Science：更稳定的刺突蛋白解释了新冠病毒D614G变种更快传播

2021年3月22日讯/生物谷BIOON/---快速传播的英国、南非和巴西冠状病毒SARS-CoV-2变体引起了人们对COVID-19疫苗是否能保护他们的关注和质疑。在一项新的研究中，来自美国波士顿儿童医院和哈佛医学院等研究机构的研究人员分析了SARS-CoV-2刺突蛋白的结构如何随着D614G突变---所有三种变体所携带的一种突变---发生变化，并显示了为什么这些变体能够更快地传播。相关研究结果于2021年3月16日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Structural impact on SARS-CoV-2 spike protein by D614G substitution”。论文通讯作者为波士顿儿童医院的Bing Chen博士。

图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abf2303。

Chen的团队利用分辨率可达到原子水平的低温电子显微镜（cryo-EM）对SARS-CoV-2刺突蛋白进行了成像。他们发现，与最初的SARS-CoV-2病毒相比，D614G突变使得刺突蛋白更加稳定。因此，更多的功能性刺突蛋白可以与我们细胞的ACE2受体结合，使得这种病毒的感染性更强。

防止刺突蛋白的形状改变

在最初的冠状病毒SARS-CoV-2中，刺突蛋白会与ACE2受体结合，然后急剧改变形状，自行折叠。这使得这种病毒能够将它的包膜与我们自己的细胞膜融合，并进入细胞内部。然而，正如Chen及其同事在2020年7月报告的那样，刺突蛋白有时会在这种病毒与细胞结合之前过早地改变形状和发生分解。虽然这减缓了这种病毒的结合，但形状的改变也使我们的免疫系统更难控制它。Chen说，“因为最初的刺突蛋白会分解，所以它并不能很好地诱导出强烈的中和抗体反应。”

当Chen和同事们对这种发生突变的刺突蛋白进行成像时，他们发现D614G突变通过阻止过早的形状变化来稳定刺突蛋白。有趣的是，这种突变还使得刺突蛋白与ACE受体的结合更弱，但刺突蛋白不易过早分解的事实使得这种病毒整体上更具感染力。

Chen解释说，“比如说最初的病毒有100个刺突蛋白。由于形状不稳定，你可能只有50%的刺突蛋白是功能性的。在G614变体中，你可能有90%的刺突蛋白是有功能的，所以即使它们没有结合得很好，你感染的几率也很大。”

Chen提议，重新设计的疫苗包含这种突变的刺突蛋白的编码。他说，更稳定的刺突蛋白形状应该使任何基于刺突蛋白的疫苗（如Moderna、辉瑞和强生疫苗）更有可能引起保护性的中和抗体。

未来的方向：阻止冠状病毒进入的药物

Chen和他的同事们正在进一步应用结构生物学来更好地理解SARS-CoV-2如何与ACE2受体结合，并着眼于开发阻止病毒进入我们的细胞的治疗方法。

今年1月，Chen团队在发表在Nature Structural & Molecular Biology期刊上的一篇论文中已发现，一种经过结构设计的“诱饵”ACE2蛋白与这种病毒的结合力是人体自身ACE2的200倍。这种诱饵在细胞培养中能有效地抑制这种病毒，这表明它可能成为一种抗击COVID-19的治疗方法。Chen如今正计划将它推进到动物模型中。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1.Jun Zhang et al. Structural impact on SARS-CoV-2 spike protein by D614G substitution. Science, 2021, doi:10.1126/science.abf2303.

2.Tianshu Xiao et al. A trimeric human angiotensin-converting enzyme 2 as an anti-SARS-CoV-2 agent. Nature Structural & Molecular Biology, 2021, doi:10.1038/s41594-020-00549-3.

3.A sturdier spike protein explains the faster spread of coronavirus variants
https://medicalxpress.com/news/2021-03-sturdier-spike-protein-faster-coronavirus.html