人类疱疹病毒共有九种，分为α、β、γ三个亚家族。其中单纯疱疹病毒1型（HSV-1；HHV-1）和2型（HSV-2；HHV-2）以及水痘-带状疱疹病毒（VZV；HHV-3）属于α亚家族；人类疱疹病毒6A（HHV-6A）、6B（HHV-6B）、7（HHV-7）以及人类巨细胞病毒（HCMV；HHV-5）属于β亚家族；而EB病毒（EBV；HHV-4）和卡波西肉瘤相关疱疹病毒（KSHV；HHV-8）则属于γ亚家族。人类疱疹病毒可以在人群中普遍感染，并且初次感染后不会被完全清除，而是在宿主体内形成终生潜伏，并伴有反复的再激活，与多种疾病的发生发展密切相关。

 

目前，针对人类疱疹病毒的抗病毒药物多为减少病毒DNA复制的核苷抑制剂，但该类药物并不能阻断病毒的初始感染。此外，仅有针对水痘-带状疱疹病毒的灭活疫苗和亚单位疫苗上市，可成功预防老年人因病毒再激活而导致的带状疱疹的发生。考虑到人类疱疹病毒造成的严重疾病负担，亟需研发针对人类疱疹病毒的有效性预防及治疗药物。人类疱疹病毒感染靶细胞是多个糖蛋白参与的复杂过程，其中核心感染过程均涉及以糖蛋白H和L（gHgL）为基础的入胞复合物和融合蛋白B（gB）。人类疱疹病毒的包膜糖蛋白在病毒感染过程当中发挥重要作用，同时也可以激起机体的免疫应答，因此是抗病毒药物或是疫苗研究的理想靶标。对于入胞复合物及融合蛋白的结构及融合机制的研究将有助于研发有效的预防性疫苗及治疗性药物等。

 

 

一、人类疱疹病毒感染过程

 

 

虽然不同的人类疱疹病毒表现出不同的细胞嗜性，但其进入细胞的过程是相似的。首先，病毒包膜糖蛋白与细胞表面分子结合，拉进病毒与细胞之间的距离。随后，以gHgL为基础的复合物的一个或几个组分与特定宿主细胞受体结合，将膜融合信号传递给gB并触发gB的构象改变。gB通过将融合环插入宿主细胞膜或内体膜，而后折叠为更为稳定、能量更低的融合后构象，从而介导膜融合完成感染（图1）。然而，由于入胞复合物与gB的相互作用大多是短暂的且亲和力较低，所以融合信号从入胞复合物传递到gB的机制依旧不清楚。

 

图1 人类疱疹病毒α-、β-和γ-亚家族感染细胞的过程

（图源：Zhong, et al.,Trends in microbiology, 2023）

 

二、入胞复合物及其受体

 

 

入胞复合物及其受体的结构和相互作用的解析有助于进一步探究疱疹病毒感染过程的详细分子机制并指导小分子抑制剂的开发，也为中和抗体的作用机制研究提供了支持。

 

对于疱疹病毒来说，入胞复合物的基本构成组分为异源二聚体gHgL。gH是一种单次跨膜糖蛋白，而gL是分泌型糖蛋白，作为分子伴侣与gH结构域I共折叠。HSV和VZV的gHgL为靴形，而EBV和KSHV的gHgL则为棒状（图2）。

 

除gHgL外，不同亚型人类疱疹病毒的入胞复合物还包含有其他蛋白。例如，gD是HSV入胞的必需糖蛋白，其主要有三类受体，包括疱疹病毒入胞调控因子（herpesvirus entry mediator，HVEM）、黏连蛋白及修饰后的硫酸肝素蛋白聚糖[1]；gO、UL128、UL130、UL131A是HCMV感染的必需糖蛋白，gO与gHgL形成异源三聚体参与成纤维细胞的感染，UL128/UL130/UL131A则与gHgL形成异源五聚体参与上皮细胞及内皮细胞的感染[2]；gQ1和gQ2参与人类疱疹病毒-6A、6B和7感染细胞[3]；另外，gp42是EBV感染B细胞所必需的，而在上皮细胞的感染过程中起抑制作用[4]。入胞复合物与各种细胞表面受体之间的相互作用决定了不同亚型人类疱疹病毒的细胞嗜性（图1）。

 

图2 gHgL异源二聚体结构

（图源：Zhong, et al.,Trends in microbiology, 2023）

 

三、融合蛋白gB

 

 

人类疱疹病毒gB与水泡性口炎病毒G蛋白及杆状病毒gp64蛋白同属于III类膜融合蛋白。在功能上，G蛋白和gp64蛋白的构象变化是由低pH触发的，而gB的构象变化是由入胞复合物触发的，并且是不可逆的。不同亚型疱疹病毒gB的结构整体相似，包含结构域I-V五个结构域（图3）。在融合后构象中，结构域I位于分子的底部，包含有两个融合环，结构域II由两段不连续的序列组成，包含一个furin酶切位点，结构域III在三聚体中央形成一个长螺旋线圈结构，结构域IV在gB的顶部形成一个冠，结构域V则从顶部延伸到底部。

 

目前用于稳定病毒融合蛋白融合前构象的策略包括结构改造（如引入二硫键、盐桥、脯氨酸）、与中和抗体共表达或添加小分子抑制剂等。gB融合前构象的不稳定性导致难以在天然状态下获得其精确结构。最近报道的HCMV和HSV-1 pre-gB结构则是通过添加小分子变构抑制剂及交联剂或引入脯氨酸突变等分子设计并借助cryo-EM平台解析获得（图3）[5,6]。

 

图3 融合蛋白gB的结构及靶向gB的中和抗体

（图源：Zhong, et al.,Trends in microbiology, 2023）

 

四、靶向入胞复合物及gB的中和抗体

 

 

解析入胞复合物和融合蛋白的结构及其和受体的相互作用，可以进一步指导小分子抑制剂和高效中和抗体的开发。目前已经鉴定出多种靶向入胞复合物和gB的中和抗体，并进入临床试验考察。

 

靶向HSV入胞复合物的中和抗体按照功能可以分为四类，包括阻断gD-gHgL相互作用、阻断gD-受体相互作用、阻断gHgL-gB相互作用和诱导gD构象改变。HCMV五聚体复合物包含4个免疫原性区域和8个被中和抗体识别的优势表位。靶向EBV入胞复合物的中和抗体可以分为特异阻断上皮细胞感染、特异阻断B细胞感染或同时阻断两种细胞感染三类。

 

HSV-1 gB被划分为至少4个功能区域，HCMV gB则包含5个被单克隆抗体所定义的抗原性结构域。gB特异性中和抗体可能会干扰融合的不同步骤，如阻断gB与入胞复合物之间的相互作用、抑制gB构象变化或与融合环结合以阻断其融合活性。然而，目前所筛选到的gB特异性中和抗体大多识别post-gB。

 

考虑到人类疱疹病毒感染的复杂性，包含靶向同一抗原不同表位或不同抗原的中和抗体鸡尾酒疗法被认为是有希望的。例如，一种靶向HCMV的鸡尾酒疗法CSJ148（包含一种gB特异性中和抗体LJP538和一种五聚体复合物特异性中和抗体LJP539）可有效降低病毒载量[7]。

 

五、靶向入胞复合物及gB的疫苗

 

 

在HSV疫苗的研发中，gD是最常用的免疫原。使用MPLA、铝佐剂、MF59、AS04或Matrix-M2作为佐剂的基于gD的亚单位疫苗可诱导HSV特异性免疫反应，并已在临床实验中进行有效性验证（HerpeVac, NCT00057330; GSK208141 NCT00224484; GSK208141 NCT00699764; gen-003, NCT02515175）。而以HCMV gB为免疫原的亚单位、DNA、mRNA、类病毒颗粒或病毒载体疫苗也已在临床试验中证实有效。

 

同样，考虑到人类疱疹病毒感染的复杂性，多种包膜糖蛋白的组合可能是一种更优的免疫原。Moderna公司研发的针对EBV的一种mRNA疫苗（mRNA-1189）正在展开临床试验（NCT05164094），共包含有4种分别编码gH、gL、gp42和gp220的mRNA。同样，一项针对HCMV的mRNA疫苗（mRNA-1647）在III期临床试验（NCT05085366）中显示可诱导强效和持久的中和抗体，此疫苗由1个编码gB的mRNA和5个编码五聚体复合物不同蛋白的mRNA组成。

 

六、总结与展望

 

 

在过去十年中，通过对结构和功能的不断深入研究，我们对人类疱疹病毒感染过程有了更加深刻的理解和认识。人类疱疹病毒感染入胞是一个复杂且精密的过程，涉及多种病毒包膜糖蛋白和宿主细胞受体的参与。目前对gHgL的结构研究和受体鉴定以及对融合蛋白gB融合前和融合后构象的深入研究为我们在分子水平上理解人类疱疹病毒的入胞过程提供了有价值的信息。然而，本领域内仍然存在一些亟待解决的问题，如涉及膜融合过程的其他病毒蛋白的结构解析、融合信号在病毒糖蛋白间的传递机制、如何稳定pre-gB构象并提高其表达量以及如何研发更为有效的针对人类疱疹病毒的疫苗或治疗性药物等。