撰文 | Leon
责编 | 雪月
SARS-CoV-2是第七个感染人的冠状病毒[1]。SARS-CoV-2的基因组与SARS-CoV的同源性达到80%[2]，主要的非同源区域编码了spike蛋白等一些结构蛋白和ORF3a/3b等一些辅助蛋白。两种CoV还有许多其他的不同之处。例如，SARS-CoV-2的致死率低于SARS-CoV，但传播能力更强[3]。造成这种差异的原因可能在于，两种CoV对细胞的黏附和入侵能力不一样。
在2020年4月14日，bioRxiv上发布了一篇题为Glycosaminoglycan binding motif at S1/S2 proteolytic cleavage site on spike glycoprotein may facilitate novel coronavirus (SARS-CoV-2) host cell entry的文章。该文章指出SARS-CoV-2的spike蛋白除了会与细胞表面的ACE2结合，还会结合细胞表面的聚糖分子以辅助入侵，比如糖胺聚糖（glycosaminoglycans，GAGs）[4]，和唾液酸化的聚糖等。其中，硫酸乙酰肝素（heparan sulfate，HS）是哺乳动物最丰富的GAG。一些CoV会利用HS和唾液酸对细胞进行预先的低亲和力的黏附，从而提高细胞膜表面的病毒浓度，然后再与特定的高亲和力受体结合，启动细胞入侵。
2020年5月10日，University of Georgia/Utrecht University的Geert-Jan Boons课题组（下称“美国组”）在预印本网站bioRxiv上传了题为SARS-CoV-2 spike protein binds heparan sulfatein a length- and sequence-dependent manner的论文。研究者采用microarray的方法，分析了SARS-CoV-2 spike蛋白受体结合域（RBD）对不同HS的结合差异，强调了细胞表面聚糖对SARS-CoV-2黏附和入侵的重要性。
巧合的是，2020年5月17日，中国医学科学院/北京协和医学院的谭忠平和崔胜课题组（下称“中国组”）也在bioRxiv上传了类似的研究。在这篇题为Binding of the SARS-CoV-2 Spike Protein toGlycans的论文里，研究者采用microarray加上分子动力学模拟，分析了SARS-CoV-2 spike蛋白的S1亚基和RBD对不同HS和唾液酸的结合差异。
首先，两篇文章的研究人员都用了microarray测试了SARS-CoV-2 spike蛋白的RBD（319-541位氨基酸）对不同HS的结合。不一样的是，美国组还测试了完整的SARS-CoV-2 spike蛋白（1-1213位氨基酸），而中国组没用完整的spike蛋白，而是spike蛋白的S1亚基（16-685位氨基酸）。最后得到的结论类似，HS的链长度、硫酸化程度和硫酸化的位置影响结合，HS的单糖成分对结合的影响不大，并且发现RBD决定了spike蛋白对HS的特异性结合。此外，中国组用microarray实验证实，SARS-CoV-2 spike蛋白的S1亚基和RBD都不与唾液酸化的聚糖结合。
两篇文章都使用了表面等离子体共振（SPR）来测量结合的亲和力，中国组测的RBD与肝素（也是一种HS）结合的KD约626uM，美国组测得spike与肝素结合的KD为55nM。之前的分子动力学模拟研究表明，除了RBD，HS还会结合在S1/S2酶切位点附近[4]。基于此，美国组提出，spike与HS的序列特异性结合是由RBD介导的，而HS在S1/S2酶切位点的结合提高了spike与HS的亲和力。
最后，中国组的实验者用分子对接的方法分析另一种高亲和HS分子与RBD可能的结合模式。对接的结果显示，HS结合位点与ACE2结合区域不重合，与一株抗体CR3022的结合区域也不一样（图1）。
图1. 分子对接的结果显示了HS与RBD的结合
总结一下，这两项工作再次表明，细胞表面的硫酸乙酰肝素可能促进了SARS-CoV-2 spike蛋白与ACE2的结合，促进病毒进入细胞（图2），也说明了硫酸乙酰肝素是潜在的抗病毒靶点。
图2. SARS-CoV-2侵染细胞的可能机制示意图
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.04.14.041459v1.full.pdf
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.05.17.100537v1.full.pdf
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.05.10.087288v1.full.pdf
制版人：嘉
参考文献
1. Zhu, N.et al. A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. The New England journal of medicine 382, 727 727-733, doi:10.1056/NEJMoa2001017 (2020).
2. Chan, J.F. et al. A familial cluster of pneumonia associated with the 2019 novel coronavirus indicating person-to-person transmission: a study of a family cluster. Lancet(London, England) 395, 514, 514-523, doi:10.1016/s0140-6736(20)30154-9 (2020).
3.Ceccarelli, M. et al. Differences and similarities between Severe AcuteRespiratory Syndrome (SARS) - Corona Virus (CoV) and SARS-CoV-2. Would a rose by another name smell as sweet? European review for medical and pharmacological sciences 24, 2781 2781-2783, doi:10.26355/eurrev_202003_20551 (2020).
4. Kim, S.Y. et al. Glycosaminoglycan binding motif at S1/S2 proteolytic cleavage site on spike glycoprotein may facilitate novel coronavirus (SARS-CoV-2) host cell entry. bioRxiv 2020.04.14.041459, doi:10.1101/2020.04.14.041459 (2020).
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