疫苗研制關(guān)鍵突破：西湖大學(xué)再發(fā)布復合物結構，《Science》上線(xiàn)S蛋白結構論文

病毒入侵人體的神秘面紗終于被揭開(kāi)了。

研制出新冠肺炎的疫苗，無(wú)疑將是一個(gè)漫長(cháng)的過(guò)程，而在這一過(guò)程中，科學(xué)家們首先需要邁過(guò)去的“坎”就是要弄明白新冠病毒表面蛋白（S蛋白）與人體細胞受體（ACE2蛋白）的結構，以及病毒侵入后的復合物結構（兩種蛋白質(zhì)結合過(guò)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胞后的復合物結構。

（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，我們相繼看見(jiàn)了S蛋白結構、ACE2蛋白結構的研究成果，以及基于兩項成果發(fā)布的復合物結構，這為后期的疫苗研制奠定了非常堅實(shí)的基礎。

西湖大學(xué)發(fā)布復合物結構，揭開(kāi)新冠病毒入侵人體的神秘面紗

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

基于此前美國Jason S. McLellan團隊研究的S蛋白結構和自己研究出的ACE2蛋白結構，周強實(shí)驗室進(jìn)一步解析出ACE2全長(cháng)蛋白與新冠病毒S蛋白受體結合結構域的復合物結構，整體分辨率2.9埃，其中S蛋白RBD部分的分辨率為3.5埃。

周強實(shí)驗組發(fā)現，在形態(tài)上，新冠病毒的S蛋白像一座橋橫跨在A(yíng)CE2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蛋白的受體結合結構域與SARS病毒的序列也非常像，相似性達到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。對比此前已經(jīng)解析出來(lái)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：在A(yíng)CE2的結合能力上，新冠病毒和SARS不一樣，這種結合能力影響了病毒的傳染力。

S蛋白與ACE2蛋白

當然，復合物結構能夠快速被解析出，這還要得益于近幾日各國科學(xué)家們對病毒入侵過(guò)程中的關(guān)鍵蛋白質(zhì)——S蛋白和ACE2蛋白的解構，以及成果的及時(shí)分享。

· Jason S. McLellan研究組解析出S蛋白結構

其中S蛋白全稱(chēng)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研究組在預印版平臺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蛋白近原子結構。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)入宿主細胞，即S蛋白經(jīng)歷結構變化將病毒融合進(jìn)入宿主細胞的細胞膜。此過(guò)程包括病毒的S1亞基結合到宿主細胞受體上，引發(fā)三聚體不穩定性的發(fā)生，進(jìn)而造成S1亞基脫落S2亞基形成高度穩定的融合后結構。

為了對新型冠狀病毒的S蛋白預融合的結構進(jìn)行解析，他們通過(guò)對已經(jīng)公開(kāi)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)現了對蛋白的3D結構重組，獲得了3.5埃分辨率、受體可結合狀態(tài)下的S蛋白結構。

通過(guò)該結構分析，作者們發(fā)現S1亞基中的RBD（受體結合結構域）經(jīng)歷鉸鏈類(lèi)似運動(dòng)，在靠近三聚體的中央部位上，S蛋白中3個(gè)RBP（RNA結合蛋白）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結合。研究者發(fā)現，與SARS-CoV的S蛋白結構相比，新型管冠狀病毒中RBD結構更靠近三聚體的中央部位，因此傳染性更強。

隨后，該研究作者就將把這一結構的原子“坐標”數據發(fā)送給世界各地數十個(gè)研究小組，這些研究小組正致力于研發(fā)針對新型冠狀病毒的疫苗和藥物。

· 周強實(shí)驗室解析出ACE2蛋白的全長(cháng)結構

而ACE2全稱(chēng)為“血管緊張素轉化酶2”，是人體內一種參與血壓調節的蛋白，廣泛存在于肺、心臟、腎臟和腸道等部位。對此，西湖大學(xué)特聘研究員陶亮解釋?zhuān)?ldquo;如果把人體想象成一間房屋，把新冠病毒想象成強盜，那么，ACE2就是這間房屋的’門(mén)把手’；S蛋白抓住了它，病毒從而長(cháng)驅直入闖進(jìn)人體細胞。”

2月19日，西湖大學(xué)周強實(shí)驗室在預印版平臺bioRxiv上線(xiàn)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(cháng)結構。（關(guān)于該研究的具體細節，可以查看http://lin-zhou.cn/news/20200219/d9amfteftgwx30z5.html）

最后

不僅僅是周強、Jason S. McLellan和齊建勛研究組，在結構分辨率上，晶體學(xué)家們也在緊鑼密鼓地攻堅同一問(wèn)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隊也將2.5埃的類(lèi)似晶體結構發(fā)布在國家微生物科學(xué)數據中心。這一系列成果互相驗證、互為補充，在原子水平揭示了新冠病毒入侵人體細胞的第一步。

此外，清華大學(xué)王新泉和張林琦課題組利用昆蟲(chóng)細胞體系表達和純化了新冠病毒 RBD和人ACE2胞外結構域，成功生長(cháng)出新冠病毒 RBD-ACE2復合物的晶體，并利用上海光源BL17U線(xiàn)站收集了分辨率為2.45埃的衍射數據，解析其三維空間結構。

對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合物作用界面的信息，對了解新冠病毒進(jìn)入細胞或者感染細胞的機制，具有重要的指導意義。”

當然，距離研究出疫苗，這些工作還遠遠不夠，因此這也需要更多科學(xué)家投入到后續的研究中。

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