2020年4月26日訊/
生物谷BIOON/---人們認為新型冠狀病毒SARS-CoV-2（以前稱為2019-nCoV）是在2019年末從一種特徵不明顯的動物宿主傳播到人類。隨後，SARS-CoV-2傳播的震中是中國湖北省武漢市，超過65000例病例發生在該地區。然而，目前已經在110多個國家發現了感染病例，美國、義大利和西班牙目前正在大規模爆發疫情。了解SARS-CoV-2的哪些特徵是它感染人體細胞所必需的，應當能夠提供對病毒傳播性和發病機制的新見解，並可能揭示出進行幹預的靶標。
冠狀病毒的刺突蛋白（S）被整合到病毒包膜中，促進病毒進入靶細胞。為此，S蛋白的表面單元S1與細胞受體結合，而它的跨膜單元S2促進病毒包膜與細胞膜融合。膜融合依賴於宿主細胞蛋白酶在S1/S2和S2′位點對S蛋白進行切割（圖1A），從而導致S蛋白激活。S蛋白切割可以發生在受感染細胞的構成性分泌途徑中，也可以發生在病毒進入靶細胞的過程中，對病毒感染性至關重要。因此，負責這種切割的酶構成了抗病毒幹預的潛在靶點。
之前的研究已顯示揭示可激活多種冠狀病毒的細胞絲氨酸蛋白酶TMPRSS2的活性也是SARS-CoV-2強勁感染人肺細胞所必需的。
然而，可以想像，其他細胞蛋白酶的活性也是必要的。因此，中東呼吸症候群（MERS）冠狀病毒（MERS-CoV）刺突蛋白（MERS-S）通過兩個步驟激活：在受感染細胞中，MERS-S在S1/S2位點首先被弗林蛋白酶（furin）切割，這是隨後在病毒進入肺細胞過程中，MERS-S在S2'位點上遭受TMPRSS2介導的切割所需的（圖1A）。一種組織蛋白酶B/L（cathepsin B/L）依賴性的輔助激活途徑在許多TMPRSS2陰性細胞系中發揮作用，但在肺部的病毒靶細胞中似乎不存在，這是因為TMPRSS2依賴性的S蛋白激活對於MERS-CoV和SARS-CoV在感染宿主中的強健傳播和發病是必不可少的。
SARS-CoV-2中的S1/S2位點形成了一個暴露的環（圖1B），這種暴露環攜帶著多個精氨酸殘基（multibasic），這多個精氨酸殘基在SARS-CoV相關的冠狀病毒（SARSr-CoV）中沒有發現，但在人類冠狀病毒OC43、HKU1和MERS-CoV中存在（圖1C）。然而，這個多精氨酸切割位點對SARS-CoV-2感染人細胞的貢獻是未知的。
圖1.圖片來自Molecular Cell, 2020, doi:10.1016/j.molcel.2020.04.022。
在一項新的研究中，來自德國哥廷根大學和德國靈長類動物中心-萊布尼茲靈長類動物研究所的研究人員針對這一點進行了探究。相關研究結果以論文手稿的形式在線發表在Molecular Cell期刊上，論文標題為「A multibasic cleavage site in the spike protein of SARS-CoV-2 is essential for infection of human lung cells」。
這些研究人員發現弗林蛋白酶在S1/S2位點上切割S蛋白，而且這種切割對於S蛋白介導的細胞-細胞融合和人肺細胞進入至關重要。此外，優化S1/S2位點可增加細胞-細胞融合，但不增加病毒-細胞融合，這表明相應的病毒變體可能表現出增加的細胞-細胞傳播和潛在的毒力改變。這些研究結果表明S1/S2多精氨酸切割位點的獲得對於SARS-CoV-2感染人類來說是至關重要的，並確定了弗林蛋白酶作為治療幹預的潛在靶點。
這些研究人員揭示了SARS-CoV-2和MERS-CoV的蛋白酶解激活之間的共同點。這兩種病毒都依賴於弗林蛋白酶介導的S蛋白在S1/S2位點上的事先切割，以便S蛋白隨後在不能強勁表達組織蛋白酶L的肺細胞中被TMPRSS2激活。因此，針對弗林蛋白酶和TMPRSS2的抑制劑可能被認為是COVID-19的治療選擇，而且近期人們已經描述了一種TMPRSS2抑制劑可阻斷SARS-CoV-2感染。關於弗林蛋白酶抑制，必須考慮到與TMPRSS2不同的是，弗林蛋白酶是正常發育所需的。因此，對這種酶的長期阻斷可能與意想不到的毒性作用有關。相比之下，短暫的治療可能會有很好的耐受性，並且仍然具有治療作用。
對於甲型
禽流感病毒來說，病毒血凝素蛋白中的多精氨酸切割位點是這種病毒的核心毒力因子。因此，具有單精氨酸切割位點的病毒可被TMPRSS2或相關蛋白酶激活，其表達譜局限於上呼吸消化道。因此，病毒的複製僅限於這些器官，不會導致嚴重的疾病。相反之下，具有多精氨酸切割位點的病毒可被廣泛表達的前蛋白轉化酶（包括弗林蛋白酶）激活，因此可以進行全身性傳播並導致大規模疾病。在冠狀病毒感染的背景下，S蛋白的可切割性已被確定為人畜共患病的一個決定因素。因此，SARS-CoV-2 S蛋白（SARS-2-S）中存在一個高度可切割的S1/S2位點可能並不意外。
然而，值得注意的是，目前在蝙蝠和穿山甲中發現的所有SARS-CoV-2相關冠狀病毒都含有一個單精氨酸切割位點。因此，確定SARS-CoV-2如何獲得這個多精氨酸基序將是一件有趣的事情，而且近期的一項研究提出重組事件可能是原因之一。
總之，這些研究結果表明多精氨酸S1/S2切割位點是SARS-2-S驅動的TMPRSS2陽性肺細胞進入是必不可少的。把這些研究拓展到原代人類呼吸道上皮細胞和真正的SARS-CoV-2將是非常有趣的，這需要一種反向遺傳學系統，而這項新的研究尚不具備這樣的反向
遺傳學系統。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：Markus Hoffmann et al. A multibasic cleavage site in the spike protein of SARS-CoV-2 is essential for infection of human lung cells. Molecular Cell, 2020, doi:10.1016/j.molcel.2020.04.022.