RNA病毒的转录和复制过程由自身编码的以RNA为模板的RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，RdRP）来主导完成，可合成数千至数万核苷酸长度的RNA片段。该转录复制过程可分为引发（initiation）、延伸（elongation）和终止（termination）三个主要阶段，其中引发阶段主要实现从特定位点启动合成，当产物链长度达到8-10核苷酸后合成进入快速稳定的延伸阶段，直至遇到终止调控信号或到达模板末端而终止合成。和其他类别的核酸聚合酶类似，病毒RdRP的引发机制可分为依赖引物型（primer-dependent）和从头合成型（de novo）两大类，前者以小RNA病毒和冠状病毒为代表，后者以黄病毒和囊状病毒为代表，正黏病毒和布尼亚病毒则在其转录和复制过程中分别使用这两种引发机制。研究发现，可从头合成的病毒RdRP通常在其拇指（thumb）结构域包含一个称为“引发元件”（priming element，PE；在部分体系中也称为priming loop）的亚结构。有证据显示PE可通过与RNA模板及引发NTP的相互作用来帮助实现高效且精准的引发，但当RdRP转换至延伸状态时，PE须退出活性中心，“让位”给模板-产物双链RNA，但自1999年PE在丙型肝炎病毒（HCV）体系中被发现以来，这一构象变化长期未被揭示。近期，武汉病毒所（2022年12月，PMID：36577062）和日本理化学研究所（2023年7月，PMID：37478848）先后报道了不同形式的登革病毒（DENV）RdRP延伸复合物结构，初步解开了这一谜题：DENV的PE在引发-延伸转换过程中经历了重折叠（refolding）并在延伸阶段与模板-产物双链建立了新的相互作用；武汉病毒所的研究工作还进一步揭示这组相互作用提升了延伸复合物的稳定性。以上证据表明，PE在引发和延伸这两个阶段能以不同的折叠方式发挥两种不同的功能，但这一“双功能”现象是否在RNA病毒中具有普适性，还需要更多的证据支持。
2025年4月18日，中国科学院武汉病毒研究所龚鹏/吴继芹团队和曹晟团队密切合作，在Science Advances杂志上发表题为“An evolutionarily unique viral RdRP suggests a common dual-function feature of the priming element”（《一种进化上独特的病毒RdRP提示引发元件具有普适性双功能特征》）的文章，报道了进化地位介于双链和正链RNA之间的烟曲霉菌多节段真菌病毒1型(Aspergillus funmigatus polymycovirus-1，AfuPmV-1)RdRP无底物结合状态的冷冻电镜结构（分辨率3.0埃）和晶体结构（分辨率3.4埃）以及延伸复合物的晶体结构（分辨率2.3埃）。这组结构清晰地展示了该病毒的PE虽然与DENV的PE大小和形态有较大差异，但同样在重新折叠后以非特异性方式与延伸阶段的双链RNA互作并提升复合物稳定性（图1）。通过对已有的实验测定结构的分析并结合结构预测，合作团队提出PE的双功能现象很可能在整个RNA类群中具有普适性（图2）。本研究解析的系列结构首次揭示了多节段真菌病毒科（Polymycoviridae）RdRP的结构特征，研究团队利用多种酶学方法对AfuPmV-1 RdRP的引发及延伸过程进行了系统性表征，发现该RdRP的引发速率明显快于DENV RdRP，且其从模板末端从头合成的严谨性亦低于后者，这些特性使其具备开发成普适性RNA复制和扩增工具酶的潜力。
编码RdRP的基因是除少数卫星病毒外RNA病毒唯一共有的基因，因此RdRP是发展广谱抗病毒药物的理想体系。本研究所揭示的机制在多个科属的RNA病毒中都可能具有普适性，PE在引发、延伸及两者间的转换阶段的变构及所涉及的蛋白-蛋白、蛋白-核酸相互作用与变化可为发展新干预策略提供重要参考。武汉病毒所龚鹏研究员、曹晟研究员、吴继芹青年研究员为本文共同通讯作者。武汉病毒所博士后荚恒霞和博士研究生刘顺礼为本文共同第一作者。本研究得到国家重点研发计划、中国科学院先导专项项目、国家自然科学基金等项目的支持，所解析的冷冻电镜结构得到了武汉病毒所冷冻电镜平台的支持，所解析的晶体结构相关的X射线衍射数据于上海光源BL02U1（原BL17U1）线站收集。
论文链接：https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.adv9640
图1. DENV2型（DENV2）和AfuPmV-1的PE变构模式图。DENV2和AfuPmV-1的PE均在RdRP合成四核苷酸产物后发生特征性构象变化，但复合物稳定性表征数据提示后者的变构过程很可能为渐进式。
图2. PE的双功能机制在RNA病毒中很可能具有普适性。左侧为代表性的双链（上）、正链（中）和负链（下）RNA病毒的PE在RdRP处于非延伸状态时的构象；右侧为RdRP延伸复合物中观测到的PE构象。PHI6：噬菌体phi6；CSFV：经典猪瘟病毒；VSV：水疱性口炎病毒；LACV：拉克罗斯病毒；IAV：甲型流感病毒。
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