西部马脑炎病毒与两种受体PCDH10和VLDLR的差异化结合模式及结构基础解析

本研究通过冷冻电镜技术首次揭示了西部马脑炎病毒（WEEV）与两种受体PCDH10（原钙粘蛋白10）和VLDLR（极低密度脂蛋白受体）的差异化结合机制。研究发现PCDH10通过EC1结构域在病毒表面E2-E1异源二聚体形成的裂隙中实现独特结合，而VLDLR则通过连续LA重复序列以全新模式结合E2 B结构域。关键突变V265F可赋予WEEV71V-1658毒株获得VLDLR结合能力，为理解病毒宿主适应性和跨种传播提供了重要结构依据。

　　

结构基础揭示西部马脑炎病毒的双受体识别机制

病毒背景与公共卫生意义

西部马脑炎病毒（WEEV）作为重组型甲病毒（alphavirus），其非结构蛋白源自东部马脑炎病毒（EEEV）样祖先，而结构蛋白来自辛德毕斯病毒（SINV）样祖先。近期南美爆发的WEEV疫情已导致200余例感染和12例死亡，凸显其公共卫生威胁。该病毒通过库蚊（Culex tarsalis）传播，可感染人类和马匹等终末宿主，病死率达5%-15%。

病毒结构与受体研究进展

WEEV具有T=4二十面体结构，240个E2-E1异源二聚体构成表面突起。近年研究发现多种甲病毒受体：MXRA8（基质重塑相关蛋白8）介导基孔肯雅病毒（CHIKV）等关节痛性甲病毒入侵，LDLRAD3（低密度脂蛋白受体A结构域3）是委内瑞拉马脑炎病毒（VEEV）特异性受体，而VLDLR/ApoER2可被塞姆利基森林病毒（SFV）、EEEV等利用。

PCDH10-EC1的独特结合模式

冷冻电镜结构显示，PCDH10的EC1结构域（含7个β链形成的希腊钥匙折叠）以180°翻转嵌入E2-E1异源二聚体裂隙：

1. 膜远端α1螺旋中酸性残基E39/D40与E2的K222/K224/K177形成盐桥
2. 疏水核心F98/V56/L103-L105与相邻E2'的L149/V265相互作用
3. 关键残基H94与E2的H21形成π-π堆积
   通过BLI验证，EC1-R60A突变完全丧失结合能力（K_D＞5μM），而E96A突变增强亲和力至19.3 nM。值得注意的是，禽类特异性残基Q107R可增强结合，解释WEEV B3谱系毒株Imperial 181对禽类PCDH10的选择性。

VLDLR的多价结合创新模式

VLDLR通过连续LA重复（LA1-8）以全新双位点模式结合WEEV^McM毒株：

1. N端LA（如LA1）结合裂隙区：K227（E1）与LA1钙结合基序D53/D55/D57形成盐桥
2. C端LA（如LA2）锚定E2 B结构域：K190（E2）与LA2的D94盐桥是关键
3. 毒株特异性残基K181（McM/California株特有）和F265（Fleming株特有）分别增强LA结合
   实验证实V265F单突变可使WEEV^71V获得VLDLR结合能力，揭示宿主适应的分子开关。

受体结合模式的进化意义

比较结构学分析发现：

1. PCDH10结合深度显著大于禽类MXRA8，β片层AGFC完全埋入裂隙
2. VLDLR结合模式不同于SFV（结合E1-DIII）和EEEV（三结合位点）
3. 保守的LA钙结合基序（W50/D53-D57）构成"病毒结合指纹"
   这种结合模式的多样性反映了甲病毒在鸟类、哺乳类等不同宿主间的适应策略，为解释近期WEEV疫情再发提供结构依据。

治疗应用前景

研究揭示的PCDH10-EC1结合界面中，81%的病毒残基为WEEV特有，提示可开发特异性抑制剂。而VLDLR结合界面的K227/K190等保守残基，可能成为广谱抗甲病毒药物的靶点。这些发现为设计阻断病毒入侵的干预策略奠定了重要基础。