HCV的RNA聚合酶NS5B能够催化黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）作为5′帽子结构添加到其RNA上，帮助病毒逃避宿主的免疫反应。然而，HCV RNA的5′-FAD加帽过程的具体机制仍有待阐明。

2025年8月7日，清华大学向烨、山西医科大学Zhou Xin和曹济民共同通讯在Nature Communications在线发表题为“Structural insights into polymerase-catalyzed FAD capping of hepatitis C virus RNA”的研究论文。该研究确定了在FAD存在下HCV NS5B从头起始、引发起始和延伸复合物的晶体结构。

结构分析和比较表明，NS5B的引发元件（PE）中β环的残基M447和Y448是特异性识别FAD的决定因素。FAD的腺嘌呤基团只与模板RNA链3′端的尿嘧啶碱基配对。在初始延伸阶段，NS5B 的 C 端连接子（残基 530-570）参与稳定 5′ FAD，进而诱导产物链中碱基的连续构象变化，并形成 RNA 双链的独特中间状态，从而促进产物链的易位。该研究为开发新型抗 HCV 疗法提供了新的思路。

丙型肝炎病毒 (HCV) 感染是世界范围内导致肝病的主要原因，全球约有 1.5 亿人受到影响，每年新增病例 300 万至 400 万，死亡人数约 50 万。虽然慢性丙型肝炎可以治疗，但患者仍然存在罹患肝癌的风险，因为病毒可以在感染者体内长期存活。HCV 是一种阳性单链 RNA (+RNA) 病毒，属于黄病毒科和丙型肝炎病毒属，以其逃避肝细胞内免疫检测和清除的能力而闻名。先前的研究表明，肝细胞特异性 microRNA miR-122 可以与 HCV + RNA (HCV(+)) 的 5′ 端结合，保护其免受宿主细胞核酸酶的降解。丙型肝炎病毒 (HCV) 阴性 RNA (HCV(-)) 5′ 端的保护机制此前一直未被明确，直到最近的一项研究才揭示。该研究表明，六种 HCV 基因型的 HCV(-) 5′ 端存在 FAD 帽结构，而特定基因型的 HCV(+) 5′ 端也存在 FAD 帽结构。这些 RNA 中 FAD 的出现率约为 75%，是已知生物体中 FAD 作为 5′ RNA 帽结构的最高报道频率。此外，HCV RNA 5′-FAD 帽结构会抑制 RIG-I 介导的先天免疫，这可能导致 HCV 感染的无症状性和慢性性。

HCV的非结构蛋白5B（NS5B）作为RNA依赖性RNA聚合酶（RdRP）发挥作用。591个氨基酸的HCV NS5B与HCV(+)的3′端结合，启动互补HCV(-)的合成。合成的HCV(-)随后作为NS5B的模板，生成新的HCV(+)，从而实现病毒复制。复制过程包含多个核苷酸添加循环（NAC）。NS5B的C端21个残基形成跨膜螺旋。体外研究表明，NS5B的C端跨膜螺旋对其RdRP活性并非必需。NS5B的催化核心包含1至530个残基。 C端膜锚定尾（残基531-569）被称为“连接子”，它将催化核心（包含手指、手掌和拇指区域）与C端跨膜螺旋连接起来。在NS5B的apo形式中，部分RNA结合槽被C端连接子和拇指结构域内的β环插入物（残基441-456，β环^441-456）阻塞，它们统称为启动元件(PE)。在从头启动过程中，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，形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 PE β 环和 C 末端远离 RNA 结合槽，从而使 NS5B 转变为持续延伸状态。早期研究表明，C 末端连接子直接参与初始二核苷酸引物的形成。NS5B 使用 FAD 作为起始核苷酸来合成 5′-FAD 加帽的 RNA。在体外复制实验中，FAD 可以利用 NS5B 的催化核心启动 HCV RNA 的合成，而单个核苷酸则不能。HCV 通过 RdRP 从头合成 RNA 5′-FAD 帽的确切分子机制需要进一步研究。HCV NS5B C 末端连接子和 β 环插入的确切功能，尤其是在 HCV RNA 复制延伸阶段的功能尚不清楚。

这里研究人员测定了在FAD引发的RNA复制的不同状态下HCV NS5B复合物的晶体结构。这些复合物结构表明NS5B的PE β环中的M447和Y448残基直接与结合FAD的核糖醇基团相互作用，并且是起始阶段特异性识别FAD的关键。此外，结合FAD的腺嘌呤基团与模板RNA链3′端的尿嘧啶碱基配对。在复制的初始延伸阶段，5′FAD由C端连接子的残基W550和模板RNA链-4位置的尿嘧啶碱基稳定。5′FAD诱导产物链和模板链的RNA双链体的独特过渡态，从而促进RNA链的易位。

图1 FAD 封端从头引发复合物结构（图源自Nature Communications）

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-62609-w

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