Journal of Virology | 張超課題組發現VP3單個氨基酸決定CVA6毒力并指導減毒活疫苗設計

手足口病是嚴重威脅兒童健康的重要傳染病。近年來，柯薩奇病毒A6型（CVA6）已取代腸道病毒EV-A71，成為手足口病的主要病原體之一，且常導致非典型癥狀甚至重癥。然而，決定CVA6強致病性的關鍵病毒因子長期不明，也尚無獲批的疫苗或特效藥物。

近期，上海市重大傳染病和生物安全研究院張超課題組在國際病毒學權威期刊Journal of Virology上在線發表了題為“A single residue in the VP3 capsid protein governs virulence and informs live-attenuated vaccine design for coxsackievirus A6”的研究論文。該論文因其重要價值被期刊編輯選為本期Editor's Pick（編輯精選）。研究首次鑒定出VP3衣殼蛋白第238位氨基酸是決定CVA6致病性的關鍵分子開關，并基于此機制理性設計了一種高效、安全的減毒活疫苗候選株。

重要發現1

毒力分子開關的鑒定：從P1區到單個氨基酸，并印證其在自然界的優勢

研究首先發現，臨床分離株CVA6?HeB（河北株）與感染性克隆拯救的CVA6?TW141（臺灣株）在體外培養細胞中具有相似的復制動力學（圖1A），但在新生乳鼠中的致病性卻截然不同：CVA6?HeB可導致100%死亡，而CVA6?TW141即使在高劑量下也不引起死亡和嚴重疾病（圖1B）。

為定位毒力決定區域，研究者在非致死的CVA6?TW141骨架上構建了一系列嵌合病毒，分別替換CVA6?HeB的不同基因組片段（圖1C）。乳鼠感染實驗表明，只有攜帶CVA6?HeB來源P1區（衣殼蛋白編碼區）的嵌合病毒獲得了完全的致死能力，而其他嵌合病毒均不致死（圖1E），從而將毒力決定區域精確鎖定在P1衣殼區。

CVA6?HeB與CVA6?TW141的P1區共有19個氨基酸差異。為進一步精確定位關鍵位點，研究者在CVA6?TW141骨架上逐一引入這些差異位點，構建了15株點突變病毒（圖1D）。乳鼠感染篩選發現，僅引入VP3?A238E突變（即將弱毒株的VP3蛋白238位丙氨酸A突變為強毒株的谷氨酸E; #11突變體）即可使原本無害的CVA6?TW141獲得100%的致死能力（圖1F）。反之，在致死性嵌合病毒中將VP3?E238突變回丙氨酸（E238A），則可完全消除其致死性。這些結果證明，VP3第238位氨基酸是決定CVA6致病性的充分必要條件：E（谷氨酸）賦予強毒力，A（丙氨酸）導致完全減毒。

對NCBI數據庫中1,276條CVA6 VP3序列的分析顯示，谷氨酸（E）在第238位占絕對主導地位（>93%），而丙氨酸（A）及其他天然變異則極為罕見。功能驗證表明，在所有天然變異中，只有E238能夠賦予病毒完全的致死能力，其他變異即使在高劑量下也僅引起部分致死。這表明VP3?E238是自然界中CVA6高毒力流行株的關鍵分子基礎，也為疫苗設計提供了精確的靶點。

重要發現2

減毒機制：削弱受體結合而非破壞病毒基本特性

E238A突變并不影響病毒的體外基本特性。純化的E238A突變病毒與野生型病毒具有相似的顆粒形態、抗原性、感染性及細胞吸附能力（圖2A-D）。然而，在乳鼠體內，E238A突變顯著降低了病毒在靶組織（尤其是脊髓和肢體肌肉）中的復制能力，組織病理損傷明顯減輕，毒力降低超過10,000倍（圖2E-F）。

機制研究發現VP3?E238位于病毒表面“峽谷”（canyon）區的邊緣（圖2G），該區域是病毒與主要受體KREMEN1結合的關鍵部位。E238A突變顯著削弱了病毒與鼠源KREMEN1受體的結合能力（圖2H），這解釋了該突變導致體內復制受限和毒力減弱的分子機制。

值得一提的是，我們此前在Nature Communications（2025）上系統闡明了CVA6采用“硫酸乙酰肝素附著?KREMEN1脫衣殼”的雙受體入侵模型，并證明KREMEN1能高效誘導成熟病毒顆粒發生構象轉變。 本研究中VP3?E238對KREMEN1結合的調控作用，進一步深化了對該受體介導CVA6病毒入侵分子細節的理解。

圖2. CVA6 VP3-E238A突變導致體內毒力顯著減弱的分子機制

重要發現3

從機制到應用：一款高效的CVA6減毒活疫苗候選株

基于上述發現，研究者將VP3-E238A突變引入CVA6?HeB衣殼骨架（該骨架以成熟病毒顆粒為主，免疫原性更優），構建了減毒活疫苗候選株cHeB?E3238A。該疫苗株在乳鼠中完全減毒，但保留了良好的免疫原性。兩劑免疫后，所有小鼠均產生了中和抗體（圖3A-B）。隨后，研究者采用一株異源的、高度致死的CVA6?S0087b毒株進行攻擊，攻毒劑量高達93,545個LD50。結果顯示，疫苗免疫組獲得100%保護，而對照組全部死亡（圖3C-D）。組織病理學分析進一步證實，疫苗免疫顯著減輕了攻擊后的肌肉損傷（圖3E）。此外，遺傳穩定性分析顯示，E238A突變在乳鼠肌肉復制后短期未發生回復突變，為疫苗的安全性提供了初步證據。

圖3. CVA6減毒活疫苗候選株cHeB?E3238A的體內保護效果的驗證

綜上所述，本研究首次鑒定出VP3第238位氨基酸是決定CVA6致病性的關鍵分子開關，揭示了其通過調控KREMEN1受體結合影響體內復制和致病力的分子機制。更重要的是，基于這一發現理性設計的減毒活疫苗候選株在乳鼠模型中表現出了良好的安全性和保護效力，為CVA6疫苗的研發提供了全新的策略。

上海市重大傳染病和生物安全研究院碩士研究生劉可歆為本文第一作者，張超青年研究員為唯一通訊作者。該研究得到了中國疾病預防控制中心張勇研究員、廈門大學程通教授、浙江大學番文春研究員、中國科學院藍佳明研究員等人的幫助。研究獲得了國家重點研發計劃、上海市市級科技重大專項、國家高層次人才計劃的資助。

文章來源：上海市重大傳染病和生物安全研究院

文章鏈接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/jvi.00149-26