新冠病毒S蛋白与ACE2的亲和力是SARS的10-20倍(2)

新型冠状病毒S蛋白的整体结构类似于SARS冠状病毒S蛋白的结构，其二者在超过959个Cα原子上的均方根偏差（RMSD）为3.8埃（A），它们之间在结构上最大的差异是其各自“向下”构象中受体结合结构域位置之间的构象差异，处于“向下”构象的SARS冠状病毒受体结合结构域能与相邻原聚体的N末端结构域紧密结合，而新型冠状病毒的的受体结合结构域的角度则更接近同源三聚体的中心腔位置；尽管存在一定的构象差异，但当新型冠状病毒S蛋白的单一结构域与SARS冠状病毒S蛋白对应结构域对齐时，它们就能够反映两种蛋白之间较高程度的结构同源性。

新型冠状病毒与蝙蝠冠状病毒RaTG13的S蛋白的序列同源性大约为96%，最明显的变化源于S1/S2蛋白酶切割位点的插入，从而导致新型冠状病毒出现了“RRAR”成对碱性氨基酸蛋白酶的识别位点，而不是SARS冠状病毒中的单一精氨酸位点；目前研究人员已经在流感病毒中观察到了类似的现象，即在高毒性禽流感病毒和人流感病毒中的相关位置所发现的能产生多元成对碱性氨基酸蛋白酶位点的氨基酸插入。除了S1/S2连接处插入的残基外，新型冠状病毒的S蛋白和RaTG13的S蛋白之间还存在29个可变的残基，其中17个残基位置能够映射到受体结合结构域中；随后研究人员分析了来自全球共享禽流感数据倡议组织（GISAID）中61个可用的新型冠状病毒S蛋白的序列，结果发现，所有序列中仅存在9个氨基酸的替换，大部分替换都是保守性的，而且研究者预测，其也不会对新型冠状病毒的S蛋白的功能或结构产生明显影响。

有研究表明，新型冠状病毒的S蛋白和SARS冠状病毒S蛋白拥有相同功能的宿主细胞受体，即血管紧张素转换酶2（ACE2，angiotensin converting enzyme2），这就促使了研究人员通过表面等离子体共振技术（SPR，surface plasmon resonance）来研究介导这种相互作用的动力学特性，让研究人员惊讶的是，ACE2与新型冠状病毒S蛋白胞外域结构之间结合的亲和力为15 nM（平衡解离常数），其是ACE2与SARS冠状病毒S蛋白胞外域结构之间结合亲和力的10-20倍。 此外，研究人员还制造了ACE2与新型冠状病毒S蛋白胞外域结合的复合体，并利用负染色电镜技术对其进行观察，结果发现，该复合体与SARS冠状病毒S蛋白-ACE2复合体的结构（利用高分辨率的冷冻电镜技术观察）非常相似；新型冠状病毒对人类ACE2的高亲和力或许有助于解释为何该病毒易于在人与人之间进行传播扩散，但后期还需要研究人员进一步深入研究来阐明。

新型冠状病毒S蛋白和SARS冠状病毒S蛋白之间总体的结构同源性和共享受体使用或能帮助我们检测已经公布的SARS冠状病毒受体结合结构域定向单克隆抗体与新型冠状病毒受体结合结构域之间的交叉反应特性；目前研究者已经对新型冠状病毒受体结合结构域的SD1片段（S蛋白残基319-591）进行了重组表达，并利用生物层干涉技术（BLI）测定ACE2的结合水平来证实这种重组体的折叠状况，随后研究者利用BLI来评估SARS冠状病毒受体结合结构域定向单克隆抗体S230、m396和80R的交叉反应特性。尽管新型冠状病毒和SARS冠状病毒的受体结合结构域之间的结构同源性程度较高，但在1uM的测定浓度下，研究者并未发现上述三种抗体与新型冠状病毒受体结合结构域的结合，尽管三种抗体的抗原表位仅代表了新型冠状病毒受体结合结构域较小比例的表面面积，目前缺乏研究证据表明，SARS定向的单克隆抗体不一定具有交叉反应性，而后期研究人员或许也能利用新型冠状病毒的S蛋白作为探针来进行抗体的分离和治疗研究等工作。

新型冠状病毒在全球的传播扩散促使WHO将其认定为国际公共卫生紧急事件，目前研究人员迫切需要开发出针对该病毒的新型疫苗和治疗手段，而在原子水平下阐明新型冠状病毒S蛋白的精细化结构或有望帮助后期开发出新型抗病毒疗法和疫苗。

参考资料：

Daniel Wrapp， Nianshuang Wang， Kizzmekia S. Corbett， et al. Cryo-EM Structure of the 2019-nCoV Spike in the Prefusion Conformation， bioRxiv (2020) doi：10.1101/2020.02.11.944462

原标题：深度解析为何新型冠状病毒更易于在人间传播扩散 病毒S蛋白与宿主细胞受体ACE2的亲和力竟是SARS的10-20倍！