新冠病毒S蛋白與細胞ACE2親和力是SARS的10到20倍

前幾天，中國國家疾控中心等研究機構聯合發表的近九千例新冠肺炎（COVID-19）確診病例和疑似病例數據顯示，新冠肺炎的基本傳染數R0則高達3.77<1>。

顯然，單從傳染能力上來說，這次的新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）要比SARS病毒（R0：0.85-3）強的多。

既然新型冠狀病毒與SARS病毒都是依賴病毒表面的S蛋白與細胞表面的血管緊張素轉換酶2（ACE2）結合，才得以進入細胞，那新型冠狀病毒的傳染性為什麼比SARS病毒強呢？

▲ 新冠病毒圖（圖源：NIAID-RML）

美國德克薩斯大學奧斯汀分校的Jason

McLellan團隊的研究人員利用冷凍電鏡技術解析了新型冠狀病毒的S蛋白結構，還利用表面等離子共振技術（SPR）分析了S蛋白與ACE2的親和力。

他們發現，ACE2蛋白與新型冠狀病毒的親和力竟是SARS病毒的10到20倍，而不是之前的比SARS病毒弱。這也解釋了為什麼新冠病毒的傳染性如此之強。

德克薩斯大學奧斯汀分校的Daniel

▲ 從左到右：Daniel

在新冠肺炎疫情爆發之後沒多久，中國科學院上海巴斯德研究所<3>和武漢病毒研究所<4>的科學家先後分別發現：新型冠狀病毒和SARS病毒一樣，也是通過利用S蛋白結合人體細胞表面的ACE2蛋白進入細胞的，只不過二者的S蛋白同源性比較低，只有76.47%。

上海巴斯德研究所的科學家還通過計算機模型，評估了新型冠狀病毒和SARS病毒的S蛋白與人類ACE2分子相互作用的能力。結果發現，雖然新型冠狀病毒的S蛋白與ACE2之間的作用力低於SARS病毒，但是仍然非常強大。

1月底，國家疾控中心團隊在《新英格蘭醫學雜志》上發表研究論文，基於425名患者流行病學數據，他們得出新冠肺炎的R0值2.2<5>，與前面的研究結果基本相吻合。

不過，隨著疫情的蔓延，新冠肺炎表現出的傳染性明顯強於SARS。本周二，中國團隊基於更大規模的數據評估的R0值3.77，基本明確了新冠肺炎的傳染性強於SARS。

▲ 新冠病毒圖（圖源：NIAID-RML）

McLellan是研究病毒的專家，在MERS和埃博拉等病毒的結構方面做了很多非常重要的工作。

在McLellan團隊的研究人員看來，新型冠狀病毒感染人體細胞的關鍵在於S蛋白與ACE2蛋白的結合，搞清楚新型冠狀病毒S蛋白的結構，以及它與ACE2之間的相互作用，或許就能搞清楚為什麼新冠肺炎的傳染性比SARS強。

▲ McLellan

為了解析新型冠狀病毒的S蛋白的結構，McLellan團隊的研究人員首先根據已經公開的基因組序列，合成並純化了新型冠狀病毒S蛋白的膜外部分。然後用冷凍電鏡給純化的S蛋白拍了3207張照片，經過3D重建，獲得了分辨率為3.5

▲ 新冠病毒S蛋白的結構

通過與SARS病毒的結構比較，研究人員發現新型冠狀病毒的S蛋白與SARS病毒的在結構上存在差異，但是整體上看相似度很高。從S蛋白的三聚體來看，新型冠狀病毒的三聚體更容易與細胞表面的ACE2蛋白結合。

▲ 新冠病毒和SARS病毒結構的比較

讓McLellan和他的同事感到吃驚的是，通過表面等離子共振技術（SPR）分析得到的結果。新型冠狀病毒S蛋白與ACE2的平衡解離常數KD是15

我們都知道，KD值越大說明解離越多，S蛋白與ACE2的親和力越弱。經過計算，新型冠狀病毒S蛋白與ACE2的親和力，是SARS病毒S蛋白與ACE2之間親和力10倍，甚至20倍。

基於此，研究人員認為，可能正是新型冠狀病毒S蛋白與ACE2的高親和力，讓新冠肺炎在人與人之間傳播變得容易。當然，還需要進一步研究確認這個結論。

▲ 新冠病毒（上）和SARS病毒（下）的S蛋白與ACE2的親和力比較

總之，McLellan團隊基於冷凍電鏡，以較高的分辨率解析了新型冠狀病毒S蛋白的結構，為後續疫苗和抗病毒藥物的研發，提供了重要的結構生物學數據支撐。

還有個好消息是，據McLellan實驗室透露，針對S蛋白的新冠肺炎疫苗，已經由本研究的參與者，美國國立衛生研究院疫苗研發中心的Barney

期待好消息傳來。