新出现和重新出现的病毒是对全球公共卫生的重大威胁。2020年年初，中国武汉市报告了一系列人类肺炎病例，2月11日，世界卫生组织总干事谭德塞博士在例行新闻通报会上宣布了由新型冠状病毒引发的疾病的正式名称：2019冠状病毒病，英文缩写COVID-19 （Corona Virus Disease 2019）。

COIVD-19病毒属于冠状病毒，冠状病毒属的病毒是具有囊膜、基因组为线性单股正链的RNA病毒，是自然界广泛存在的一大类病毒。冠状病毒具有包膜结构，包膜上存在棘突，不同的冠状病毒的棘突有明显差异。

COIVD-19病毒被国际病毒分类学委员会命名为SARS-CoV-2，SARS-CoV-2病毒是目前已知的第7种可以感染人的冠状病毒，其余6种分别是HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63、HCoV-HKU1、SARS-CoV（引发重症急性呼吸综合征）和MERS-CoV（引发中东呼吸综合征）。

2020年4月9日，中科院微生物研究所严景华研究员和齐建勋研究员联合团队在《Cell》上发表的最新论文“Structural and functional basis of SARS-CoV-2 entry by using human ACE2”该论文揭示了新冠病毒（SARS-CoV-2）利用人类ACE2受体进入细胞的结构基础，对于了解病毒的病理发生有着重要的意义。

冠状病毒颗粒包含4个主要结构蛋白，分别是刺突蛋白（S），膜蛋白（M），囊膜蛋白（E）和核衣壳蛋白（N）。

Spike蛋白(S蛋白)是冠状病毒的四个结构蛋白之一，为细胞表面糖蛋白(surface glycoprotein)，由Spike基因编码，以同源三聚体的形式存在于冠状病毒刺突上，参与受体识别和膜融合等病毒感染过程。hACE2是冠状病毒的功能性受体，S蛋白和hACE2的相互作用促进了冠状病毒入侵。据报道，目前流行的新冠病毒（SARS-CoV-2）的S蛋白的结构与SARS病毒（SARS-CoV）S蛋白的结构高度相似，并且新冠病毒的S蛋白以比SARS病毒的S蛋白更高的亲和力与ACE2结合，表明SAR-CoV-2具有更强的侵袭能力。但到现在为止，SARS-CoV-2 S蛋白中负责hACE2相互作用的区域仍然未知。

文章中，研究人员利用免疫染色和流式细胞仪测定技术，首先鉴定出S1 CTD（SARS-CoV-2-CTD）是SARS-CoV-2中与hACE2受体相互作用的关键区域。

随后，研究者解析出SARS-CoV-2-CTD与hACE2结合在一起时的分辨率为2.5Å的晶体结构，揭示了一种整体上与SARS-CoV RBD（下称SARS-RBD）相类似的受体结合模式。但是，与SARS-RBD相比，SARS-CoV-2-CTD与hACE2形成更多的原子相互作用，这与显示更高的受体结合亲和力的数据相关。

他们还报道了二聚体hACE2-B0AT1与两个SARS-CoV-2-CTD结合在一起时的的低温电镜结构，每个SARS-CoV-2-CTD分子与一个hACE2单体结合，结合界面处的局部分辨率为3.5Å。这项新研究中解析出的SARS-CoV-2-CTD/hACE2复合物晶体结构与这种低温电镜结构完全重叠，在722对Cα原子上的均方根偏差（root mean square deviation, rmsd）为1.019Å。进一步的结构比对表明，在这种复合物中SARS-CoV-2-CTD的晶体结构也与这两个低温电镜结构中的对应物非常吻合，与PDB代码6VSB相关的均方根偏差为0.724Å（暴露状态）和0.742Å（埋入状态），与PDB代码6VYB相关的均方根偏差为0.632Å（暴露状态）和0.622Å（埋入状态）。这些结果表明这种复合物的晶体结构与其各自的低温电镜结构一致，并提供了更详细的结合信息。

考虑到SARS-CoV-2-CTD和SARS-RBD之间的高度序列一致性（sequence identity），在这两种结合相同受体的病毒配体之间进行了原子比较。原子细节揭示了SARS-CoV-2-CTD/hACE2中存在比SARS-RBD/hACE2中更多的相互作用，包括更多参与这种相互作用的残基，更多的范德华力接触，更多的氢键以及更大的埋入表面积。有趣的是，β1'/β2'环是SARS-CoV-2-CTD和SARS-RBD之间变化最大的区域，而且相比于SARS-RBD β1'/β2'环，SARS-CoV-2-CTD β1'/β2'环赋予了SARS-CoV-2-CTD/hACE2更多的相互作用，包括强相互作用，比如芳香族氨基酸-芳香族氨基酸相互作用（aromatic-aromatic interaction）和离子相互作用。最近发表的一篇论文还表明，SARS-CoV-2 S蛋白以比SARS-CoV S蛋白更高的亲和力与hACE2结合，这一点也在这项新的研究中得到证实。

尽管SARS-CoV和SARS-CoV-2在S蛋白上具有>70％的序列一致性，并且都通过CTD结合hACE2，但是在这项新的研究中，这些研究人员发现这两种病毒的CTD在抗原性上是不同的。当使用一组靶向SARS-CoV S1/CTD的mAb时，没有一种mAb能够识别SARS-CoV-2 S蛋白。在这种测试中使用的mAb1和mAb2/mAb3已被确定分别与SARS-CoV S蛋白的330-350和380-399区域结合。但是，通过使用SARS-CoV S1亚基作为免疫原产生的其他三个mAb（B30A38，A50A1A1和C31A12）的结合位点仍然是未知的。与此相一致的是，最近发表的一篇论文也报道了相似的结果，即三个针对SARS-RBD的单克隆抗体S230、m396和80R无法结合SARS-CoV-2。此外，这项新的研究还证实针对SARS-RBD的多克隆抗血清不能识别SARS-CoV-2的S蛋白。对这两种病毒配体的比较表明它们显示出不同的静电势，这可能导致不同的免疫原性，尽管它们显示出相似的蛋白折叠。

考虑到CTD在受体结合中的关键作用，这种受体结合实体代表了一种可用于疫苗开发的理想免疫原。比如，SARS-RBD和MERS-RBD蛋白均被发现可有效诱导中和抗体的产生。但是，鉴于观察到SARS-CoV和SARS-CoV-2之间的抗原性和静电分布存在差异，因此尚不清楚先前开发的基于SARS-RBD的候选疫苗（比如亚基疫苗）是否会赋予有效的SARS-CoV- 2预防。在这篇论文手稿的修改期间，其他研究也已报道了SARS-CoV S在小鼠和患者体内均诱发了多克隆抗体，从而有效地中和了SARS-CoV-2 S蛋白介导的细胞进入。值得注意的是，SARS-CoV和SARS-CoV-2之间的S2区域具有较高的序列一致性（大约90％），并且还包含中和表位。因此，针对S蛋白的SARS-CoV疫苗预防SARS-CoV-2的功效需要进一步评估和研究。

这项研究使用到了这项研究使用到了碧云天最值得信赖的细胞核荧光染料DAPI对转染了pEGFP-N1-hACE2及pEGFP-C1-hCD26的HEK293T细胞并与病毒上清液共培养后进行细胞核染。

此外，为助力该冠状病毒的研究，碧云天最近推出助力新冠病毒研究新冠质粒专场，提供刺突蛋白（S），膜蛋白（M），囊膜蛋白（E）和核衣壳蛋白（N）这四种新型冠状病毒结构蛋白以及ACE2蛋白的表达质粒以及ACE2高品质兔单抗。

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文章链接：

Structural and Functional Basis of SARS-CoV-2 Entry by Using Human ACE2DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.03.045