乙型肝炎（乙肝）病毒（Hepatitis B Virus，HBV）感染是严重的全球公共卫生问题，世界卫生组织估算全球每年有近100万人死于HBV感染相关疾病。而HBV感染是肝细胞癌（简称肝癌）发生的重要病原学及疾病进展因素，中国84%的肝癌由HBV感染导致。我国是世界上HBV感染负担最重的国家，也是实现2030年消除“病毒性肝炎公共卫生危害”目标的主力军。据估计我国目前依然有超过8000万乙肝病毒携带者，其中约3000万例被确诊为慢性乙型肝炎患者。

乙肝病毒于半个世纪前在澳大利亚被发现。1963年，美国内科与生化学家巴鲁克·塞缪尔·布隆伯格（Baruch Samuel Blumberg）博士在筛选血样时偶然发现，在一例多次输血的血友病病人的血液中，存在一种能够与一个澳大利亚土著居民的血清发生反应的沉淀抗体。布隆伯格博士将存在于后者血清中的这种作用物质称为“澳大利亚抗原（Australia antigen）”（简称“澳抗”）。此后研究发现这种抗原与输血后肝炎有关，这是从人类血液中找到的第一种乙肝病毒抗原成分，也就是现在所说的乙肝表面抗原（hepatitis B surface antigen, HBsAg）。巴鲁克·布隆伯格博士因此获得1976年诺贝尔生理学或医学奖。

乙肝病毒的表面抗原是决定病毒入侵、复制和包装的关键蛋白，也是诊断感染和评估临床功能性治愈的重要指标。在感染监测中，乙肝表面抗原是乙肝免疫检测“大三阳”和“小三阳”的共同标志分子；在临床治疗中，乙肝表面抗原清除是慢性乙肝临床治愈的关键指标。HBsAg是乙肝病毒编码的一种十分独特的分子，它能够自发聚合形成形态多样的病毒颗粒，甚至产生大量无基因组的“诱饵”亚颗粒（subviral particle，SVP），远超感染性完整病毒颗粒（infectious Dane particle）4个数量级以上，干扰人体免疫系统，导致免疫耗竭。尽管该蛋白自病毒发现以来一直备受关注，但其复杂的结构特性和多样化的组装形态，一直是结构生物学和病毒学长期未解的谜题。

中国科学院院士、清华大学教授饶子和与中国食品药品检定研究院胡忠玉研究员自二十年前即尝试开展乙肝表面抗原结构研究，研究团队陆续有近二十位成员接力参与攻关。2020年，师从饶子和院士的王权研究员和清华大学博士生王涛承袭十五年的坚守，亦投入乙肝表面抗原结构研究。经过五年的艰苦努力，基于对冷冻电镜单颗粒分析理论的深刻理解和分析软件的创新发展，凭借独特的软件和算法，最终解析了HBsAg的三维结构。

这项研究成功表征了乙肝表面蛋白及其自组装体表现出的高度结构柔性，揭示了其在病毒粒子表面形成多样寡聚形态的分子基础, 解释了重组乙肝疫苗颗粒性抗原形态异质性的天然属性，为脂载抗原体系疫苗的表征和客观评价提供了宝贵经验。基于其在亚病毒颗粒表面一种典型三聚体和三种不同四聚体局部组装模式的观察和分析，研究团队对球形颗粒如何延展形成更长的管状微丝结构，以及如何与内部核衣壳相适配组装形成完整病毒的分子机制进行了解读。研究论文以“Inherent symmetry and flexibility in hepatitis B virus subviral particles（乙型肝炎病毒亚病毒颗粒的固有对称性和分子柔性）”为题于北京时间9月13日凌晨2时在《科学》（Science）发表。

图1. 本研究的主要技术路线及技术创新

本论文的评阅专家评述：“HBV粒子的结构和形成是该领域一个非常重要、基本和长期存在的问题。” 但是，“HBsAg形成结构形态异质的亚病毒颗粒，这使得解析其高分辨率的结构极难实现”。乙肝表面抗原是乙肝重组疫苗的主要成分，是中和性抗体（neutralizing antibody）的主要靶标，对于乙肝的防治具有重要意义。但相较于数十种在研的靶向三维结构已知的核心蛋白小分子核衣壳组装调节剂（Capsid assembly modulators，CAM），却罕有靶向表面抗原的小分子药物。这一研究不仅解决了结构生物学和病毒学领域的长期谜题，还为疫苗的优化、中和性抗体构效关系的理解提供了重要依据，特别是有望加速直接靶向病毒表面蛋白和囊膜组装的小分子药物以及引导表面蛋白降解的PROTAC（PROteolysis TArgeting Chimera，蛋白降解靶向嵌合体）的研发，为乙肝防治的攻关解锁了一条全新路线，有望推动乙肝治疗进入新阶段。

图2. 乙肝病毒D4对称性颗粒的组装规则对于理解丝状亚病毒颗粒形态的提示意义

清华大学基础完美体育·(中国)官方网站饶子和院士、上海科技大学免疫化学研究所王权研究员以及中国食品药品检定研究院胡忠玉研究员为论文的共同通讯作者。王权研究员、清华大学王涛博士、南开大学曹林副教授、中国科学院生物物理研究所傅晟博士、博士研究生慕安、上海科技大学博士研究生王佩佩为论文共同第一作者。

复旦大学闻玉梅院士、复旦大学党委副书记/复旦大学上海完美体育·(中国)官方网站党委书记袁正宏教授、重庆医科大学校长黄爱龙教授、复旦大学附属中山医院/生物医学研究院石雨江教授、浙江大学完美体育·(中国)官方网站附属邵逸夫医院院长/浙江大学完美体育·(中国)官方网站副院长蔡秀军教授、清华大学全球健康与传染病研究中心/艾滋病综合研究中心主任张林琦教授、上海科技大学特聘教授/国际欧亚科学院院士/中国科学院曼谷创新合作中心主任姜标教授、大道书院院长/iHuman研究所执行所长刘志杰教授，生命科学与技术学院教授/中国蛋白质结构数据库主任许文青教授、iHuman研究所助理所长徐菲教授等特邀专家对研究工作做了评述，高度评价了研究成果对乙肝病毒研究和乙肝防治的重要意义。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp1453