2020年终巨献：SARS-CoV-2重要研究成果解读！

截至2020年12月24日22：00，全球新冠肺炎病例累计确诊超过7900万；2020年对于每个人而言都是不平凡的一年，在应对SARS-CoV-2引起的COVID-19疫情上，全球科学家们都在努力研究，开发新型的预防性措施和治疗手段，时至岁末，小编整理了2020年科学家们在SARS-CoV-2研究中取得的重要成果，分享给大家！

图片来源：Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.03.045

【1】Cell：从结构和功能角度揭示SARS-CoV-2利用人ACE2进入细胞机制

doi：10.1016/j.cell.2020.03.045

新出现和重新出现的病毒是对全球公共卫生的重大威胁。自2019年底以来，中国政府已在中国武汉市报告了一系列人类肺炎病例，这种疾病被命名为2019年冠状病毒病（COVID-19）。这些病例表现出诸如发烧和呼吸困难之类的症状，并被诊断为病毒性肺炎。全基因组测序结果显示病原体是一种新型冠状病毒，最初被世界卫生组织（WHO）命名为2019-nCoV。随后，国际病毒分类学委员会正式将这种病毒命名为SARS-CoV-2，不过许多病毒学家认为HCoV-19更合适。

在一项新的研究中，来自中国科学院等机构的研究人员利用免疫染色和流式细胞仪测定技术，首先鉴定出S1  CTD（SARS-CoV-2-CTD）是SARS-CoV-2中与hACE2受体相互作用的关键区域。他们随后解析出SARS-CoV-2-CTD与hACE2结合在一起时的分辨率为2.5？的晶体结构，揭示了一种整体上与SARS-CoV RBD（下称SARS-RBD）相类似的受体结合模式。但是，与SARS-RBD相比，SARS-CoV-2-CTD与hACE2形成更多的原子相互作用，这与显示更高的受体结合亲和力的数据相关。相关研究结果发表在Cell期刊上。

值得注意的是，一组单克隆抗体（mAb）以及针对SARS-S1/RBD的鼠多克隆抗血清无法与SARS-CoV-2 S蛋白结合，这表明SARS-CoV和SARS-CoV在抗原性上存在显著差异，并且提示着先前开发的基于SARS-RBD的候选疫苗不太可能对SARS-CoV-2预防有任何临床益处。

【2】Cell：从结构上揭示结合SARS-CoV-2刺突蛋白的人类抗体特征

doi：10.1016/j.cell.2020.06.025

在一项新的研究中，来自美国加州理工学院和洛克菲勒大学的研究人员描述了来自COVID-19康复者血浆的多克隆IgG和它们的Fab片段对冠状病毒S蛋白的识别。他们发现这些血浆IgG可以识别SARS-CoV-2、SARS-CoV和MERS-CoV的S蛋白。相关研究结果发表在Cell期刊上。

相比于Fab片段，血浆IgG在靶向RBD表位、识别α冠状病毒和β冠状病毒以及亲和力对结合/中和作用增强的贡献方面有所不同。通过使用电子显微镜，这些研究人员研究了血浆多克隆抗体Fab片段的特异性，揭示了它们识别SARS-CoV-2 S蛋白表面上的S1A和RBD表位。此外，单克隆中和抗体Fab片段-刺突蛋白复合物的分辨率为3.4埃的低温电镜（cryo-EM）结构揭示了一个阻断ACE2受体结合的表位。 基于这些结构的建模表明，IgG在冠状病毒表面上进行S蛋白间交联的潜力不同于Fab片段，而且IgG可能不会受到已识别的SARS-CoV-2 S蛋白突变的影响。

【3】Cell：揭示携带D614G突变的SARS-CoV-2成为在当今世界上传播的主导毒株

doi：10.1016/j.cell.2020.06.043

在一项新的研究中，来自美国杜克大学人类疫苗研究所等机构的研究人员发现新型冠状病毒SARS-CoV-2（一种导致COVID-19疾病的病毒）基因组中的一种突变提高了这种病毒感染人体细胞的能力，并帮助它成为在当今世界上传播的主导毒株。相关研究结果发表在Cell期刊上。

这项研究发现在实验室条件下，这种突变让这种病毒在细胞培养物中更具感染力。这种突变被命名为“D614G”，使得从这种病毒表面突出的“刺突（spike）”糖蛋白（S蛋白）发生了微小但有效的变化，其中这种病毒利用S蛋白进入并感染人体细胞。这种携带D614G突变的SARS-CoV-2（下称D614G变体）在首次出现后不久就迅速成为主导毒株，地理样本显示这种病毒群体的数量从最初的病毒毒株到这种新的病毒毒株发生了重大转变。

【4】Cell：剖析SARS-CoV-2刺突蛋白突变对病毒感染性和抗原性的影响

doi：10.1016/j.cell.2020.07.012

在一项新的研究中，在一项新的研究中，来自中国食品药品检定研究院、北京协和医学院和清华大学的研究人员研究了SARS-CoV-2 S蛋白中发生氨基酸变化的天然变体以及在推定的N-连接糖基化位点上出现氨基酸变化的突变体（下称糖基化突变体）的生物学意义。为了实现这一点，他们构建出106种在公共领域报道的S蛋白突变体或在推定的N-连接糖基化位点上出现氨基酸变化的突变体，并使用高通量的假型病毒（pseudotyped virus）系统来分析它们的感染性和对中和抗体的反应性。他们报道，一些天然变体和糖基化突变体经进化后具有显著的感染性和抗原性变化。相关研究结果发表在Cell期刊上。

通过使用SARS-CoV-2毒株Wuhan-1（GenBank：MN908947）作为模板，这些作者选取了三组天然变体和糖基化突变体来构建假型病毒。如图1所示，A组代表了除受体结合结构域（RBD）区域之外的整个S基因（29种毒株）的所有高频变体和与D614G的组合变体。B组包括在RBD中出现的变体（51种毒株）。虽然A组和B组中的8种单点突变，即Q239K、V341I、A435S、K458R、I472V、H519P、A831V和S943T本身并不存在，但发现它们与D614G组合出现。因此，还构建了针对这8种单点突变的假型病毒，以便与针对它们和D614G的双位点组合突变构建的假型病毒进行比较。C组由在推定的糖基化位点（22个位点）中出现氨基酸变化的26种突变体组成，包括变体（N74K、N149H和T719A）和这些作者为分析对糖基化的影响而构建出的实验性突变体。具体来说，针对所有22个位点（N到Q）在实验室中构建出22种单点突变体；他们还进行了组合突变以移除RBD中的两个糖基化位点。总的来说，他们已经构建出106种假型病毒，即80种天然变体和26种糖基化突变体。

【5】Science：构建出更稳定的SARS-CoV-2刺突蛋白，有助加快COVID-19疫苗开发

doi：10.1126/science.abd0826

针对快速开发数十亿剂救命的COVID-19疫苗的需求，来自美国德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员在一项新的研究中成功地重新设计了新型冠状病毒SARS-CoV-2的一种关键蛋白，这种改造可以使得全世界更快更稳定地生产疫苗。相关研究结果发表在Science期刊上。

大多数冠状病毒候选疫苗都会训练人类免疫系统识别SARS-CoV-2病毒表面的一种关键蛋白，即刺突蛋白（S），以对抗感染。这些作者设计了这种蛋白的一种新版本，当在细胞中表达时，它产生的蛋白数量是早前已在多种COVID-19疫苗中使用的合成刺突蛋白的10倍。他们还与美国国家卫生研究院的同事们一起设计了在目前进入美国临床试验的至少两种COVID-19候选疫苗中发现的早期版本的刺突蛋白。

图片来源：The Francis Crick Institute

【6】Nature：揭示SARS-CoV-2刺突蛋白结合人ACE2受体的结构机制

doi：10.1038/s41586-020-2772-0

在一项新的研究中，来自英国弗朗西斯-克里克研究所的研究人员发现位于SARS-CoV-2冠状病毒表面上的刺突蛋白（S蛋白）与人类病毒受体ACE2接触时，可以采取至少十种不同的结构状态。这种对感染机制的新见解为开发疫苗和治疗方法奠定基础。相关研究结果发表在Nature期刊上。

作为引起新冠肺炎（COVID-19）的冠状病毒，SARS-CoV-2的表面覆盖着S蛋白，这使得这种病毒能够感染人体细胞。当S蛋白与细胞表面受体ACE2结合，并在随后阶段催化病毒基因组释放到细胞中时，感染就开始了。然而，ACE2与SARS-CoV-2的S蛋白结合的确切性质仍然未知。在首次对ACE2与S蛋白之间的结合机制进行整体考察的研究中，这些研究人员，对S蛋白与受体结合和感染的不同阶段相关的10种不同结构进行了表征。他们首先孵育S蛋白和ACE2的混合物，然后通过在液态乙烷中快速冷冻，捕捉不同形式的S蛋白。他们使用低温电镜技术检查这些蛋白样品，获得了数万张不同结合阶段的高分辨率图像。

【7】The Lancet：新发现！382个核苷酸的缺失或会让SARS-CoV-2的感染变得更加温和！

doi：10.1016/S0140-6736(20)31757-8

近日，一项刊登在国际杂志The Lancet上的研究报告中，来自新加坡科技研究局（A*STAR）等机构的科学家们通过研究发现了让SARS-CoV-2病毒变得温和的基因突变。与地球上其它任何生物一样，SARS-CoV-2易于趋向于自然遗传多样性，而这是因为突变所引起的，自SARS-CoV-2引发的COVID-19疫情席卷全球以来，人们一直担心突变是否会使得该病毒变得而更具传染性和致死性，然而本文研究中，研究人员却发现了相反的结果；这项研究中，研究人员分析了一种让SARS-CoV-2变得致病性较轻的一种特殊突变，其所引发宿主机体的免疫反应较低、感染程度较轻也感染者的临床治疗效果较好。

此前研究人员在SARS-CoV-2基因组中发现了多种突变，因为诸如此类遗传突变会转化为不同的特征，而这些特征会以不同的方式来影响病毒，因此研究人员非常感兴趣研究这些突变及其所产生的效应；比如，免疫靶点或能被诊断测试所针对的病毒区域的突变或许会对人类宿主对抗病毒产生一些严重影响，而且基因突变还会病毒的传播性和毒力，从而引发人们对更加危险菌株的担忧。这项研究中，研究人员重点对一种特殊的基因突变进行研究，该突变是研究者通过对今年1月和2月之间在对新加坡病例中分离出的SARS-CoV-2的基因组进行常规测序时所发现的。

【8】Cell：对SARS-CoV-2刺突蛋白变体D614G的结构和功能分析

doi：10.1016/j.cell.2020.09.032

在一项新的研究中，来自美国马萨诸塞大学医学院等机构的研究人员发现D614G在人类肺细胞、结肠细胞以及在通过异位表达人类ACE2或来自各种哺乳动物（包括中华菊头蝠和马来亚穿山甲）的ACE2同源物而允许被病毒感染的细胞上，比它的祖先病毒更具感染力。相关研究结果发表在Cell期刊上。

D614G没有改变S蛋白的合成、加工或整合到SARS-CoV-2病毒颗粒中，但由于较快的解离速度，D614G对ACE2的亲和力降低。通过低温电子显微镜对S蛋白三聚体的评估表明，D614G破坏了S蛋白的原聚体（protomer）之间的接触，使得S蛋白的构象转向能够结合ACE2的状态，这被认为是病毒颗粒与靶细胞膜融合的途径。与这种更开放的构象相一致的是，靶向S蛋白受体结合结构域（RBD）的抗体的中和效力并没有减弱。

【9】AJIC：重磅！首次发现波长222nm的紫外线或能有效杀灭SARS-CoV-2！

doi：10.1016/j.ajic.2020.08.022

近日，一项刊登在国际杂志American Journal of Infection Control上的研究报告中，来自广岛大学等机构的科学家们通过研究发现，利用波长为222 nm的紫外线（UVC，人类使用的安全范围内）或能有效杀灭SARS-CoV-2病毒。

截止到目前为止，其它涉及222 nm UVC（Far-UVC）的研究只证实了该波长的紫外线在清除季节性冠状病毒上的潜力，当然这些冠状病毒在结构上与SARS-CoV-2相似，但其并不会引发COVID-19，一纳米相当于十亿分之一米。体外研究中，研究者发现，以0.1 mW/cm2的光强度照射30秒222 nm的UVC或能杀灭99.7%的SARS-CoV-2。

【10】Science：全球200名科学家们通力合作揭示SARS-CoV-2、SARS-CoV-1和MERS-CoV冠状病毒的共同弱点

doi：10.1126/science.abe9403

近日，一项刊登在国际杂志Science上的研究报告中，来自乔治亚州立大学等机构的科学家们通过研究发现，三种致命的冠状病毒：SARS-CoV-2、SARS-CoV-1和MERS-CoV都有共同的弱点，比如会频繁劫持细胞中的信号通路，这或许有望帮助研究人员寻找有效广泛抑制冠状病毒感染的潜在靶点和疗法。

在过去20年里，全球面临着三种致命性的冠状病毒，即SARS-CoV-2、SARS-CoV-1和MERS-CoV，而SARS-CoV-2所诱发的COVID-19在全球引起了疾病的大流行，目前在全球已经感染了3700多万人，而且造成了100多万人死亡。这项研究中，研究人员通过研究确认了冠状病毒之间的共性，并解释了多个共同的细胞过程和蛋白靶点，其或能作为新型靶点帮助开发当前和未来冠状病毒感染大流行的治疗性和干预性措施。

图片来源：Shaun K. Olsen, PhD, laboratory at The University of Texas

Health Science Center at San Antonio

【11】Sci Adv：新发现！科学家识别出SARS-CoV-2的新型病毒“分子剪刀酶” 或有望作为开发新型靶向性疗法的特殊靶点！

doi：10.1126/sciadv.abd4596

近日，一项刊登在国际杂志Science Advances上的研究报告中，来自德克萨斯大学健康科学中心等机构的科学家们通过研究提出了一种新型的COVID-19药物设计思路，即通过阻断病毒的关键“分子剪刀”，该剪刀是病毒用来进行复制并促进对人类免疫反应非常重要的蛋白失活的关键工具。

文章中，研究人员开发出了两种能有效抑制病毒“分子剪刀”的特殊分子，病毒的“分子剪刀”即名为SARS-CoV-2-PLpro的特殊酶类，该酶类能通过感知并加工病毒和人类蛋白来促进病毒的感染过程，研究者Shaun K. Olsen博士指出，酶类SARS-CoV-2-PLpro能执行一种“双重打击”任务，其会刺激并释放对病毒复制非常必要的蛋白，同时还会抑制宿主机体中向免疫系统发送抵御感染信号的细胞因子和炎症趋化因子等分子的功能。

【12】Science：大多数人对SARS-CoV-2产生强劲的抗体反应，而且这种抗体反应至少在5个月内保持相对稳定

doi：10.1126/science.abd7728

在一项新的研究中，来自美国西奈山伊坎医学院的研究人员发现绝大多数感染轻度到中度COVID-19的人都会产生强大的抗体反应，这种抗体反应至少在5个月内保持相对稳定。此外，他们还发现这种抗体反应与人体中和（或者说杀灭）SARS-CoV-2（导致COVID-19疾病的冠状病毒）的能力相关。相关研究结果发表在Science期刊上。

研究者表示，虽然有些报告说针对这种病毒的抗体很快就会消失，但是我们发现恰恰相反：90%以上轻度或中度患病的人都会产生足以中和这种病毒的抗体反应，而且这种抗体反应会维持多个月。发现针对SARS-CoV-2的抗体反应的稳健性，包括它的持久性和中和作用，对于让我们能够有效地监测社区的血清阳性率并确定保护我们免受再感染的抗体的持续时间和水平至关重要。这对有效的疫苗开发至关重要。

【13】Mol Cell：SARS-CoV-2病毒破坏宿主防御系统的机制

doi：10.1016/j.molcel.2020.10.034

新型冠状病毒破坏宿主的其中一种方式是它可以阻断细胞产生保护性蛋白质的能力，而不会阻碍其自身的复制能力。如今，耶鲁大学的一个多学科研究小组发现了导致SAV-CoV-2（一种导致COVID-19的病毒）如何通过阻止细胞蛋白（包括免疫分子）的产生来实现这一目标，并导致宿主严重疾病。相关结果发表在Molecular Cell杂志上。

研究者Yong Xiong说：“该病毒实质上是对宿主细胞进行重编程，通过了解这一机制，我们有望设计出新的疗法。”先前的研究已表明病毒蛋白 Nsp1具有阻止细胞产生新蛋白的能力，但是尚不清楚NsP1在细胞中如何工作。通过先进的基因筛选和低温电子显微镜（cryo-EM），耶鲁团队能够证明Nsp1是SARS-CoV-2最具致病性的病毒蛋白之一。在人类肺细胞中，它可以大大改变宿主细胞的基因表达，并从本质上形成一个栓塞，阻止核糖体接收信使RNA编码的新蛋白质的遗传指令。

【14】Cell：评估SARS-CoV-2刺突蛋白突变D614G对传播性和致病性的影响

doi：10.1016/j.cell.2020.11.020

新型冠状病毒SARS-CoV-2导致2019年冠状病毒病（COVID-19），如今正在全球肆虐。疫苗是控制大流行迫切需要的必要对策。目前还没有针对SARS-CoV-2的人类疫苗，但大约有120种候选疫苗正在研发中。在一项新的研究中，来自英国卡迪夫大学等研究机构的研究人员评估了1月至6月间在英国收集的2.5万多份SARS-CoV-2全基因组序列。与其他地方一样，614G在英国3月下旬成为主导的变体，这种614G变体经过多次独立引入，大多来自曾在国际上旅行的人。他们还证实，614G与感染严重程度无关，并观察到年轻患者更容易感染614G，且病毒载量更高。他们的结研究果支持这样的一个观点：614G是阳性选择，很可能影响这种病毒的传播性。相关研究结果发表在Cell期刊上。

研究者表示，即使有了这个庞大的数据集，我们几乎已经突破了识别这种影响存在的能力极限。”如果样本量较小，检测如此微小的传染性变化将更加困难。这项研究是迄今为止发表的一项关于新冠病毒的样本数量最大的研究。美国西北大学纪念医院传染病研究员Judd Hultquist（未参与这项研究）说，“很多研究团队都在研究这种特定变体随时间的增加。但是，让这项新的研究真正令人兴奋的是，他们已经在一个小的人群范围内完成了所有的研究，所以所有的人都在英国境内”，而不是积累来自世界各地的样本，而后者会增加额外混杂因素的可能性。

【15】Nature：构建出SARS-CoV-2感染的人远端肺类器官模型

doi：10.1038/s41586-020-3014-1

远端肺（distal lung）包含终末细支气管和促进气体交换的肺泡。体外三维人体远端肺培养系统将极大地促进对间质性肺疾病、癌症和SARS-CoV-2相关的COVID-19肺炎的病理研究。在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学医学院等研究机构的研究人员以成人肺泡上皮细胞II型（AT2）或KRT5+基底细胞为来源，培育出长期不含饲养细胞的化学限定性远端肺祖细胞培养物：远端肺类器官（organoid）。相关研究结果发表在Nature期刊上。

AT2细胞类器官表现出AT1转分化潜能，而基底细胞类器官产生的管腔内排列有分化的棒状细胞（club cell）和纤毛细胞。对基底细胞类器官的KRT5+基底细胞进行单细胞分析揭示了一个独特的ITGA6+ITGB4+有丝分裂细胞群体，它们的增殖可进一步产生一个TNFRSF12Ahi细胞亚群，这个细胞亚群含有大约10%的KRT5+基底细胞，簇集在终末细支气管内，并表现出丰富的克隆性类器官（clonogenic organoid）生长活性。（生物谷Bioon.com）

生物谷2020年年终盘点正在进行！更多精彩盘点！敬请期待！