2023年7月28日，我所錢朝暉團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所王祥喜團(tuán)隊(duì)合作在Cell Discovery期刊上發(fā)表了題為“Host susceptibility and structural and immunological insight of S proteins of two SARS-CoV-2 closely related bat coronaviruses”的研究論文，對(duì)2種2020年在老撾發(fā)現(xiàn)的、與SARS-CoV-2高度同源的蝙蝠冠狀病毒BANAL-20-52和BANAL-20-236 S的潛在宿主范圍、S蛋白的結(jié)構(gòu)以及免疫特征進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。

新冠病毒被認(rèn)為起源于蝙蝠冠狀病毒，隨著越來越多的蝙蝠冠狀病毒被不斷發(fā)現(xiàn)，尤其是能利用人ACE2入侵細(xì)胞的蝙蝠冠狀病毒種類也不斷增加，它們具有直接或者間接通過中間宿主跨種傳播到人的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)蝙蝠冠狀病毒的潛在宿主范圍和跨種傳播機(jī)制的研究，有利于判斷這些蝙蝠冠狀病毒是否具有跨種傳播到人和造成大規(guī)模流行的風(fēng)險(xiǎn)，提早預(yù)警并采取必要措施以控制潛在相關(guān)傳染病的發(fā)生和發(fā)展。

本研究首先發(fā)現(xiàn)BANAL-20-52和BANAL-20-236能夠利用多種蝙蝠和動(dòng)物的ACE2入侵細(xì)胞，且S蛋白493和498位點(diǎn)在決定病毒宿主范圍中發(fā)揮重要作用。其次，通過Cryo-EM技術(shù)，首次解析了BANAL病毒S蛋白三聚體的結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)S蛋白三聚體中RBD在pH5.5均呈“closed”構(gòu)象，N370位的糖基化修飾像“門栓”，固定所有RBD在“closed”構(gòu)象。S蛋白370位點(diǎn)的N 糖基化修飾在所有已知的Sarbeco蝙蝠冠狀病毒中都高度保守，但在新冠病毒中發(fā)生了T372A的突變，導(dǎo)致370位點(diǎn)糖基化的丟失。當(dāng)將BANAL病毒S蛋白進(jìn)行T372A突變后，其利用不同物種ACE2的感染效率明顯增高，但為什么病毒在進(jìn)化過程中保留了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起著重要作用，研究發(fā)現(xiàn)A372突變S蛋白在模擬食蟲蝙蝠的胃消化環(huán)境下，對(duì)蛋白酶的敏感性顯著升高，很快失去感染活性，而結(jié)構(gòu)緊湊的T372在pH5.5下對(duì)蛋白酶消化展現(xiàn)出良好的耐受性，表明在口糞傳播途徑中，更強(qiáng)的穩(wěn)定性和對(duì)蛋白酶消化的耐受性是可能導(dǎo)致T372在進(jìn)化中在所有Sarbeco蝙蝠冠狀病毒被保留的主要原因。此外，還發(fā)現(xiàn)T372A突變對(duì)中和血清更加敏感，這可能也是T372在進(jìn)化中被保留的另外一個(gè)重要原因。最后，本研究還發(fā)現(xiàn)接種新冠疫苗者血清能有效中和BANAL病毒的感染。本研究的結(jié)果為深入理解冠狀病毒入侵、進(jìn)化以及免疫原性提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

圖. SARS-CoV-2樣蝙蝠冠狀病毒S蛋白的結(jié)構(gòu)和功能研究

該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2020YFA0707600、2022YFE0202600）、國(guó)家自然科學(xué)基金（31970171、32270174）、北京市自然科學(xué)基金（L222009 、5222032）和中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2021-12M-1-038）的資助。我所錢朝暉研究員和中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所王祥喜研究員為文章的共同通訊作者。我所歐秀元副研究員、博士研究生李佩、博士后劉炎以及中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所博士研究生徐葛為文章的共同第一作者。