Nat Commun丨用纳米结构“读懂”病毒复制的密码：CHIKV nsP1如何“读”膜曲率？

在正链RNA病毒的复制过程中，病毒通过重塑宿主细胞膜，构建专属的“复制工厂”（replication compartments），为其RNA的复制和装配提供庇护空间。然而，这些病毒诱导的膜结构通常微小到难以被常规成像手段清晰解析。科学家们长期以来一直在追问：病毒是如何精准识别膜位置并启动复制的？

在近期发表于Nature Communications的题为Saddle curvature association of nsP1 facilitates the replication complex assembly of Chikungunya virus in cells的研究中，新加坡南洋理工大学赵文婷教授团队（通讯作者：赵文婷、罗大海、黄长进）利用人工构建的纳米曲率平台，首次系统揭示了Chikungunya病毒（CHIKV）非结构蛋白nsP1的膜曲率感应机制，并证明这一机制在病毒复制位点的空间定位中发挥关键作用。

CHIKV的复制囊泡（spherule）在颈部形成一种特殊的“马鞍形”三维膜曲率：x–z方向为正曲率，x–y方向为负曲率。研究团队通过设计纳米柱（nanobar）和纳米交叉结构（nanocross），将这一复杂几何解构为两个可控的二维曲率。实验发现，nsP1显著富集于正曲率区域（如nanobar末端），而在负曲率区域则无明显聚集。该趋势不仅在细胞中得以观察，还能在体外重建的脂双层系统（supported lipid bilayers）中复现，说明nsP1具备自主感知膜曲率的能力。

图1 CHIKV nsP1 自主感知膜曲率

结构域突变进一步揭示，nsP1通过其两个膜结合环（membrane-association loops）中的疏水残基插入膜内实现对曲率的“感知”。删除这些残基会显著削弱其膜结合能力和曲率响应。分子动力学模拟也支持这一机制：以十二聚体形式存在的nsP1不仅能更稳定地结合曲面膜，其结合速度更快、能量更低，且能诱导局部膜弯曲，进一步强化曲率响应。

最具突破性的部分在于，团队构建了不同尺寸的纳米环结构（nanorings），系统测试CHIKV感染细胞在这些结构上的复制表现。双链RNA（dsRNA）与nsP1/nsP3的免疫染色显示：病毒复制位点显著富集在纳米环内侧边缘的正曲率区域。扩增显微成像（ExM）进一步揭示：dsRNA复制点靠近纳米环内缘，而nsP1分布于其外围，构成有序的空间结构。这一结果明确表明，膜曲率不仅驱动了nsP1的分布，也直接参与了病毒复制复合体的空间组织与定位。

图二 纳米结构引导的CHIKV病毒复制

本研究构建了一个具有高空间分辨率的病毒–膜相互作用平台，首次揭示nsP1通过疏水插入实现马鞍曲率识别的机制，明确了膜曲率可驱动病毒复制复合体的定位与组装，并展示了纳米结构可作为“复制导航”工具，为未来抗病毒策略和药物筛选平台提供了新的可能性。这一机制也可能广泛适用于其他膜相关病毒，如ZIKV、HCV等。

新加坡南洋理工大学化学与生物工程学院赵文婷教授，李光前医学院罗大海教授和机械与航空航天工程学院黄长进教授为论文共同通讯作者。新加坡南洋理工大学化学与生物工程学院博士后苗馨文为第一作者。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-59402-0

来源：BioArt

主编微信

微信学科讨论群：病毒学群，神经科学群、临床医学、肿瘤学科群、硕博交流群和医药投资交流群（微信群审核要求较高，请各位添加主编后主动备注单位研究方向）