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Science观点| SARS-CoV-2如何适应人类

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病毒需要门径蛋白才能进入细胞复制,对于SARS-CoV-2就是刺突蛋白( S蛋白)。S蛋白是当前疫苗的主要靶位,S蛋白能够快速突变适应其新的人类宿主。2020年初,首次发现第614位氨基酸从D变为G。携带这种D614G突变的病毒在人类之间传播得更快,现在成为人群中主要流行的亚型。

大流行初期,为了开发研究SARS-CoV-2的工具,研究人员采用了伪病毒系统,以安全、定量的方式研究感染。这些系统在报告病毒表面表达病毒门径蛋白,并已用于研究许多此类蛋白质,包括SARS-CoV-1的S蛋白。然而奇怪的是由SARS-CoV-2 S蛋白制成的伪病毒产生的信号比SARS-CoV-1 S蛋白的信号要低得多。对SARS-CoV-1和SARS-CoV-2 S蛋白RBD的生化研究表明,SARS-CoV-2 RBD与ACE2的亲和力高于SARS-CoV-1。研究者发现可以将Furin蛋白酶切位点突变,使包含 RBD 的 S-蛋白 S1与 S2结构域紧密相连。值得注意的是,其中一些Furin蛋白酶切位点突变株显著改变了伪病毒感染。

这种方式解决了技术问题,但它加深了人们对Furin蛋白酶作用的疑惑。虽然一些遗传关系较远的冠状病毒在其 S1 - S2 边界具有Furin酶切位点,但 SARS - CoV - 1 S 蛋白,以及来自同一谱系的所有已知蝙蝠衍生病毒都缺乏这一部位。它们的S蛋白不是被病毒产生细胞切开,而是在与尚未感染的细胞结合过程中被不同蛋白酶切开。那么,为什么SARS-CoV-2存在Furin位点,尽管这会使细胞培养感染效率降低?事实上,在传代培养的病毒经常会丢失这个位点。Fuirn位点会以某种方式促进病毒传播吗?它最终会在大流行过程中消失吗?

2020年,Korber等首次关注到D614G这一突变。在实验室中,这种变化使得S 蛋白不需要去除Furin位点,纠正了这个不寻常部位的设计缺陷。动物研究表明,D614G变种在上呼吸道的复制显著增加,相比之下,这两种病毒在下呼吸道上没有显著差异,而下呼吸道是导致更严重疾病的部位。这些观测结果与目前的看法一致,D614G现在存在于大多数传播病毒中,可以增强病毒传播,但与野生型等相比不会改变住院率。

为了解释D614G的适应性,一些研究者关注了D614G对S蛋白单一构象的频率的影响,认为受体的更有效参与是携带这种突变的病毒传播能力增强的原因。 另一些人指出,D614G表达病毒的S蛋白分解率较低,这种效应在某些环境中可能被放大。他们观察到,D614G帮助S1、S2结合,防止S2过早转变构象。 因此,病毒有更多的功能S蛋白,可以结合和感染下一个细胞。

张等人最新的研究解决了这一问题,并详细分析了D614和G614 S蛋白在多个状态。他们注意到, S1中D614突变打破了接近的K854形成的离子键。这种盐桥的丢失会减弱S1和S2之间的联系,导致630环的紊乱,S蛋白具有更多的向上构象,防止过早的S1脱落。

目前的疫苗都基于原始的、不稳定的D614 S蛋白。幸运的是,大多数疫苗研制者,包括Moderna和辉瑞,通过在S2中引入脯氨酸或去除Furin位点来减缓S蛋白的脱落。相比之下,牛津大学阿斯利康疫苗的研发人员选择了野生型S蛋白(含D614),而Sinovac生产的灭活病毒疫苗也是如此。需要说明的是,其他因素特别是抗原递送系统,可能是这些疫苗之间疗效差异的原因。然而,动物实验表明,脯氨酸改造和去除Fruin位点都有助于提高疫苗的有效性。下一轮疫苗将更好地反映S蛋白变种,包括D614G。表达未经修改的G614 S蛋白的疫苗可能产生明显的效力飞跃。

张等的研究也揭示了获得一个不稳定的Furin位点是最近的事件。然而SARS-CoV-2 Furin位点如何促进感染仍然是该领域一个关键的未决问题。

来源:Science

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