人巨细胞病毒终止酶亚基pUL56中letermovir结合口袋的鉴定及其耐药机制研究

《Scientific Reports》：Identification of a binding pocket of letermovir in the terminase subunit pUL56 of human cytomegalovirus

编辑推荐：本研究针对人巨细胞病毒（HCMV）终止酶抑制剂letermovir临床耐药问题，通过Phyre2和SwissDock等计算生物学方法，首次解析了pUL56三维结构，发现C325F/Y突变通过空间位阻效应将letermovir"挤出"结合口袋，为改良抗病毒药物设计提供了关键靶点依据。论文发表于《Scientific Reports》。

　　

人巨细胞病毒（HCMV）作为β疱疹病毒亚科的典型代表，在免疫缺陷患者中可能引发致命感染。尽管letermovir作为首个靶向病毒终止酶的抑制剂已用于造血干细胞移植受者的HCMV预防，但临床出现的pUL56亚基C325位点突变导致的高水平耐药现象，严重制约了其临床应用。这一困境背后隐藏着两个关键科学问题：letermovir在pUL56上的精确结合位点尚未明确，耐药突变引发空间构象变化的分子机制亟待阐明。

来自德国柏林Charité-Universit?tsmedizin Berlin研究所的Lukas M. Kmetsch团队在《Scientific Reports》发表的研究，通过创新性的计算生物学方法破解了这一难题。研究人员首先利用Phyre2软件构建了pUL56的三维模型，发现其与单纯疱疹病毒1型（HSV-1）终止酶亚基pUL28具有100%的结构同源性。随后采用SwissDock分子对接技术，结合Missense3D突变分析，系统研究了C325F/Y/W和V236M等临床常见突变对letermovir结合的影响。

关键技术方法包括：1）基于同源建模的pUL56三维结构预测（Phyre2）；2）分子对接分析（SwissDock）评估letermovir与野生型及突变型pUL56的结合模式；3）Missense3D突变引起的空腔变化定量分析；4）统计比较不同变体的吉布斯自由能（ΔG）差异。

研究结果部分，"pUL56三维结构的确定"显示：预测的pUL56结构包含核定位信号、ATP结合域和pUL89相互作用域等重要功能区域，与HSV-1 pUL28的冷冻电镜结构高度一致。"pUL56的letermovir诱导突变"部分发现：C325F/Y/W突变导致结合口袋空腔显著减少（129.38-161.78 ?³），而V236M突变未引起明显结构变化。

在"pUL56中letermovir的结合位点"章节，研究人员鉴定出一个由15个高频相互作用氨基酸组成的结合口袋，其中12个为非极性氨基酸（如M329、V341），3个为极性氨基酸（如R246、D343）。值得注意的是，野生型中C325不与letermovir接触，但突变后该残基成为主要相互作用位点。"C325位点突变使其与letermovir接触"的分析揭示：C325F/Y突变导致letermovir结合构象被"挤出"结合口袋，结合自由能分布发生显著改变，而C325W突变因可能形成π-π堆叠作用而表现不同。

统计数据显示，C325Y突变体的ΔG值显著高于野生型（p<0.0001），这与临床观察到的>3000倍耐药性提升相符。讨论部分提出letermovir可能作为变构抑制剂，通过诱导pUL56整体构象变化来影响DNA结合/切割、ATP酶活性及终止酶复合体稳定性。该研究不仅首次绘制了pUL56的精细结构图谱，更揭示了耐药突变的分子机制，为开发能规避C325突变耐药的新一代终止酶抑制剂提供了理论依据。作者建议通过对letermovir结构的进一步修饰，有望突破当前临床耐药困境。