錢朝晖團隊發現口糞途徑傳播在進化上對SARS-CoV-2樣蝙蝠冠狀病毒S蛋白結構、穩定性以及序列保守性的影響

2023年7月28日，我所錢朝晖團隊和中(zhōng)國(guó)科(kē)學(xué)院生物(wù)物(wù)理(lǐ)研究所王祥喜團隊合作(zuò)在Cell Discovery期刊上發表了題為(wèi)“Host susceptibility and structural and immunological insight of S proteins of two SARS-CoV-2 closely related bat coronaviruses”的研究論文(wén)，對2種2020年在老撾發現的、與SARS-CoV-2高度同源的蝙蝠冠狀病毒BANAL-20-52和BANAL-20-236 S的潛在宿主範圍、S蛋白的結構以及免疫特征進行了較系統的研究。

新(xīn)冠病毒被認為(wèi)起源于蝙蝠冠狀病毒，随着越來越多(duō)的蝙蝠冠狀病毒被不斷發現，尤其是能(néng)利用(yòng)人ACE2入侵細胞的蝙蝠冠狀病毒種類也不斷增加，它們具(jù)有(yǒu)直接或者間接通過中(zhōng)間宿主跨種傳播到人的風險。對蝙蝠冠狀病毒的潛在宿主範圍和跨種傳播機制的研究，有(yǒu)利于判斷這些蝙蝠冠狀病毒是否具(jù)有(yǒu)跨種傳播到人和造成大規模流行的風險，提早預警并采取必要措施以控制潛在相關傳染病的發生和發展。

本研究首先發現BANAL-20-52和BANAL-20-236能(néng)夠利用(yòng)多(duō)種蝙蝠和動物(wù)的ACE2入侵細胞，且S蛋白493和498位點在決定病毒宿主範圍中(zhōng)發揮重要作(zuò)用(yòng)。其次，通過Cryo-EM技(jì )術，首次解析了BANAL病毒S蛋白三聚體(tǐ)的結構，并發現S蛋白三聚體(tǐ)中(zhōng)RBD在pH5.5均呈“closed”構象，N370位的糖基化修飾像“門栓”，固定所有(yǒu)RBD在“closed”構象。S蛋白370位點的N 糖基化修飾在所有(yǒu)已知的Sarbeco蝙蝠冠狀病毒中(zhōng)都高度保守，但在新(xīn)冠病毒中(zhōng)發生了T372A的突變，導緻370位點糖基化的丢失。當将BANAL病毒S蛋白進行T372A突變後，其利用(yòng)不同物(wù)種ACE2的感染效率明顯增高，但為(wèi)什麽病毒在進化過程中(zhōng)保留了T372，而不是感染力更高的A372？口糞途徑在蝙蝠冠狀病毒的傳播中(zhōng)起着重要作(zuò)用(yòng)，研究發現A372突變S蛋白在模拟食蟲蝙蝠的胃消化環境下，對蛋白酶的敏感性顯著升高，很(hěn)快失去感染活性，而結構緊湊的T372在pH5.5下對蛋白酶消化展現出良好的耐受性，表明在口糞傳播途徑中(zhōng)，更強的穩定性和對蛋白酶消化的耐受性是可(kě)能(néng)導緻T372在進化中(zhōng)在所有(yǒu)Sarbeco蝙蝠冠狀病毒被保留的主要原因。此外，還發現T372A突變對中(zhōng)和血清更加敏感，這可(kě)能(néng)也是T372在進化中(zhōng)被保留的另外一個重要原因。最後，本研究還發現接種新(xīn)冠疫苗者血清能(néng)有(yǒu)效中(zhōng)和BANAL病毒的感染。本研究的結果為(wèi)深入理(lǐ)解冠狀病毒入侵、進化以及免疫原性提供實驗證據。

圖. SARS-CoV-2樣蝙蝠冠狀病毒S蛋白的結構和功能(néng)研究

該研究得到國(guó)家重點研發計劃（2020YFA0707600、2022YFE0202600）、國(guó)家自然科(kē)學(xué)基金（31970171、32270174）、北京市自然科(kē)學(xué)基金（L222009 、5222032）和中(zhōng)國(guó)醫(yī)學(xué)科(kē)學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科(kē)技(jì )創新(xīn)工(gōng)程（2021-12M-1-038）的資助。我所錢朝晖研究員和中(zhōng)國(guó)科(kē)學(xué)院生物(wù)物(wù)理(lǐ)研究所王祥喜研究員為(wèi)文(wén)章的共同通訊作(zuò)者。我所歐秀元副研究員、博士研究生李佩、博士後劉炎以及中(zhōng)國(guó)科(kē)學(xué)院生物(wù)物(wù)理(lǐ)研究所博士研究生徐葛為(wèi)文(wén)章的共同第一作(zuò)者。