全球有將近3700萬(wàn)人感染艾滋病病毒。當(dāng)病毒破壞了這么多的免疫細(xì)胞時(shí)，身體就不能抵抗感染，從而就會(huì)發(fā)展出艾滋病。該疾病在去年奪走了100多萬(wàn)人的生命。

在過(guò)去的三年半中，美國(guó)特拉華大學(xué)帶領(lǐng)來(lái)自六所大學(xué)的研究人員，在美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的資助下，一直致力于揭開(kāi)關(guān)于“一個(gè)蛋白質(zhì)——調(diào)節(jié)HIV劫持細(xì)胞并開(kāi)始復(fù)制的能力”的新信息。他們的研究結(jié)果發(fā)表在最近的《PNAS》，為開(kāi)發(fā)潛在的策略挫敗這種病毒，指出了一條新的途徑。

該研究小組包括來(lái)自特拉華大學(xué)、茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院、伊利諾伊大學(xué)厄本那-香檳分校、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、佛羅里達(dá)州立大學(xué)國(guó)家高磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室和范德堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家。他們用高科技的工具和技術(shù)相結(jié)合，包括魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振（NMR）光譜和分子計(jì)算機(jī)模擬，來(lái)研究HIV病毒與宿主細(xì)胞蛋白Cyclophilin A（CyPA）之間的相互作用，直到延伸至單個(gè)原子的運(yùn)動(dòng)。

這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人、特拉華大學(xué)化學(xué)與生物化學(xué)教授Tatyana Polenova指出：“簡(jiǎn)而言之，我們發(fā)現(xiàn)，HIV的傳染性是由這些蛋白質(zhì)的運(yùn)動(dòng)所調(diào)節(jié)的。這是一種巧妙的調(diào)節(jié)策略，不會(huì)引起病毒的主要結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。”

艾滋病病毒比紅細(xì)胞小六十倍，包含一個(gè)錐形殼（或衣殼），由蛋白質(zhì)組成，圍繞著兩股RNA和病毒復(fù)制所需要的酶。與任何病毒一樣，HIV一旦侵入宿主生物體，就只能產(chǎn)生它自身的拷貝。然后，它將開(kāi)始引導(dǎo)某些宿主細(xì)胞開(kāi)始產(chǎn)生病毒。

但是，HIV如何入侵一個(gè)細(xì)胞呢？在人體中，蛋白質(zhì)CypA通過(guò)與HIV衣殼相互作用，可以促進(jìn)或抑制病毒感染，但確切的機(jī)制尚不清楚。HIV衣殼蛋白的一部分，稱為CypA環(huán)，負(fù)責(zé)病毒與人類宿主細(xì)胞中的CypA結(jié)合。一旦發(fā)生這種情況，病毒通常會(huì)成為傳染性的。

然而，CyPA環(huán)僅僅一個(gè)氨基酸的改變，就可以導(dǎo)致病毒與其正常的表現(xiàn)相反，從而當(dāng)CypA存在時(shí)使病毒成為非感染性的，當(dāng)沒(méi)有CyPA存在時(shí)則成為傳染性的。Polenova說(shuō)，這種變化被稱為“逃避突變”，因?yàn)樗麄冏尣《?ldquo;逃離”了對(duì)CyPA的依賴。

為了探究這種逃避機(jī)制，研究小組檢測(cè)了HIV病毒衣殼蛋白與CyPA絡(luò)合的不同變體的組裝。使用魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振，他們逐個(gè)原子地記錄了在這些組件的裝配，在從納秒到毫秒、從十億分之一秒到千分之一秒的范圍的時(shí)間尺度上。

研究小組發(fā)現(xiàn)，由于突變?cè)诮Y(jié)合區(qū)域中自然發(fā)生的運(yùn)動(dòng)減少，使得病毒擺脫了CypA依賴性。魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振實(shí)驗(yàn)對(duì)這些運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了直接探測(cè)，記錄了原子核之間磁相互作用的變化。計(jì)算機(jī)模擬使研究團(tuán)隊(duì)能夠可視化這些運(yùn)動(dòng)。

衣殼蛋白的某些部分根本就不移動(dòng)，或者只移動(dòng)一點(diǎn)，而其他部分進(jìn)行了大幅度運(yùn)動(dòng)，分布在一個(gè)很寬的時(shí)間尺度范圍內(nèi)，最有活力的區(qū)域是CyPA環(huán)。Polenova說(shuō)，相當(dāng)令人驚訝的是，這些廣泛的運(yùn)動(dòng)存在于組裝的衣殼中，而且這些動(dòng)態(tài)可以通過(guò)核磁共振和計(jì)算機(jī)模擬被檢測(cè)到。

Polenova說(shuō)：“這是首次在一項(xiàng)動(dòng)力學(xué)研究中，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)和計(jì)算之間的定量一致，特別令人興奮的是，這是通過(guò)一個(gè)如此復(fù)雜的系統(tǒng)獲得的。我們希望，這項(xiàng)工作可以指導(dǎo)開(kāi)發(fā)新的治療干預(yù)，如小分子——將作為與HIV衣殼的耦合子，并抑制這些動(dòng)態(tài)。”

Polenova說(shuō)，不同的研究團(tuán)隊(duì)，有著HIV病毒學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物化學(xué)的專業(yè)知識(shí)，是這項(xiàng)研究成功的關(guān)鍵，還得益于國(guó)家高磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室的高磁場(chǎng)核磁共振設(shè)備。該團(tuán)隊(duì)是通過(guò)NIH資助的匹茲堡HIV蛋白相互作用中心而被組織起來(lái)的。在Angela Gronenborn教授的帶領(lǐng)下，該中心匯集了高素質(zhì)的科學(xué)家和設(shè)施，來(lái)闡明HIV蛋白與宿主細(xì)胞因子之間的相互作用。

這項(xiàng)研究和使用的科學(xué)儀器，是由國(guó)家衛(wèi)生和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助的。研究是在國(guó)家高磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，同時(shí)這項(xiàng)研究也得到了佛羅里達(dá)州的共同支持。Polenova和她的研究團(tuán)隊(duì)，在同一期的《PNAS》還發(fā)表了另一篇文章，第一次在原子分辨率上，報(bào)道了一個(gè)蛋白與聚合微管蛋白結(jié)合的結(jié)構(gòu)。