影响SARS-CoV-2 S蛋白与ACE2和中和行抗体结合的关键氨基酸相关研究

本文为读后感，原文见文后，读后感作者侯鹏姣

目前，由新型人类冠状病毒SARS-CoV-2引起的2019年冠状病毒疾病（COVID-19）是全球公共卫生的主要威胁。通过对该病毒的基因测序表明SARS-CoV-2与SARS-CoV相似性很高。因此，前期关于SARS-CoV的大量研究提供的有用信息，可直接用于对抗SARS-CoV-2。但是新型冠状病毒在某些方面（如抗原表位）也具有不同的特征，需要进一步深入研究。该博文介绍的主要内容是近期发表在“Cellular & Molecular Immunology”的一篇研究论文，该文章揭示了SARS-CoV和SARS-CoV-2之间存在不同的关键抗原表位，这为疫苗和抗体的研发提供了更全面的信息。

前期研究表明，SARS-CoV-2使用与SARS-CoV相同的病毒入侵机制，即通过其表面的S蛋白中的RBD结合人类功能受体ACE2（hACE2）从而完成病毒的入侵，这是病毒进入靶胞的关键步骤。通过对两种病毒的序列比对发现，RBD的同源性只有73.5%，而RBD的功能基序（RBM）的同源性仅47.8%。尽管两种病毒RBM序列差异显著，但仍可以引起抗体交叉反应，因此其中的机制有待阐明。作者主要通过以下几个方面进行验证。

1. SARS-CoV和SARS-CoV-2 RBD均通过与hACE2结合以感染细胞

研究者分别构建可表达S蛋白的SARS-CoV与SARS-CoV-2的假病毒进行细胞感染实验，实验结果显示，相对于对照组，表达ACE2的HEK293T细胞对SARS或SARS-CoV-2病毒更易感。

为了进一步探究S蛋白在SARS-CoV与SARS-CoV-2感染入侵种的重要性，作者又设计了合胞体实验进行验证。利用HEK293T细胞分别表达ACE2蛋白与SARS-CoV与SARS-CoV-2的S蛋白，发现两种细胞可融合形成合胞体。

除此之外，作者还通过BLI和ELISA实验定量的分析ACE2与S蛋白之间的亲和力，BLI结果表明，SARS-CoV-2-RBD 与hACE2结合的解离常数为5.09nM，而对于SARS-CoV-RBD为1.46nM。

2. SARS-CoV RBD和SARS-CoV-2 RBD的独特免疫原性

基于两种病毒RBD序列之间的保守性（76%）,作者进一步确定两种病毒的RBD是否引起交叉反应免疫反应，以提供对两种病毒的保护。

研究者首先设计体内免疫实验，分别用重组表达的SARS-CoVS和SARS-CoV-2 S蛋白注射到小鼠体内，引起小鼠的体内免疫反应。将小鼠免疫血清分别与两种病毒的RBD进行ELISA实验，结果表明小鼠的免疫血清对同种病毒的RBD具有强的结合能力，但是对另一种病毒RBD的结合能力较低；

研究者进一步利用小鼠产生的免疫血清，阻断ACE2和RBD之间的结合，证实了免疫血清对相同病毒具有显著抑制作用，但对另一种病毒交叉保护效率很低。同时，作者结合加病毒中和实验，研究两种病毒之间的交叉免疫保护反应，结果显示，两种病毒之间交叉保护效率很低，表明两种病毒具有不同的免疫原性。

3. 确定影响SARS-CoV和SARS-CoV-2中影响RBD受体结合水平的关键氨基酸

高分辨率的晶体结构显示，RBM形成了S蛋白和ACE2相互作用的表面，结合结构生物学信息，作者设计了一系列突变以确定核心氨基酸。其中，9个氨基酸的突变（SARS-CoV-2 to SARS-CoV）可以使得SARS-CoV-2 RBD与ACE2之间的亲和力完全丧失；而6种突变可以增强它们之间的亲和力。

作者进一步将SARS-CoV中的6个氨基酸替换为SARS-CoV-2中的相应氨基酸，亲和力显著降低。作者还进一步分析并确定了SARS-CoV和SARS-CoV-2中RBD-ACE2的关键识别位点是不同的,这也解释了为什么两种病毒无法引起交叉免疫保护。

4. 突变实验确定影响病毒中和实验和单克隆抗体结合的核心氨基酸

作者分别选取了6种中和性单克隆抗体：5种针对SARS-CoV（80R, S230, m396, CR3022 和 N-176-15）；1种针对SARS-CoV-2（HA001）。利用中和抗体鉴定两种病毒的免疫原性，发现除 CR3022外，其他抗体只能结合一种病毒，假病毒试验也说明两种抗体均无法中和另一种病毒。

在此基础上，作者通过对SARS-CoV-2和SARS-CoV设计出一系列突变实验，对影响RBD与中和抗体结合的核心氨基酸进行鉴定。

总体而言，以上研究表明SARS-CoV和SARSCoV-2之间存在不同的抗原表位，并对这些关键核心位点进行了确认。这表明有必要开发新的预防性疫苗和抗体药物来特异性控制COVID-19大流行。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41423-020-0458-z