新冠病毒首個蛋白結構成功解析

為應對新型冠狀病毒（2019-nCoV）暴髮帶來的大流行威脅，WHO將此事件宣布為「國際關注的突發公共衛生事件」(PHEIC)，冠狀病毒的刺突糖蛋白（The CoV spike (S) glycoprotein）是應急疫苗、治療性抗體的研發和臨床診斷的關鍵靶點。

2月16日，來自美國德克薩斯大學奧斯汀分校的Jason S. McLellan研究團隊在生物學預印本BioRxiv上發表文章Cryo-EM Structure of the 2019-nCoV Spike in the Prefusion Conformation，通過冷凍電鏡技術解析了新冠病毒侵染機體的關鍵組分——S蛋白的近原子解析度結構，揭開關鍵分子受體利於提高對傳染致病力的認識，並有針對性地設計特效藥和疫苗；研究者還利用其生物物理和結構證據表明新冠病毒結合人體ACE2（宿主細胞受體血管緊張素轉化酶2）與親和力高於SARS病毒；並且測試了三種研發用於結合SARS-CoV突刺蛋白的單克隆抗體，發現這些抗體對2019-nCoV突刺蛋白均無效。

新冠病毒主要利用S蛋白進入宿主細胞，根據其基因組序列，研究人員在體外表達出S蛋白，並通過親和層析和凝膠排阻層析進行體外蛋白純化，採用冷凍電鏡獲得其3.5 A高解析度的結構（圖1），其作用結構域的動態變化會影響S1和S2亞基的構象。通過對該結構的分析，研究者們們發現S1亞基中的RBD會進行鉸鏈狀運動，此移動特點在SARS-CoV、MERS-CoV和豬流行性腹瀉病毒結構運動中均出現過。但新冠病毒中RBD（Receptor-binding domain）結構更接近於S蛋白三聚體的中心點，其中1個RBP會產生向上螺旋突出狀，從而使S蛋白形成可輕易與宿主受體ACE2結合的空間構象，這也說明此結構可能是新冠肺炎病毒別比SARS病毒傳染性更強的原因之一。

▲圖1 A 2019nCoV主結構示意圖

B 新型冠狀病毒預融合結構圖

研究者們通過進行動力學檢測進一步確認了新型冠狀病毒結合ACE2的親和力要遠高於SARS病毒的親和能力（>10~20倍）（圖2），進一步解釋了該病毒能夠快速人傳人的原因。

▲圖2 新型冠狀病毒對於人體ACE2具有高親和性

研究人員還通過測試3種已發表的SARS-CoV RBD特異性單克隆抗體（S230、m396和80R），發現它們與2019-nCoV突刺蛋白沒有明顯的結合，這表明兩種病毒RBD之間的抗體交叉反應性可能受到限制，該結果與為新型冠狀病毒S蛋白作為未來抗體分離與臨床治療方案的設計提供了重要的理論參考基礎。

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.02.11.944462v1

來源|BioArt、健康學人

編輯|Naomi

本文轉自病毒學界。