Nat Microbiol | 严欢团队揭示HKU25相关MERS簇冠状病毒的受体使用

近日，高致病性病毒与生物安全全国重点实验室/武汉大学生命科学学院/泰康生命医学中心严欢团队在Nature Microbiology期刊发表了题为HKU25 clade MERS-related coronaviruses use ACE2 as a functional receptor的研究论文。该研究揭示了广泛分布于欧亚大陆的HKU25相关MERS簇冠状病毒（HKU25r-CoVs）能够利用血管紧张素转换酶2（ACE2）作为其功能性受体，而非过去所报道的MERS簇冠状病毒受体二肽基肽酶4（DPP4）。严欢团队与华盛顿大学David Veesler团队合作，通过冷冻电镜（cryo-EM）以及假病毒入侵等功能实验，系统阐明了这类病毒在受体利用上的多样性，揭示了其中部分病毒以类似HKU5的结合模式识别ACE2作为受体，其受体结合域（RBD）可能具有共同的进化起源。这些发现显示了MERS簇冠状病毒受体使用的多样性与复杂性，深化了我们对冠状病毒受体的理解，为防范未来可能出现的流行病提供了科学依据。

HKU25相关冠状病毒隶属于Betacoronavirus cameli（MERSr-CoV），主要分布于亚欧大陆的多种蝙蝠宿主中。研究人员基于公共数据库获取了152条非冗余的MERSr-CoVs刺突蛋白序列进行了系统发育分析，选择29个代表性毒株构建了基于受体结合域（RBD）及全基因组的进化树。结果显示，HKU25相关冠状病毒RBD序列与MERS-CoV及HKU4等病毒差异显著，但与HKU5相关冠状病毒关系相近，氨基酸相似性达62–73% （图1）。此外，在24个参与ACE2相互作用的HKU5-RBD残基中，多达15个作用位点在HKU25相关冠状病毒RBD中是保守的，表明HKU25相关冠状病毒可能使用ACE2。值得注意的是，EjCoV-3等代表性毒株在S1区域显示出重组迹象，提示重组事件可能驱动了MERS簇病毒受体偏好的转变。

图1 HKU25相关冠状病毒的地理分布与序列分析

尽管过去人们曾报道HKU25相关冠状病毒依赖DPP4作为细胞入侵受体，但这类病毒序列的多样性及结构证据的缺乏提示其可能使用其他受体。研究团队构建了RBD-hFc融合蛋白及VSV假病毒系统，系统评估了来自59种蝙蝠和54种非蝙蝠哺乳动物的113个ACE2同源物的功能。实验结果表明，多数HKU25病毒（如HsItaly2011和VsCoV-a7）结合ACE2而非DPP4，且对部分蝙蝠、偶蹄类和啮齿类动物ACE2表现出高效识别能力（图2）。其中，EjCoV-3显示出广泛的ACE2识别谱，能够识别包括人类ACE2（hACE2）在内的多种哺乳动物ACE2，而其他一些毒株似乎不能使用任何所测试的ACE2。这一发现与此前论文中关于该类病毒依赖DPP4的报道相悖，显示了ACE2在多种MERS簇冠状病毒受体使用中的多样性与复杂性。

图2：HKU25相关冠状病毒的多物种ACE2识别谱

为阐明HKU25相关冠状病毒识别ACE2的分子基础，研究人员利用冷冻电镜技术解析了HsItaly2011 RBD与大鼠ACE2、VsCoV-a7 RBD与大棕蝠（E.fus）ACE2的复合物结构。结构分析显示，这些病毒以类似HKU5的结合模式识别ACE2，但其结合界面发生重塑，表现为插入-删除（indel）突变类型及关键残基的替换（图3）。尽管HKU25相关冠状病毒与HKU5识别ACE2的基本框架相似，它们几乎无法识别HKU5宿主东亚家蝠（P.abr）的ACE2, 这表明相互作用界面已发生变化以适应不同宿主的ACE2。

图3：HKU25相关冠状病毒RBD与大鼠或蝙蝠ACE2相互作用的复合体结构

研究进一步确定了HKU25相关冠状病毒宿主趋向的决定因子。通过构建嵌合ACE2及定点突变体，发现ACE2的第1–100和301–400区域是限制HKU25病毒结合的主要结构域。通过精确定位发现hACE2的K26T/D30E双突变可恢复部分HKU25相关冠状病毒RBD蛋白的结合能力，而其他突变组合支持多种HKU25相关冠状病毒RBD的结合。值得注意的是，糖基化位点如N90、N322和N329通常构成物种特异性屏障，去除一般可增强病毒结合，而引入糖基化则大多产生抑制作用（图4）。

图4：ACE2糖基化影响HKU25相关冠状病毒的种属特异性识别

在抗病毒相关研究方面，研究结果提示HKU25相关冠状病毒对广谱中和抗体（如76E1）及靶向融合过程的多肽抑制剂（如EK1C4）敏感。此外，hACE2特异性抗体亦可有效阻断假病毒的扩增（图5）。

图5：广谱中和抗体与多肽融合抑制剂可抑制HKU25相关冠状病毒的假病毒入侵

综上所述，该研究揭示了不同地理分布的MERS簇进化分支可能独立演化出不同的ACE2识别模式，加深了人们对冠状病毒受体使用演化规律的理解，并凸显ACE2在MERS簇冠状病毒入侵与传播中的重要地位，为未来新发传染病的预测与防控提供了关键科学依据。该成果是严欢团队在揭示NeoCoV （Nature, 2022），MOW15-22（Cell, 2025a），HKU5（Cell, 2025b；Cell, 2025c）等病毒受体使用的研究成果的基础上在该研究方向上的又一重要进展（图6）。这些结果为疫苗设计与抗病毒策略开发提供了理论依据，并强调了进一步加强蝙蝠源ACE2依赖的MERS簇病毒有关的前瞻性研究的重要性。

图6: MERS簇冠状病毒受体使用及其识别模式示意图

武汉大学24级博士研究生刘晨和华盛顿大学的Young-Jun Park博士为该论文的共同第一作者；严欢教授和David Veesler教授为论文的共同通讯作者。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41564-025-02152-y