核心提示

　　01 這項(xiàng)最新的研究發(fā)現(xiàn)，新冠病毒在關(guān)鍵的受體結(jié)合氨基酸位點(diǎn)與SARS病毒大同小異。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這項(xiàng)研究為治療性抗體藥物開(kāi)發(fā)以及疫苗的設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　02 這些研究將有利于科學(xué)家篩選能夠阻止病毒與人體結(jié)合的抗體或小分子藥物。下一步的工作重點(diǎn)是基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)篩選能夠阻止RBD與ACE2結(jié)合的抗體或者小分子藥物。

　　新冠病毒如何進(jìn)入人體？近日，國(guó)內(nèi)外多家實(shí)驗(yàn)室試圖從近原子層面破解謎團(tuán)。當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月19日，清華大學(xué)生命學(xué)院王新泉課題組和醫(yī)學(xué)院張林琦課題組在生命科學(xué)預(yù)印本網(wǎng)站BioRxiv（為經(jīng)同行評(píng)議）發(fā)表論文，利用X射線衍射技術(shù)，解析了新冠病毒表面刺突蛋白受體結(jié)合區(qū)（RBD）與人受體血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（ACE2）復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。

　　該團(tuán)隊(duì)獲得的復(fù)合物結(jié)構(gòu)分辨率為2.45埃，是截至目前多家實(shí)驗(yàn)室中獲得的最高分辨率。研究團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)確定位出新冠病毒RBD和受體ACE2的相互作用位點(diǎn)。

　　病毒要進(jìn)入人體細(xì)胞，必須找到人體細(xì)胞上相應(yīng)的受體蛋白。因此受體就好比是一把“鎖”，得有相應(yīng)的“鑰匙”才能打開(kāi)，而后病毒才能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。新冠病毒針對(duì)ACE2受體的“鑰匙”就是刺突蛋白，即S蛋白。

　　這項(xiàng)最新的研究發(fā)現(xiàn)，新冠病毒在關(guān)鍵的受體結(jié)合氨基酸位點(diǎn)與SARS病毒大同小異。基于深入的對(duì)比分析，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了一些可能造成新冠病毒與SARS病毒傳播差異的氨基酸位點(diǎn)，以及導(dǎo)致針對(duì)SARS病毒的抗體不能夠有效抑制新冠病毒感染的氨基酸位點(diǎn)。

　　王新泉與張林琦實(shí)驗(yàn)室在新發(fā)與再發(fā)病毒感染的分子機(jī)制、中和抗體篩選和鑒定、疫苗開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域開(kāi)展合作近10年。此前曾進(jìn)行中東呼吸道綜合征冠狀病毒（MERS-CoV）抗體MERS-4抗病毒機(jī)制的研究，他們合作取得了一系列國(guó)際前沿性的研究成果。

　　具體來(lái)說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)利用昆蟲(chóng)細(xì)胞體系表達(dá)和純化了新冠病毒 RBD和人ACE2胞外結(jié)構(gòu)域，成功生長(zhǎng)出新冠病毒 RBD-ACE2復(fù)合物的晶體（晶體生長(zhǎng)條件：100 mM MES, pH 6.5, 10% PEG5000mme, 12% 1-propanol）。此后，他們采用X射線晶體學(xué)，利用中國(guó)科學(xué)院上海光源（SSRF）BL17U線站收集了分辨率為2.45埃的衍射數(shù)據(jù)，并解析了這一復(fù)合物的三維空間結(jié)構(gòu)。

　　與ACE2結(jié)合的2019-nCoV RBD的總體結(jié)構(gòu)：ACE2為綠色，2019-nCoV RBD核心為青色，RBM為紅色，2019-nCoV RBD中的二硫鍵顯示為棒狀并用黃色箭頭指示，負(fù)責(zé)結(jié)合的ACE2的N末端螺旋被標(biāo)記

　　值得一提的是，此前美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Jason S. McLellan研究組在《科學(xué)》（Science）雜志正式發(fā)表論文，他們利用冷凍電鏡技術(shù)率先解析了2019-nCoV表面S蛋白的近原子結(jié)構(gòu)。

　　但是，已有的模型中RBD的分辨率不完全，特別是對(duì)于與ACE2直接產(chǎn)生相互作用的受體結(jié)合模體（RBM）。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，對(duì)2019-CoV RBD和ACE2之間相互作用的計(jì)算機(jī)建模已經(jīng)確定了一些可能參與實(shí)際相互作用的氨基酸殘基，但作用的過(guò)程與細(xì)節(jié)仍然難以捉摸。

　　研究團(tuán)隊(duì)此次結(jié)構(gòu)解析得出，2019-nCoV RBD / ACE2和SARS-CoV RBD / ACE2界面在掩埋表面積，相互作用殘基數(shù)和親水相互作用網(wǎng)絡(luò)方面都具有實(shí)質(zhì)上的相似性，但在表面靜電勢(shì)上存在一些差異。

　　盡管這兩種病毒處于乙型冠狀病毒屬的不同遺傳譜系中，但研究者認(rèn)為，這種結(jié)構(gòu)和序列上的相似性有力地證明，2019-nCoV和SARS-CoV的RBD存在著趨同進(jìn)化，從而提高它們與相同的ACE2受體的結(jié)合親和力。

　　團(tuán)隊(duì)還認(rèn)為，既然結(jié)構(gòu)具有相似性，那么ACE2與2019-nCoV和SARS-CoV的RBD之間的結(jié)合親和力也在先前報(bào)道的相同范圍內(nèi)（約為10-60 nM）。

　　而針對(duì)近日McLellan研究組得出的“新冠病毒S蛋白與ACE2的親和力，是SARS病毒S蛋白與ACE2之間親和力10至20倍”的結(jié)論，作者們認(rèn)為，這可能是由于分析中使用的蛋白質(zhì)不同，或其他一些未知原因。

　　事實(shí)上，作者們認(rèn)為，僅考慮結(jié)合的親和力強(qiáng)弱不太能解釋2019-nCoV異常強(qiáng)的傳染性。其他因素，例如2019-nCoV刺突蛋白S1/S2邊界處特有的“ RRAR”弗林蛋白酶切位點(diǎn)，可能在促使其人與人之間快速傳播上起著更重要的作用。

　　值得一提的是，中和抗體被視為免疫系統(tǒng)對(duì)抗病毒感染的策略之一。據(jù)此前的研究，2019-nCoV可以被馬的抗SARS-CoV血清和來(lái)自恢復(fù)期SARS患者的血清交叉中和，這也進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了2019-nCoV與SARS-CoV RBDs的結(jié)構(gòu)相似性。

　　然而，論文提到，迄今為止，針對(duì)SARS-CoV的抗體(m396, S230, 80R和CR3014)還沒(méi)有顯示出對(duì)2019-nCoV S蛋白或RBD有理想的交叉結(jié)合和中和活性。

　　唯一的例外是SARS-CoV特異性人類(lèi)單克隆抗體CR3022，該抗體可以與2019-nCoV RBD有效結(jié)合。不過(guò)，目前尚不確定CR3022在SARS-CoV或2019-nCoV RBDs上的確切抗原表位。

　　在不能與2019-nCoV RBD結(jié)合的3種抗體中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)SARS-CoV RBD-Fab復(fù)合物的高分辨晶體結(jié)構(gòu)解析了其中2種（m396和80R）的表位。通過(guò)將這些表位殘基映射到SARS-CoV RBD序列和2019-nCoV RBD序列，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，和SARS-CoV相比，2019-nCoV RBD上抗體m396的21個(gè)抗原表位有7個(gè)殘基改變，抗體80R的24個(gè)抗原表位則有15個(gè)殘基改變。

　　SARS-CoV中和抗體抗原表位映射：黑點(diǎn)表示m396的表位殘基；紅點(diǎn)表示80R的表位殘基。

　　論文提到，這可能為m396和80R對(duì)2019-nCoV沒(méi)有顯示交叉反應(yīng)提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。然而，2019-nCoV RBD和SARS-nCoV RBD之間確實(shí)存在氨基酸保守性，甚至在更多變的RBM中也存在(上圖)。

　　研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這項(xiàng)研究為治療性抗體藥物開(kāi)發(fā)以及疫苗的設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。張林琦表示，現(xiàn)在疫苗研發(fā)的關(guān)鍵靶點(diǎn)就是針對(duì)新冠病毒的“鑰匙”展開(kāi)的，病毒如何進(jìn)入細(xì)胞這一步非常關(guān)鍵。這些研究將有利于科學(xué)家篩選能夠阻止病毒與人體結(jié)合的抗體或小分子藥物。兩個(gè)團(tuán)隊(duì)下一步的工作重點(diǎn)是基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)篩選能夠阻止RBD與ACE2結(jié)合的抗體或者小分子藥物。

　　但他們同樣強(qiáng)調(diào)，這是一個(gè)相對(duì)漫長(zhǎng)的過(guò)程，因?yàn)槠駷橹鼓軌蛴行б种菩鹿诓《镜奶禺愋钥贵w和藥物都還在篩選和驗(yàn)證過(guò)程中，這需要更多科學(xué)家不斷的努力。

　　值得一提的是，此前的2月17日，西湖大學(xué)周強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)在全球范圍內(nèi)率先報(bào)道了ACE2全長(zhǎng)蛋白的高分辨電鏡結(jié)構(gòu)（2.9埃），2月19日，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步解析出ACE2全長(zhǎng)蛋白與新冠病毒S蛋白R(shí)BD的復(fù)合物電鏡結(jié)構(gòu)（3.5埃）。此外，中科院微生物研究所齊建勛團(tuán)隊(duì)也解析了新冠病毒RBD與ACE2復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)（2.5埃）。

　　上述提及的國(guó)內(nèi)三個(gè)獨(dú)立團(tuán)隊(duì)都選擇在第一時(shí)間將其復(fù)合物的原子坐標(biāo)向全社會(huì)公布，以提高它們的利用率。