2025年8月7日，山西医科大学曹济民/周鑫团队与清华大学基础医学院/北京生物结构前沿研究中心向烨课题组合作在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志在线发表了题为“Structural insights into polymerase-catalyzed FAD capping of hepatitis C virus RNA”的研究论文。该研究利用X射线晶体学技术，揭示了丙型肝炎病毒（HCV）RNA 5′端合成FAD帽的分子机制，为HCV 防治提供了新的理论补充。

丙型肝炎病毒（Hepatitis C virus, HCV）可引起急、慢性丙型肝炎，以及肝细胞癌。到目前为止，全世界有超过1.5亿人感染HCV，并且每年有300万至400万HCV 感染新发病例。多数HCV感染者早期无明显症状，但病毒会在几乎沉默状态下持续损害肝脏，并导致肝硬化、肝癌等严重后果。每年全球HCV相关死亡人数约50 万， HCV也被称为“沉默杀手”。HCV是一种单股正链RNA病毒 (+RNA)，属于黄病毒科丙型肝炎病毒属。最近的一项研究表明六种不同基因型HCV的负链RNA（-RNA）5′末端存在FAD帽结构，而特定基因型HCV的正链RNA（+RNA） 5′末端也存在FAD帽结构。FAD帽可帮助HCV RNA逃逸RIG-I介导的先天免疫识别，这很可能是HCV隐匿感染的主要原因。

HCV基因组RNA的复制依赖于其编码的非结构蛋白5B（NS5B）。NS5B与HCV +RNA的3′端结合，启动互补链HCV -RNA的合成。合成的HCV -RNA随后作为NS5B的模板，生成新的HCV +RNA，从而实现病毒基因组的复制。HCV NS5B 可无需外源引物从头合成其基因组RNA。在体内NS5B启动的从头合成过程中，RNA模板以及启动核苷酸和进入的核苷酸被容纳在活性位点，合成初始二核苷酸引物。随后核苷酸的掺入会诱导NS5B发生构象变化，使引发元件PE退出活性中心，并促使NS5B转变为持续延伸状态持续复制。在体外复制实验中，NS5B 可直接利用FAD而不能利用单个核苷酸启动HCV RNA的合成。

本研究解析了HCV RNA聚合酶NS5B以FAD作为起始核苷酸从头合成RNA（de novo initiation）、引物引发（primed-initiation）以及延伸状态下（elongation）的复合物结构。通过对这些复合物结构分析，以及一系列生化研究证据，表明引发元件PE的β loop中氨基酸残基M447和Y448直接与FAD的核糖醇基团相互作用，是NS5B起始阶段特异性识别FAD的关键元素。此外，FAD的腺嘌呤基团与HCV 基因组3′端的尿嘧啶形成碱基互补配对，是其被添加在不同基因型负链RNA（-RNA）5′末端的决定因素。进一步分析发现，在HCV RNA加FAD帽的延伸阶段，NS5B的C端linker中的W550与FAD的异咯嗪环相互作用，稳定了5′端的FAD帽结构。这种相互作用进一步诱导了产物链的构象变化，形成了一种尚未被观察到的、独特的RNA双链延伸中间态，利于RNA双链以不对称的运动模式进行延伸（图1）。本研究不仅为开发靶向HCV 的新型治疗药物提供了理论指导，同时由于FAD非典型帽有帮助逃避宿主免疫的功能，这一性质也可能被应用于开发新型mRNA 修饰方法，助力mRNA疫苗及治疗性药物的发展。

该项工作由山西医科大学教授/山西医科大学-清华大学医学院前沿医学协同创新中心研究员王德平主导，在清华大学团队协助下完成。我校细胞生理学教育部重点实验室曹济民教授、周鑫教授和清华大学基础医学院/北京生物结构前沿研究中心向烨教授为该论文的通讯作者，我校细胞生理学教育部重点实验室王德平教授和2019级直博生赵蓉为该论文的共同第一作者。上海同步辐射光源和清华大学中国蛋白质科学中心（北京分中心）提供了设备支持。该项目得到了山西医科大学-清华大学前沿医学协同创新中心、国家自然科学基金等的资助。

HCV的RNA聚合酶NS5B催化RNA 5′端加FAD帽的分子机制示意图

初审初校：封启龙
复审复校：张   宇
终审终校：王   卓