Nucleic Acids Research｜邓涛/高福团队合作揭示甲型流感病毒NS2蛋白驱动病毒RNA由转录向复制转换作用机制

摘要：流感病毒作为严重威胁人类健康并造成重大经济损失的病原体，不仅引发季节性流行，还可能导致全球性流感大流行。流感病毒基因组RNA合成调控是病毒生命周期的关键环节，因此是基础理论研究与抗病毒策略开发重点关注的前沿热点领域。在流感病毒生命周期中，病毒基因组RNA在早期

流感病毒作为严重威胁人类健康并造成重大经济损失的病原体，不仅引发季节性流行，还可能导致全球性流感大流行。流感病毒基因组RNA合成调控是病毒生命周期的关键环节，因此是基础理论研究与抗病毒策略开发重点关注的前沿热点领域。在流感病毒生命周期中，病毒基因组RNA在早期进行高效转录（vRNA→mRNA）来合成病毒的蛋白质，而在后期主要进行病毒基因组高效复制（vRNA→cRNA→vRNA）来合成更多的子代病毒基因组，这种由早期转录优势向后期复制优势转换的发生机制长期未解。

中国科学院微生物研究所邓涛研究员团队长期致力于流感病毒RNA合成调控机制的研究。团队前期研究首次报道，病毒早期表达蛋白NS1和晚期表达蛋白NS2参与动态调控病毒RNA的转录与复制，其中，NS2蛋白可发挥抑制转录和促进复制的双重功能（Journal of Virology, 2023）；利用重组突变病毒感染系统揭示了NS2蛋白通过与病毒聚合酶（RdRp）协同作用发挥促进复制功能（Journal of Virology, 2024）；通过解析病毒NS2-RdRp复合体的高分辨率结构（~3.0 Å），首次揭示了NS2通过干扰RdRp与宿主Pol II CTD结合从而抑制转录的分子机制（EMBO Reports, 2024）。然而，NS2蛋白在促进病毒RNA复制过程中的具体作用环节及其分子机制仍不明确。

2025年1月29日，中国科学院微生物研究所邓涛研究员与高福院士团队合作在Nucleic Acids Research在线发表了题为Influenza A virus NS2 protein acts on vRNA-resident polymerase to drive the transcription to replication switch的研究论文，该研究深入揭示了NS2蛋白在病毒感染过程中动态调控病毒RNA由转录向复制转换从而发挥“开关”功能的作用机制。

研究团队首先利用基于病毒RNA启动子序列突变建立的流感病毒RNA单向复制研究系统，发现病毒RNA复制第一步vRNA→cRNA合成的活性显著低于复制第二步cRNA→vRNA合成的活性。通过剂量依赖实验，发现NS2蛋白能够显著促进病毒RNA复制第一步vRNA→cRNA合成

通过vRNA和cRNA启动子元素移植实验，研究发现将3'-vRNA启动子特异性核苷酸替换为3'-cRNA启动子特异性核苷酸后，病毒RNA复制第一步vRNA→cRNA合成活性显著提升，表明RNA启动子特异性核苷酸是决定RNA合成活性的关键特征。然而，当3'-vRNA启动子突变为3'-cRNA启动子特征后，病毒NS2蛋白不再进一步发挥促进病毒RNA复制的作用，表明NS2蛋白促进病毒RNA复制第一步vRNA→cRNA合成的作用与3'-vRNA启动子序列的内在特性密切相关。

作者进一步利用高灵敏的体内互作分析NanoBiT技术，发现NS2蛋白与vRNA结合的病毒聚合酶的相互作用更强。当vRNA逐步突变为cRNA特征后，NS2与聚合酶的相互作用减弱，表明NS2特异性作用于vRNA结合的病毒聚合酶来发挥促进病毒RNA合成的调控作用。

最后，体外病毒RNA复制系统实验也进一步证实NS2蛋白主要促进病毒RNA复制第一步vRNA→cRNA合成。基于这些发现，作者提出NS2蛋白通过作用在vRNA结合的病毒聚合酶上，可能改变了3'-vRNA启动子的结合状态，从而诱导病毒聚合酶从转录构象转变为复制构象。这一转变抑制了病毒RNA转录，同时促进了病毒RNA复制第一步vRNA→cRNA合成，最终整体促进了病毒RNA复制，实现了病毒RNA由转录向复制转换。