病毒入侵人體的神秘面紗終于被揭開了。

研制出新冠肺炎的疫苗，無疑將是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，而在這一過程中，科學(xué)家們首先需要邁過去的“坎”就是要弄明白新冠病毒表面蛋白（S蛋白）與人體細(xì)胞受體（ACE2蛋白）的結(jié)構(gòu)，以及病毒侵入后的復(fù)合物結(jié)構(gòu)（兩種蛋白質(zhì)結(jié)合過程）。

今天（2月21日），在BioRxiv上，西湖大學(xué)又發(fā)布了關(guān)于新冠肺炎的最新研究成果，揭示了病毒侵入人體細(xì)胞后的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。

（BioRxiv論文地址：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.02.19.956946v1）

在短短十天時(shí)間內(nèi)，我們相繼看見了S蛋白結(jié)構(gòu)、ACE2蛋白結(jié)構(gòu)的研究成果，以及基于兩項(xiàng)成果發(fā)布的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，這為后期的疫苗研制奠定了非常堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

西湖大學(xué)發(fā)布復(fù)合物結(jié)構(gòu)，揭開新冠病毒入侵人體的神秘面紗

新型冠狀病毒感染人體細(xì)胞的關(guān)鍵在于冠狀病毒的S蛋白與人體ACE2蛋白的結(jié)合。簡(jiǎn)單來說，是S蛋白“劫持”了原本用于控制血壓的ACE2，通過與它的結(jié)合入侵人體。

基于此前美國Jason S. McLellan團(tuán)隊(duì)研究的S蛋白結(jié)構(gòu)和自己研究出的ACE2蛋白結(jié)構(gòu)，周強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步解析出ACE2全長(zhǎng)蛋白與新冠病毒S蛋白受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，整體分辨率2.9埃，其中S蛋白RBD部分的分辨率為3.5埃。

周強(qiáng)實(shí)驗(yàn)組發(fā)現(xiàn)，在形態(tài)上，新冠病毒的S蛋白像一座橋橫跨在ACE2表面，又像病毒的一只手，緊緊抓住ACE2，這一點(diǎn)與SARS病毒很相似。新冠病毒S蛋白的受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域與SARS病毒的序列也非常像，相似性達(dá)到82%。

進(jìn)一步分析，研究人員可以看到新冠病毒表面的S蛋白到底是由哪些氨基酸與ACE2相互作用。對(duì)比此前已經(jīng)解析出來的SARS病毒與ACE2的相互作用，新冠病毒S蛋白有一部分氨基酸殘基發(fā)生了較大改變。這得出了與此前Jason S. McLellan研究組相似的猜測(cè)：在ACE2的結(jié)合能力上，新冠病毒和SARS不一樣，這種結(jié)合能力影響了病毒的傳染力。

S蛋白與ACE2蛋白

當(dāng)然，復(fù)合物結(jié)構(gòu)能夠快速被解析出，這還要得益于近幾日各國科學(xué)家們對(duì)病毒入侵過程中的關(guān)鍵蛋白質(zhì)——S蛋白和ACE2蛋白的解構(gòu)，以及成果的及時(shí)分享。

· Jason S. McLellan研究組解析出S蛋白結(jié)構(gòu)

其中S蛋白全稱為spike glycoprotein（刺突蛋白），它是位于新冠病毒最外層包膜上的糖蛋白，與病毒的吸附和侵入有關(guān)。

2月15日，美國衛(wèi)生總署(NIH)與德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Jason S. McLellan研究組在預(yù)印版平臺(tái)bioRxiv發(fā)表了研究成果，解析了他們利用冷凍電鏡技術(shù)分析出的新型冠狀病毒表面S蛋白近原子結(jié)構(gòu)。2月19日，該研究成果被《Science》雜志收錄并正式刊發(fā)。（bioRxiv論文地址：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.02.11.944462v1.full）

論文顯示，新型冠狀病毒是利用高度糖基化的同源三聚體S蛋白進(jìn)入宿主細(xì)胞，即S蛋白經(jīng)歷結(jié)構(gòu)變化將病毒融合進(jìn)入宿主細(xì)胞的細(xì)胞膜。此過程包括病毒的S1亞基結(jié)合到宿主細(xì)胞受體上，引發(fā)三聚體不穩(wěn)定性的發(fā)生，進(jìn)而造成S1亞基脫落S2亞基形成高度穩(wěn)定的融合后結(jié)構(gòu)。

為了對(duì)新型冠狀病毒的S蛋白預(yù)融合的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，他們通過對(duì)已經(jīng)公開的2019-nCoV的序列進(jìn)行親和層析和凝膠排阻層析，從而實(shí)現(xiàn)體外蛋白純化，而在收集和處理3207張蛋白圖像后，研究者們實(shí)現(xiàn)了對(duì)蛋白的3D結(jié)構(gòu)重組，獲得了3.5埃分辨率、受體可結(jié)合狀態(tài)下的S蛋白結(jié)構(gòu)。

通過該結(jié)構(gòu)分析，作者們發(fā)現(xiàn)S1亞基中的RBD（受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域）經(jīng)歷鉸鏈類似運(yùn)動(dòng)，在靠近三聚體的中央部位上，S蛋白中3個(gè)RBP（RNA結(jié)合蛋白）中的1個(gè)會(huì)向上螺旋突出從而讓S蛋白形成能夠輕易與宿主受體ACE2結(jié)合。研究者發(fā)現(xiàn)，與SARS-CoV的S蛋白結(jié)構(gòu)相比，新型管冠狀病毒中RBD結(jié)構(gòu)更靠近三聚體的中央部位，因此傳染性更強(qiáng)。

隨后，該研究作者就將把這一結(jié)構(gòu)的原子“坐標(biāo)”數(shù)據(jù)發(fā)送給世界各地?cái)?shù)十個(gè)研究小組，這些研究小組正致力于研發(fā)針對(duì)新型冠狀病毒的疫苗和藥物。

· 周強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室解析出ACE2蛋白的全長(zhǎng)結(jié)構(gòu)

而ACE2全稱為“血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2”，是人體內(nèi)一種參與血壓調(diào)節(jié)的蛋白，廣泛存在于肺、心臟、腎臟和腸道等部位。對(duì)此，西湖大學(xué)特聘研究員陶亮解釋，“如果把人體想象成一間房屋，把新冠病毒想象成強(qiáng)盜，那么，ACE2就是這間房屋的’門把手’；S蛋白抓住了它，病毒從而長(zhǎng)驅(qū)直入闖進(jìn)人體細(xì)胞。”

2月19日，西湖大學(xué)周強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室在預(yù)印版平臺(tái)bioRxiv上線了自己的研究成果，他們利用冷凍電鏡技術(shù)成功解析此次新冠病毒的受體——ACE2的全長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。（關(guān)于該研究的具體細(xì)節(jié)，可以查看http://baijie.net.cn/news/20200219/d9amfteftgwx30z5.html）

最后

不僅僅是周強(qiáng)、Jason S. McLellan和齊建勛研究組，在結(jié)構(gòu)分辨率上，晶體學(xué)家們也在緊鑼密鼓地攻堅(jiān)同一問題，力求獲得更高的分辨率。

在昨晚，中國科學(xué)院微生物研究所齊建勛研究團(tuán)隊(duì)也將2.5埃的類似晶體結(jié)構(gòu)發(fā)布在國家微生物科學(xué)數(shù)據(jù)中心。這一系列成果互相驗(yàn)證、互為補(bǔ)充，在原子水平揭示了新冠病毒入侵人體細(xì)胞的第一步。

此外，清華大學(xué)王新泉和張林琦課題組利用昆蟲細(xì)胞體系表達(dá)和純化了新冠病毒 RBD和人ACE2胞外結(jié)構(gòu)域，成功生長(zhǎng)出新冠病毒 RBD-ACE2復(fù)合物的晶體，并利用上海光源BL17U線站收集了分辨率為2.45埃的衍射數(shù)據(jù)，解析其三維空間結(jié)構(gòu)。

對(duì)于既有的一系列研究，張林琦教授表示意義重大，“病毒如何進(jìn)入細(xì)胞，這一步非常關(guān)鍵。因此，在原子分辨率水平極其清晰地看新冠病毒與受體復(fù)合物作用界面的信息，對(duì)了解新冠病毒進(jìn)入細(xì)胞或者感染細(xì)胞的機(jī)制，具有重要的指導(dǎo)意義。”

當(dāng)然，距離研究出疫苗，這些工作還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此這也需要更多科學(xué)家投入到后續(xù)的研究中。

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