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过去二十多年来,新发再发病毒性传染病在世界各地频繁爆发,例如埃博拉病毒（Ebola virus,EBOV）、黄热病毒（Yellow fever virus,YFV）、非洲猪瘟病毒（African swine fever virus,ASFV）以及新型冠状病毒（2019 novel coronavirus,2019-nCoV）等导致的疫情,造成巨大的人员伤亡和经济损失。病毒需要感染特定的宿主细胞才能完成其生命周期,这个过程涉及多个步骤:粘附、入侵、复制、组装和释放。其中,进入宿主细胞内部是病毒生命周期的起点,而正确的组装过程对于形成具有侵染力的病毒粒子至关重要。因此,揭示病毒的入侵与组装过程是全面了解病毒感染、传播和致病机理的基础,也是预防和治疗相关病毒性疾病的重要理论依据。本论文基于冷冻电镜技术研究三种代表性的新发再发病毒的入侵与组装机制。首先,我们关注了给中国猪肉市场造成巨大经济损失的非洲猪瘟病毒。非洲猪瘟病毒作为非洲猪瘟病毒科（Asfarviridae）的唯一成员,是一个拥有复杂多层结构的大型双链DNA病毒（直径约250 nm）。由于庞大的病毒颗粒本身具有较大结构柔性,这给全病毒粒子的高分辨率结构解析提出了巨大挑战。为了解决这一难题,我们利用针对大病毒颗粒开发的分块重构算法（Block-based reconstruction）成功获得了 4.6 A近原子分辨率的病毒衣壳（Capsid）结构。基于衣壳结构以及深入的生物信息学分析,我们鉴定出了多种关键的衣壳蛋白,包括8280 个主要衣壳蛋白（Major capsid protein,MCP）p72,60 个五邻体蛋白（Penton protein）以及至少8340个包含三种不同类型的次要衣壳蛋白（Minor capsid protein）。其中p72是病毒衣壳最主要的成分,以三聚体形式分布在二十面体衣壳外层的平面内;五邻体蛋白构成了衣壳的顶点（Vertex）以协助二十面体组装;三种次要衣壳蛋白位于衣壳内部并形成网络结构,像“胶水”一样连接着相邻的壳粒（Capsomer）,从而稳定整个衣壳结构。这些精细的结构信息增加了我们对于非洲猪瘟病毒粒子的基本构成和组装机制的理解,为后续针对这一病毒的生物学特性研究以及相关抗病毒策略研发奠定了基础。其次,我们聚焦于肠道病毒（Enterovirus,EV）的入侵机制,以B型肠道病毒（EV-B）作为对象展开研究。B型肠道病毒是小RNA病毒科（Picornaviridae）肠道病毒属（Enterovirus）的主要成员,是引起儿童脑炎等严重疾病的病原体。虽然B型肠道病毒在细胞表面的粘附受体（Attachment receptor）CD55已被鉴定出来,但是受体介导病毒入侵的具体过程,特别是其脱衣壳（Uncoating）的触发因素仍不清楚。首先,我们基于CRISPR-Cas9文库筛选鉴定出了人类新生儿Fc受体（Human neonatal Fc receptor,FcRn）是大多数B型肠道病毒的一个通用受体。随后,我们选取B型肠道病毒中毒力较强的埃可病毒6（Echovirus 6,Echo 6）作为模型,利用表面装饰了 FcRn的脂质体在体外重现了病毒的脱衣壳过程。为了进一步理解病毒与受体相互作用的分子基础,我们分别解析了 Echo 6病毒粒子及其与粘附受体CD55或脱衣壳受体FcRn结合的复合体在中性和酸性条件下的一系列高分辨率结构。这些结构系统地展示了两种受体对于病毒入侵的不同作用机制。FcRn通过其FCGRT亚基与病毒颗粒上特殊的“峡谷”（canyon）区域结合,而CD55则结合在“峡谷”外的区域。作为粘附受体,CD55并未引起病毒颗粒的明显构象变化。而脱衣壳受体FcRn则会在酸性条件下触发“峡谷”下方的“口袋因子”（Pocket factor）高效释放以起始病毒脱衣壳过程。这项研究建立了肠道病毒利用两种受体入侵细胞的系统理论,为针对病毒入侵过程设计阻断药物提供了理论依据。最后,针对在巴西等美洲国家流行的黄热病疫情,我们对其病原体——黄热病毒粒子的结构进行了研究。黄热病毒是黄病毒科（Flaviviridae）,黄病毒属（Flavivirus）的代表成员,可引起黄疸、出血热等严重疾病。黄热病毒颗粒表面只有一种囊膜蛋白E（Envelope protein）,负责病毒入侵宿主细胞的整个过程,目前其受体分子仍然未知。利用冷冻电镜单颗粒重构技术,我们解析了黄热病毒减毒疫苗株（YF17D）近原子分辨率三维结构。通过结构分析,我们发现黄热病毒E蛋白具有不同于其他黄病毒的独特组装界面,以此来稳定病毒粒子结构,并且我们鉴定出了若干关键氨基酸位点可能进一步提高病毒粒子的稳定性。此外,我们还发现黄热病毒E蛋白上的150-loop区缺乏在其它黄病毒中高度保守的糖基化位点。这一位点对于一些相关病毒的受体识别具有关键作用,从而可能影响病毒的宿主嗜性（host tropism）和毒力。这些发现为理解黄热病毒粒子的稳定性和致病力提供了新的结构基础,对于疫苗改造和开发新型治疗手段以及病毒特异性检测工具具有重要指导意义。综上所述,我们通过结构生物学和生化细胞实验手段研究了三种新发再发传染性病毒的入侵和组装机制,为新型抗病毒药物和治疗方法的研发提供了坚实基础。