2025年8月7日，c7c7.app曹濟民/周鑫團隊與清華大學基礎醫學院/北京生物結構前沿研究中心向燁課題組合作在《自然-通訊》（Nature Communications）雜志在線發表了題為“Structural insights into polymerase-catalyzed FAD capping of hepatitis C virus RNA”的研究論文。該研究利用X射線晶體學技術，揭示了丙型肝炎病毒（HCV）RNA 5′端合成FAD帽的分子機制，為HCV 防治提供了新的理論補充。

丙型肝炎病毒（Hepatitis C virus, HCV）可引起急、慢性丙型肝炎，以及肝細胞癌。到目前為止，全世界有超過1.5億人感染HCV，并且每年有300萬至400萬HCV 感染新發病例。多數HCV感染者早期無明顯癥狀，但病毒會在幾乎沉默狀態下持續損害肝臟，并導致肝硬化、肝癌等嚴重后果。每年全球HCV相關死亡人數約50 萬， HCV也被稱為“沉默殺手”。HCV是一種單股正鏈RNA病毒 (+RNA)，屬于黃病毒科丙型肝炎病毒屬。最近的一項研究表明六種不同基因型HCV的負鏈RNA（-RNA）5′末端存在FAD帽結構，而特定基因型HCV的正鏈RNA（+RNA） 5′末端也存在FAD帽結構。FAD帽可幫助HCV RNA逃逸RIG-I介導的先天免疫識別，這很可能是HCV隱匿感染的主要原因。

HCV基因組RNA的復制依賴于其編碼的非結構蛋白5B（NS5B）。NS5B與HCV +RNA的3′端結合，啟動互補鏈HCV -RNA的合成。合成的HCV -RNA隨后作為NS5B的模板，生成新的HCV +RNA，從而實現病毒基因組的復制。HCV NS5B 可無需外源引物從頭合成其基因組RNA。在體內NS5B啟動的從頭合成過程中，RNA模板以及啟動核苷酸和進入的核苷酸被容納在活性位點，合成初始二核苷酸引物。隨后核苷酸的摻入會誘導NS5B發生構象變化，使引發元件PE退出活性中心，并促使NS5B轉變為持續延伸狀態持續復制。在體外復制實驗中，NS5B 可直接利用FAD而不能利用單個核苷酸啟動HCV RNA的合成。

本研究解析了HCV RNA聚合酶NS5B以FAD作為起始核苷酸從頭合成RNA（de novo initiation）、引物引發（primed-initiation）以及延伸狀態下（elongation）的復合物結構。通過對這些復合物結構分析，以及一系列生化研究證據，表明引發元件PE的β loop中氨基酸殘基M447和Y448直接與FAD的核糖醇基團相互作用，是NS5B起始階段特異性識別FAD的關鍵元素。此外，FAD的腺嘌呤基團與HCV 基因組3′端的尿嘧啶形成堿基互補配對，是其被添加在不同基因型負鏈RNA（-RNA）5′末端的決定因素。進一步分析發現，在HCV RNA加FAD帽的延伸階段，NS5B的C端linker中的W550與FAD的異咯嗪環相互作用，穩定了5′端的FAD帽結構。這種相互作用進一步誘導了產物鏈的構象變化，形成了一種尚未被觀察到的、獨特的RNA雙鏈延伸中間態，利于RNA雙鏈以不對稱的運動模式進行延伸（圖1）。本研究不僅為開發靶向HCV 的新型治療藥物提供了理論指導，同時由于FAD非典型帽有幫助逃避宿主免疫的功能，這一性質也可能被應用于開發新型mRNA 修飾方法，助力mRNA疫苗及治療性藥物的發展。

該項工作由c7c7.app教授/c7c7.app-清華大學醫學院前沿醫學協同創新中心研究員王德平主導，在清華大學團隊協助下完成。我校細胞生理學教育部重點實驗室曹濟民教授、周鑫教授和清華大學基礎醫學院/北京生物結構前沿研究中心向燁教授為該論文的通訊作者，我校細胞生理學教育部重點實驗室王德平教授和2019級直博生趙蓉為該論文的共同第一作者。上海同步輻射光源和清華大學中國蛋白質科學中心（北京分中心）提供了設備支持。該項目得到了c7c7.app-清華大學前沿醫學協同創新中心、國家自然科學基金等的資助。

HCV的RNA聚合酶NS5B催化RNA 5′端加FAD帽的分子機制示意圖

初審初校：封啟龍
復審復校：張   宇
終審終校：王   卓