解析Science新冠病毒论文：S蛋白电镜图首次公布，有助开发新冠疫苗

walysj

今日发表在《科学》上的新研究中，来自美国得克萨斯大学和NIH的研究职员初次利用冷冻电镜展示了新冠病毒刺突卵白的分子布局。该研究已于2月16日发表在预印本网站bioRxiv，并快速通过同行审议发表于《科学》期刊。研究共发现和提出了3个关键点：
再度确认冠状病毒的刺突卵白布局是疫苗应对的关键区域；
2019-nCoV的刺突卵白与细胞ACE2受体亲和力要高于SARS-CoV；
特异性针对SARS-CoV刺突卵白受体结合布局域（RBD）的多克隆抗体不能与2019-nCoV结合，两种病毒的抗体具有限定性。
包罗中科院上海巴斯德研究所郝沛团队等利用基因序列举行建模、石正丽团队在《自然》发文的细胞水平实验在内，此前已经有多项研究从差别的角度证明，与SARS-CoV一样，2019-nCoV同样是利用刺突卵白与ACE2受体作用来感染人体细胞。
刺突卵白（S Protein）根据卵白布局功能可以被分成两个功能单位：S1和S2卵白亚基。S1能够促进病毒结合到宿主细胞受体的本事，其含有一个告急的C端受体结合布局域（receptor-binding domain，RBD），正是这个位置负责和受体结合。
在之前的盘算机模子分析中，新型冠状病毒和SARS的刺突卵白同源性较低，两种病毒刺突卵白的氨基酸序列相似度只有76.47%。但是两种病毒RBD布局域的有一些基因区域与SARS有高度的同源性。此中SARS感染的5个关键位点中，有1个被新型冠状病毒保存，别的4个有氨基酸的替换和变革。
新型冠状病毒刺突卵白中与ACE2卵白结合的5个关键氨基酸有4个发生了变革，但其维持了SARS病毒刺突卵白与ACE2卵白作用的原布局构象。这说明，新型冠状病毒仍是通过与SARS相同的受体和机制举行病毒感染和流传。
而发表于《科学》的新研究指出，新型冠状病毒利用高度糖基化的同源三聚体刺突卵白进入宿主细胞。这一病毒融合（fusion）过程中，刺突卵白会履历布局变革，包罗病毒的S1亚基结合到宿主细胞受体上，让刺突卵白的三聚体产生不稳固性，进而造成S1亚基脱落，S2亚基形成高度稳固的融合后（post-fusion）布局。
通过布局分析，研究发现S1亚基中的RBD会履历铰链式运动，其移动特点与SARS-CoV以及MERS-CoV均非常相似。通过这种运动，刺突卵白可以临时潜伏或袒露受体结合的关键位点。这两种状态被称为“下”构象和“上”构象，此中，“下”构象对应的是受体不可结合状态，“上”构象对应受体可结合状态，受体可结合状态较为不稳固，因此是疫苗针对的绝佳位点。

基于在SARS-CoV获取刺突卵白的相干经验以及公开的新冠病毒序列，研究者在实验室细胞中获取了2019-nCoV的预融合（prefusion）刺突卵白，并通过纯化后利用冷冻电镜展示了其3.5埃清晰度的高清布局图。
研究还展示了S1亚基举行铰链式运动时的动态图，这种运动和SARS-CoV和MERS-CoV等beta-冠状病毒，乃至和一些种属更远的alpha-冠状病毒非常靠近。该发现证明白新冠病毒的感染机制符合其他冠状病毒的特征。

分别从顶部和侧面观测的S1亚基运动
别的，研究指出2019-nCoV和蝙蝠冠状病毒RaTG13在S卵白序列上有98%的相似性。氨基酸残基变异出现在了S1/S2亚基毗连处，而且29个残基变异中17个出现在RBD区域。研究根据61个可用的刺突卵白序列与已有数据库举行了比力，只发现了9种氨基酸取代物能与2019-nCoV比对得上，但这9中氨基酸取代物都很保守，对于改变新冠病毒刺突卵白布局和功能，作用非常有限。

由于ACE2是刺突卵白的结合部门，因此，研究比对了2019-nCoV与SARS-CoV刺突卵白与ACE2的亲和力。结果显示，2019-nCoV与ACE2的亲和力是SARS-CoV的10~20倍。而且作者制造了ACE2的布局与刺突卵白结合图，冷冻电镜下，其结合形式与SARS-CoV高度相似。研究指出，新冠病毒刺突卵白与ACE2的高亲和性，很可能有助于其产生高度人传人的感染性。

研究末了测试了目前发表的3种针对SARS-CoV RBD区域的多克隆抗体，不外，只管两种病毒有很高的同源性，但是这三种与SARS-CoV RBD区域能精密结合的多克隆抗体，在新冠病毒中完全没有结合力。这一结果暗示着，SARS-CoV研究中的抗体或许对2019-nCoV并没有作用，需要针对新冠病毒的特异性来重新计划新抗体。
不外，在冷冻电镜图公布于世的情况下，就能根据新冠病毒刺突卵白布局制作“探针”，并从康复者血液中特异性地分离有效抗体制成疫苗。
原始论文：
Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation
https://science.sciencemag.org/content/early/2020/02/19/science.abb2507/tab-figures-data

clg176

新型冠状病毒利用高度糖基化的同源三聚体刺突卵白进入宿主细胞