗和抗体疗法的重要性。
5. 病毒进入宿主细胞涉及多种细胞表面分子，其中原型钙粘蛋白-1（PCDH1）是新世界汉坦病毒的关键进入受体。 汉坦病毒通过受体介导的内存作用进入靶细胞。目前尚未完全确定其在自然宿主中使用的通用受体，但对于人类致病性病毒，已知涉及多种细胞表面分子。对于引起汉坦病毒心肺综合征（HCPS）的新世界汉坦病毒（如安第斯病毒、辛诺柏病毒），原型钙粘蛋白-1（Protocadherin-1, PCDH1）被鉴定为关键的进入受体。PCDH1是一种在气道和皮肤上皮表达的跨膜粘附分子。研究表明，PCDH1的缺失可使仓鼠抵抗致命的安第斯病毒攻击，突出了其在病毒致病机制中的核心作用。重要的是，PCDH1只识别病毒表面完整的三维刺突结构，而不识别单独的Gn或Gc胞外域，这再次强调了天然组装的多聚体糖蛋白复合物在功能上的重要性。
6. 结构研究揭示了汉坦病毒与甲病毒在融合机器整体结构上存在意想不到的进化联系。 本综述最引人注目的发现之一是揭示了汉坦病毒与甲病毒在表面糖蛋白组装上的深层同源性。尽管序列上毫无相似性，但结构比较显示： * Gn与E2的折叠相似性： 汉坦病毒的Gn蛋白与甲病毒的E2蛋白（伴侣蛋白）具有完全相同的三维折叠。两者都围绕一个中央的β-带组织成三个球状结构域（在Gn中称为A、B、C，在E2中称为A、B、C）。 * 与融合蛋白的相互作用模式相似： Gn与Gc的相互作用方式，与E2和甲病毒融合蛋白E1的相互作用方式高度相似。两者都是通过伴侣蛋白与融合蛋白结构域II的尖端结合，从而调控融合环的暴露。 * 刺突和晶格组装的相似性： 在两种病毒中，刺突内部的寡聚化接触主要由伴侣蛋白（Gn的Gnb区域，E2的A和C结构域）介导，而融合蛋白（Gc， E1）则负责提供刺突之间的侧向接触，形成表面晶格。甲病毒E1蛋白也是通过形成二重交叉接触来构建晶格。 * 受体识别的相似性： 与汉坦病毒的PCDH1类似，甲病毒的受体（如MXRA8）也需要完整的刺突结构才能结合。 这些广泛的相似性强烈表明，汉坦病毒和甲病毒的整个融合机器（包括融合蛋白及其调控伴侣蛋白）可能源于一个共同的祖先，而不仅仅是融合蛋白本身。这为病毒糖蛋白的进化史提供了新的、更完整的视角。
论文的意义与价值 这篇综述系统性地整合了近年来在汉坦病毒表面糖蛋白结构生物学领域取得的关键进展，具有重要的科学价值： 1. 深化了对汉坦病毒生命周期的理解： 通过原子层面的结构细节，阐明了病毒颗粒组装、受体识别、膜融合触发以及中和抗体作用的分子机制。 2. 为抗病毒策略提供理论依据： 对中和抗体表位、受体结合界面以及融合蛋白构象变化关键区域的解析，为设计广谱疫苗、开发治疗性抗体和小分子抑制剂指明了靶点。特别是对PCDH1受体作用机制的阐明，为干预新世界汉坦病毒感染提供了潜在途径。 3. 揭示了重要的病毒进化关系： 发现了汉坦病毒与甲病毒在融合机器结构上的深层同源性，这一发现超越了基于序列比较的传统认知，为研究不同病毒科之间的进化联系提供了经典的结构生物学范例，扩展了我们对病毒起源和演化的认识。 4. 展示了方法学的力量： 文章突出了如何通过结合多种结构生物学技术（特别是X射线晶体学和冷冻电子断层扫描）来攻克像汉坦病毒这样具有多形性、难以用传统单颗粒冷冻电镜解析的复杂生物学体系，为研究其他类似病原体提供了方法论参考。
这篇综述不仅是汉坦病毒结构研究领域的阶段性总结，更通过结构比较的视角，将汉坦病毒的研究置于一个更广阔的病毒学进化背景中，对未来相关基础研究和应用开发具有深远的指导意义。