近日，南安普顿大学的研究者联合牛津大学、斯克利普斯研究所等多所研究机构在Nature communication上在线发表题为"Vulnerabilities in coronavirus glycan shields despite extensive glycosylation"的研究论文，研究分析了SARS、MERS、HKU1等病毒刺突蛋白全局N糖基化位点，分析了不同病毒的多糖屏蔽，揭示了病毒有效多糖屏蔽与逃逸能力的关系。
冠状病毒刺突蛋白是目前已知的最大的I型病毒融合蛋白，糖基化位点广泛，这些修饰以宿主来源的聚糖掩盖抗原表位，从而躲避宿主的体液和细胞免疫。通过分子模拟和聚糖屏蔽实现免疫逃逸的机制，在HIV、流感、拉萨热病毒中也有发现。研究者首先构建了可溶性的病毒S蛋白，利用HILIC-UPLC技术与糖苷酶解，发现高甘露聚糖广泛分布于S蛋白，同时也存在杂合型、复杂型糖基化，暗示了成熟病毒粒子通过高尔基体到达细胞表面。除特定位点糖基位点外，大部分复杂糖基或低聚甘露糖基都可以进行加工。进一步利用质谱分析了N糖基化的精细组成和结构，结果与UPLC基本一致。
糖基化位点
随后将S蛋白进行多种化学处理，利用质谱法定量分析糖肽，揭示了不同糖基化类型的丰度。利用已有的电镜解析的三维结构构建了完全糖基化的冠状病毒刺突蛋白模型。结果发现MERS甘露聚糖具有特殊的定位，研究者推测可能是由于加工酶无法有效接近底物，通过突变糖基化位点发现甘露糖加工明显增强，聚糖成簇减少，从而证实了猜想。而SARS和HKU1病毒S蛋白并没有表现特定的甘露糖簇，推测可能是蛋白质直接抑制聚糖加工。未加工的甘露聚糖能够被凝集素识别启动天然免疫，但在MERS受体结合结构域处并没有糖基掩盖，这可能是MERS病毒内在功能的需要。研究者进一步分析现有SARS和MERS序列多样性来探究不同位点的保守性，结果发现在中和抗体靶位、受体结合结构域处多样性较高，而在S2区域则较保守。在缺乏聚糖的区段MERS受体结合结构域序列表现出低多样性。
聚糖分布
研究者利用低温电镜技术显示了HIV和SARS的聚糖掩蔽情况，HIV包膜蛋白具有高聚糖密度，相比之下SARS聚糖位置较独立，有效聚糖屏蔽较弱。利用全局结构方法发现免疫逃逸的强度与聚糖屏蔽程度有显著相关性。MERS等冠状病毒低糖基化，无法有效保护病毒抗原表位，为中和抗体的有效结合提供了机会，因此可能是冠状病毒的致命弱点。
聚糖屏蔽
该研究显示了聚糖屏蔽在病毒免疫逃逸中的重要作用，聚糖位点通常是病毒易受免疫攻击的区域。冠状病毒中普遍未形成有效的聚糖屏蔽，这可能为当前新冠病毒的治疗提供新的思路，特异性抑制病毒的糖基化也许是抗病毒的新对策。
编辑：Reynard Fox
审稿：Tony
文献链接：https://doi.org/10.1038/s41467-020-16567-0
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