近日，中国科学院武汉病毒研究所、病毒学国家重点实验室李峰团队在ACS Nano上在线发表了题为Transformation of a Viral Capsid from Nanocages to Nanotubes and Then to Hydrogels: Redirected Self-Assembly and Effects on Immunogenicity的研究论文。该研究实现了病毒衣壳蛋白组装体从笼形到管状再到纳米管水凝胶的转变，并揭示了这种纳米形态转变带来的免疫学效应。

生物大分子自组装是生物结构、机器乃至系统形态发生的主要途径之一。病毒是其中的典型代表之一。天然病毒衣壳存在两种基本形态——正二十面体对称的球形和螺旋对称的棒状。病毒衣壳蛋白可自组装形成病毒样颗粒（VLPs），广泛应用于生物医药、材料学等领域。当前，VLP的应用与研究均是基于上述两种形态。如果能够操控VLP自组装获得其他形态的结构，则可能赋予其更优异的性质或全新的功能。

该团队以MS2 VLP为模式体系，借助分子动力学模拟，对组装界面关键区域FG loop进行再设计，将70号位点突变为半胱氨酸，由其介导形成新的强相互作用，打破天然正二十面体对称轴附近界面作用力，并引导组装单元形成一维结构。实验证实，上述突变联合46号位点突变，可使其球形纳米笼结构完全转变成超细双螺旋纳米管。该纳米管平均长度约1 μm，外径8.6 nm，内径2.6 nm。高分辨冷冻电镜结构显示，突变蛋白的二级结构和三级结构与野生型几乎相同，但FG loop柔性存在差异，组装单元形成了与野生型不同的排布模式。70号位点突变成疏水性侧链氨基酸能够形成类似的纳米管，而突变成组氨酸则能够获得单螺旋纳米管。进一步，研究发现，在纳米管表面75号位点引入半胱氨酸，可引发纳米管交联形成还原响应型凝胶块体。利用该可变形组装体系，研究比较了纳米笼、纳米管和纳米管凝胶三种不同形态对MS2衣壳蛋白免疫原性的影响：相比纳米笼，纳米管可提升体液和细胞免疫应答水平，纳米管凝胶虽不能提升体液免疫应答水平但能提升CD8⁺ T细胞的细胞因子分泌水平和细胞的杀伤功能。

该研究获得了多层级且可变形的VLP自组装体系，揭示了组装形态对病毒衣壳蛋白免疫原性的重要影响，为纳米疫苗和其他功能蛋白纳米材料的设计提供了新思路。

该工作由武汉病毒所和复旦大学合作完成。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、武汉市知识创新专项、武汉市重大科技专项等的支持。