RNA病毒的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制過(guò)程由自身編碼的以RNA為模板的RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，RdRP）來(lái)主導(dǎo)完成，可合成數(shù)千至數(shù)萬(wàn)核苷酸長(zhǎng)度的RNA片段。該轉(zhuǎn)錄復(fù)制過(guò)程可分為引發(fā)（initiation）、延伸（elongation）和終止（termination）三個(gè)主要階段，其中引發(fā)階段主要實(shí)現(xiàn)從特定位點(diǎn)啟動(dòng)合成，當(dāng)產(chǎn)物鏈長(zhǎng)度達(dá)到8-10核苷酸后合成進(jìn)入快速穩(wěn)定的延伸階段，直至遇到終止調(diào)控信號(hào)或到達(dá)模板末端而終止合成。和其他類別的核酸聚合酶類似，病毒RdRP的引發(fā)機(jī)制可分為依賴引物型（primer-dependent）和從頭合成型（de novo）兩大類，前者以小RNA病毒和冠狀病毒為代表，后者以黃病毒和囊狀病毒為代表，正黏病毒和布尼亞病毒則在其轉(zhuǎn)錄和復(fù)制過(guò)程中分別使用這兩種引發(fā)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，可從頭合成的病毒RdRP通常在其拇指（thumb）結(jié)構(gòu)域包含一個(gè)稱為“引發(fā)元件”（priming element，PE；在部分體系中也稱為priming loop）的亞結(jié)構(gòu)。有證據(jù)顯示PE可通過(guò)與RNA模板及引發(fā)NTP的相互作用來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)高效且精準(zhǔn)的引發(fā)，但當(dāng)RdRP轉(zhuǎn)換至延伸狀態(tài)時(shí)，PE須退出活性中心，“讓位”給模板-產(chǎn)物雙鏈RNA，但自1999年P(guān)E在丙型肝炎病毒（HCV）體系中被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，這一構(gòu)象變化長(zhǎng)期未被揭示。
近期，武漢病毒所和日本理化學(xué)研究所先后報(bào)道了不同形式的登革病毒（DENV）RdRP延伸復(fù)合物結(jié)構(gòu)，初步解開(kāi)了這一謎題：DENV的PE在引發(fā)-延伸轉(zhuǎn)換過(guò)程中經(jīng)歷了重折疊（refolding）并在延伸階段與模板-產(chǎn)物雙鏈建立了新的相互作用；武漢病毒所的研究工作還進(jìn)一步揭示這組相互作用提升了延伸復(fù)合物的穩(wěn)定性。以上證據(jù)表明，PE在引發(fā)和延伸這兩個(gè)階段能以不同的折疊方式發(fā)揮兩種不同的功能，但這一“雙功能”現(xiàn)象是否在RNA病毒中具有普適性，還需要更多的證據(jù)支持。
2025年4月18日，中國(guó)科學(xué)院武漢病毒研究所龔鵬/吳繼芹團(tuán)隊(duì)和曹晟團(tuán)隊(duì)密切合作，在Science Advances雜志上發(fā)表題為“An?evolutionarily unique viral RdRP suggests a common dual-function feature of the priming element”的文章，報(bào)道了進(jìn)化地位介于雙鏈和正鏈RNA之間的煙曲霉菌多節(jié)段真菌病毒1型(Aspergillus funmigatus polymycovirus-1，AfuPmV-1)RdRP無(wú)底物結(jié)合狀態(tài)的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)（分辨率3.0埃）和晶體結(jié)構(gòu)（分辨率3.4埃）以及延伸復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)（分辨率2.3埃）。
這組結(jié)構(gòu)清晰地展示了該病毒的PE雖然與DENV的PE大小和形態(tài)有較大差異，但同樣在重新折疊后以非特異性方式與延伸階段的雙鏈RNA互作并提升復(fù)合物穩(wěn)定性（圖1）。通過(guò)對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)構(gòu)的分析并結(jié)合結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，合作團(tuán)隊(duì)提出PE的雙功能現(xiàn)象很可能在整個(gè)RNA類群中具有普適性（圖2）。本研究解析的系列結(jié)構(gòu)首次揭示了多節(jié)段真菌病毒科（Polymycoviridae）RdRP的結(jié)構(gòu)特征，研究團(tuán)隊(duì)利用多種酶學(xué)方法對(duì)AfuPmV-1 RdRP的引發(fā)及延伸過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)性表征，發(fā)現(xiàn)該RdRP的引發(fā)速率明顯快于DENV RdRP，且其從模板末端從頭合成的嚴(yán)謹(jǐn)性亦低于后者，這些特性使其具備開(kāi)發(fā)成普適性RNA復(fù)制和擴(kuò)增工具酶的潛力。
圖1. DENV2型（DENV2）和AfuPmV-1的PE變構(gòu)模式圖。DENV2和AfuPmV-1的PE均在RdRP合成四核苷酸產(chǎn)物后發(fā)生特征性構(gòu)象變化，但復(fù)合物穩(wěn)定性表征數(shù)據(jù)提示后者的變構(gòu)過(guò)程很可能為漸進(jìn)式。
圖2. PE的雙功能機(jī)制在RNA病毒中很可能具有普適性。左側(cè)為代表性的雙鏈（上）、正鏈（中）和負(fù)鏈（下）RNA病毒的PE在RdRP處于非延伸狀態(tài)時(shí)的構(gòu)象；右側(cè)為RdRP延伸復(fù)合物中觀測(cè)到的PE構(gòu)象。PHI6：噬菌體phi6；CSFV：經(jīng)典豬瘟病毒；VSV：水皰性口炎病毒；LACV：拉克羅斯病毒；IAV：甲型流感病毒。
編碼RdRP的基因是除少數(shù)衛(wèi)星病毒外RNA病毒唯一共有的基因，因此RdRP是發(fā)展廣譜抗病毒藥物的理想體系。本研究所揭示的機(jī)制在多個(gè)科屬的RNA病毒中都可能具有普適性，PE在引發(fā)、延伸及兩者間的轉(zhuǎn)換階段的變構(gòu)及所涉及的蛋白-蛋白、蛋白-核酸相互作用與變化可為發(fā)展新干預(yù)策略提供重要參考。武漢病毒所龔鵬研究員、曹晟研究員、吳繼芹青年研究員為本文共同通訊作者。武漢病毒所博士后莢恒霞和博士研究生劉順禮為本文共同第一作者。本研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持，所解析的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)得到了武漢病毒所冷凍電鏡平臺(tái)的支持，所解析的晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)的X射線衍射數(shù)據(jù)于上海光源BL02U1（原BL17U1）線站收集。
論文鏈接：https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.adv9640
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