中和抗体介导登革病毒与宿主细胞膜融合增强作用及其机制研究

The mosquito-borne dengue virus (DENV) complex is a high pathogenic enveloped virus, which releases its genome into the cytoplasm by fusing its membrane with the endosomal membrane. The virus-cells membrane fusion is triggered by the conformational change of fusion protein, which is the virus envelope protein E on the viral surface. Inhibition of membrane fusion by antibodies has been proved as an antiviral neutralization mechanism in previous studies, however, our prior data showed that one dengue virus E glyprotein domain III specific cross-reactive neutralizing antibody revealed notable virus-cells membrane fusion enhancement. The mechanism of membrane fusion enhancement is still unclear and the related research has not been reported at home and aboard. According to this, we hypothesis that the neutralizing antibody could trigger the dengue fusion protein prematurely and concomitant particle inactivation and thus protect against infection. The aims of this proposal are: 1. study the neutralizing antibodies -mediated membrane fusion enhancement and further prove that the phenomenon does exist. 2. explore the mechanism of neutralizing antibodies induced-membrane fusion enhancement and its relationship with antibody-dependent enhancement. According to highlighting the new concept of neutralization mechanism, we are supposed to understand the mechanism of antibody-dependent enhancement and thus provide new insights into vaccine development and drug design for dengue and other related enveloped viruses.

登革病毒是一种蚊媒传播的高致病性包膜病毒，与宿主细胞内涵体膜融合后将病毒基因组释放进入细胞质，该融合过程是通过融合蛋白即病毒表面包膜E蛋白构象发生变化得以触发。既往研究证明抑制膜融合是抗体的一种抗病毒中和机制，本课题组预实验却发现一株登革病毒E蛋白III区（EDIII）交叉中和抗体在病毒与宿主细胞膜融合中表现出显著的增强作用，其作用机制尚不明确，查阅文献国内外未见相关报道。据此我们提出科学假设：该中和抗体能够过早触发病毒融合蛋白构象变化，加快病毒与细胞膜融合从而灭活病毒，最终中和感染。并设计研究内容：1）研究中和抗体在病毒与宿主细胞膜融合中的增强作用，进一步证明此现象的确存在；2）探索中和抗体介导膜融合增强的作用机制及其与抗体依赖增强作用的关联。本研究有望揭示全新概念的抗病毒中和机制，对于深入理解抗体依赖增强作用的机制具有重要意义，为登革病毒及其他包膜病毒疫苗的研发及药物的设计寻求新思路。

登革病毒是一种蚊媒传播的高致病性包膜病毒，与宿主细胞内涵体膜融合后将病毒基因组释放进入细胞质，该融合过程是通过融合蛋白即病毒表面包膜E蛋白构象发生变化得以触发。目前世界上尚无安全有效的疫苗及治疗药物，主要原因是存在抗体依赖增强作用（ADE），因而抗体中和作用机制及ADE作用机制的阐明对于研发同时保护4个血清型病毒感染的疫苗至关重要。既往研究证明抑制膜融合是抗体的一种抗病毒中和机制，本课题组预实验却发现一株登革病毒E蛋白III区(EDIII)交叉中和抗体在病毒与宿主细胞膜融合中表现出显著的增强作用，其作用机制尚不明确，查阅文献国内外未见相关报道。据此我们提出科学假设:该中和抗体能够过早触发病毒融合蛋白构象变化，加快病毒与细胞膜融合从而灭活病毒，最终中和感染。因此我们设计研究内容：1）研究中和抗体在病毒与宿主细胞膜融合中的增强作用，进一步证明此现象的确存在；2）探索中和抗体介导膜融合增强的作用机制及其与抗体依赖增强作用的关联。本课题研究结果证实其它的DENV1-4 EDIII中和抗体如9B3A、4E11等也存在膜融合增强作用，证明这一发现绝非偶然；另外，功能实验发现抗体的中和作用存在时间及温度依赖性；更重要的是膜融合增强抗体会诱导出ADE作用，说明二者之间可能存在一定的关联；另一方面，本研究的结构学研究对膜融合抑制/增强抗体的表位进行了精准分析，其中的关键氨基酸突变分析为进一步了解中和作用机制提供了结构学依据。综上，本研究揭示了全新概念的抗病毒中和机制，对于深入理解抗体依赖增强作用的机制具有重要意义， 为登革病毒及其他包膜病毒疫苗的研发及药物的设计寻求新思路。