SARS-CoV-2的出现导致全球80000多例感染和2700多例死亡。冠状病毒刺突(S)糖蛋白促进病毒进入细胞,是抗体的主要靶标。因此,解析SARS-CoV-2病毒的S蛋白的结构,对于了解病毒的致病机制和疫苗的设计和开发具有重要的指导意义。

  2020年3月1日,华盛顿大学David Veesler团队在Cell 在线发表题为“Structure, function and antigenicity of the SARS-CoV-2 spike glycoprotein”的研究论文,该研究显示SARS-CoV-2 S使用ACE2进入细胞,并且SARS-CoV-2 S与ACE2的结合能力明显高于SARS-CoV S与人ACE2的亲和力,这突出了SARS-CoV-2的该传染性。SARS-CoV-2 S糖蛋白在S1 / S2亚基之间的边界处具有furin蛋白酶切割位点,该位点在生物发生过程中被处理,并将这种病毒与SARS-CoV和SARS相关的CoV分开。

  该研究确定了SARS-CoV-2 Sectodomain三聚体的冷冻电镜结构,为疫苗和病毒进入抑制剂的设计提供了蓝图。最后,该研究证明了SARS-CoV S鼠多克隆抗体有效地抑制了SARS CoV-2 S介导的细胞进入,表明接种疫苗后可以诱导靶向中和的S抗原决定簇的交叉中和抗体。

  另外,2020年2月20日,美国得克萨斯大学奥斯汀分校的McLellan团队在Science 在线发表题为“Cryo-EM Structure of the 2019-nCoV Spike in the Prefusion Conformation”的研究论文,该研究通过冷冻电镜解析了新冠病毒2019-nCoV侵染细胞的关键组分刺突糖蛋白(S蛋白)的3.5Å分辨率的结构,并表明2019-nCoV S结合细胞上的ACE2受体的亲和力比SARS-CoV S高10-20倍,这暗示新冠病毒传染性可能高于SARS病毒。

  2020年2月3日,Nature 杂志在线发表了中国科学院武汉病毒研究所石正丽团队题为“Pneumonia outbreak is associated with a novel coronavirus of likely bat origin”的研究论文。该研究发现新型冠状病毒SARS-CoV-2为此次肺炎的病原体,同时发现SARS-CoV-2病毒与SARSr-CoV有高度的序列相似性;

  然后,该做了进化树分析发现在整个基因组水平上,SARS-CoV-2与蝙蝠冠状病毒的同源性为96%,证实了蝙蝠可能是该新型冠状病毒的自然宿主。此外,最为重要的是,该研究从分子水平揭示这种新型冠状病毒的S蛋白与SARS冠状病毒一样,使用相同的细胞受体--血管紧张素转换酶(ACE2)进入细胞,说明了SARS-CoV-2与SARS冠状病毒的致病机制相同。因此,解析SARS-CoV-2病毒的S蛋白的结构,对于了解病毒的致病机制和疫苗的设计和开发具有重要的指导意义。

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结构比较

  在该研究中,显示SARS-CoV-2 S使用ACE2进入细胞,并且SARS-CoV-2 S与ACE2的结合能力明显高于SARS-CoV S与人ACE2的亲和力,这突出了SARS-CoV-2的该传染性。

  该研究鉴定出在SARS-CoV-2 S的S1 / S2边界存在意外的furin蛋白酶切割位点,该位点在生物合成过程中被切割,这是一种将该病毒与SARS-CoV和SARSr-CoV分开的新特征。如一些高致病性禽流感病毒和致病性新城疫病毒的报道,这种切割基序的缺失会影响SARS-CoV-2 S进入VeroE6或BHK细胞的效率,但可能有助于扩大该病毒的传播性。

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SARS-CoV-2 S N联糖基的组织

  另外,该确定了SARS CoV-2 S胞外域三聚体的冷冻电子显微镜结构,并揭示了它采用了多个构象,这使人联想到先前有关SARS CoV S和MERS-CoV S的报道。最后,该研究证明了SARS-CoV S小鼠多克隆血清有效抑制SARS-CoV-2 S病毒进入靶细胞。总而言之,这些结果为设计疫苗提供了途径,该疫苗引发了针对SARS-CoV-2,SARS-CoV和SARSr-CoV的广泛保护。


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