美國哈佛大學再一次細化新冠病毒感染人體的「輸入口」

新型冠狀病毒肺炎疫情的席捲給世界帶來巨大恐慌，在這場全球人員抗擊疫情的阻擊戰中，科研人員加緊對病毒診斷、疫苗研發、藥物治療的研發工作。經過一段時間艱苦努力，我國疫情防控形勢持續向好。然而，英國出現的變異新型冠狀病毒（以下簡稱「新冠病毒」）感染已超千例，讓人十分擔憂。這些新的變異新冠病毒的傳染性極強，似乎比此前在英國發現的變異新冠病毒要複雜很多。英國COVID-19基因組學聯盟的研究成員表示，在新出現的變異病毒毒株的刺突糖蛋白上發現多個變異，令人詫異，這難道是本次英國變異新冠病毒傳染性極強的原因？這就需要研究人員更深入了解病毒蛋白與相關宿主因子的結構-功能關係。

作為新冠病毒感染人體的「輸入口」，刺突糖蛋白一直是研究人員關注的焦點。刺突糖蛋白是錨定在病毒膜中的高度糖基化的I型膜蛋白。它首先以三聚體的前體產生，隨後被弗林蛋白酶樣蛋白酶切割受體結合片段S1和融合片段S2。S1中的受體結合域（RBD）與宿主細胞受體血管緊張素轉換酶2（ACE2）結合，並被絲氨酸蛋白酶、跨膜絲氨酸蛋白酶2（TMPRSS2）在S2』位點進行水解切割。內體半胱氨酸蛋白酶組織蛋白酶B和L（CatB/L）的S2'位點可觸發S1的解離和S2融合後構象的形成。其中，S2融合後構象是由七肽重複序列1（HR1）和七肽重複序列2（HR2）形成的三聚體髮夾結構。這些大型結構重排將病毒和細胞膜聚集在一起，導致病毒與宿主的融合。

然而，新冠病毒全長野生型刺突糖蛋白的融合前和融合後狀態仍然處於未知狀態。為了能夠深入了解刺突糖蛋白的動態構象，美國哈佛大學醫學院波士頓兒童醫院的陳冰課題組純化了全長新冠病毒刺突糖蛋白結構，並確定了融合前和融合後構象的冷凍電鏡結構，加深了我們對刺突糖蛋白功能的了解。

融合前構象的全長刺突糖蛋白的整體結構與已發表的可溶性刺突糖蛋白三聚體的結構非常相似，被C-端foldon三聚化標籤、HR1和中央螺旋（CH）交界處的2個替代脯氨酸穩定。N末端、幾個外圍環和在可溶性三聚體結構中不可見的聚糖是有序的。S1片段的N-端結構域（NTD）、RBD、C-端結構域1（CTD1）和C-端結構域2（CTD2）緊緊圍繞三重軸，覆蓋S2片段。S1/S2邊界處的弗林蛋白酶切割位點處於表面暴露且無序的環中。S2片段的構象與以前的三聚體結構幾乎相同，大部分多肽鏈堆積在由CH形成的中心三鏈捲曲螺旋周圍。該研究顯示的結構與已發表的三聚體結構不同的是，緊接融合肽下遊的S2中有一個約25個殘基的片段（圖1）。

圖1 低溫冷凍電鏡結構顯示新冠病毒刺突糖蛋白融合前構象

新冠病毒刺突糖蛋白融合後構象的總體結構與昆蟲細胞中產生的鼠肝炎病毒（MHV）的S2胞外域衍生的公開結構幾乎相同。HR1和CH形成了一個異常長的中央三鏈螺旋線圈。子結構域（subdomain）與S1/S2-S2'片段中的一個片段（殘基718至729）一起形成三鏈的β摺疊結構，該結構在融合前和融合後構象中是一樣的。在融合後狀態下，殘基1127至1135與連接器βsheet相連，將其擴展為四股，C-端HR2突出於病毒包膜。S1/S2-S2'片段中的另一個片段（殘基737至769）組成三個螺旋區，這些螺旋區由兩個二硫鍵鎖定，這些二硫鍵堆積在盤繞線圈的CH部分的凹槽上，形成一個短的六螺旋束結構。然而，該研究尚不清楚S2'位點是否被切割，因為它位於跨越142個殘基的無序區域。S1/S2-S2'片段是融合後結構中不可或缺的一部分，無論S2'位點是否發生切割，S1/S2-S2'片段都不會解離。HR2的N-端區域為螺旋構型，並且緊靠HR1線圈的凹槽。HR2的C端區域形成一個較長的螺旋，該螺旋由第二個六螺旋束結構以及其餘的HR1盤繞線圈組成（圖2）。

圖2 低溫冷凍電鏡結構顯示新冠病毒刺突糖蛋白S2融合後構象

原文連結：https://science.sciencemag.org/content/369/6511/1586