近日，中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院熊曉犁、何俊和陳凌課題組在Life Science Alliance期刊上發(fā)表題為“Disulfide stabilization reveals conserved dynamic features between SARS-CoV-1 and SARS-CoV-2 spikes”的研究論文。這項研究利用蛋白重組表達技術(shù)，引入設計的二硫鍵對非典型性呼吸道綜合癥病毒 (非典病毒，SARS-CoV-1) 的刺突蛋白進(jìn)行工程化改造，穩定了該蛋白以前未觀(guān)察到的一些稀有構象，這與新型冠狀病毒 (SARS-CoV-2) 和其它沙貝病毒 (Sarbecovirus) 的刺突蛋白的某些特殊構象共享一些平行的特征，文章討論這些保守特征可能的生物學(xué)功能。

　　 刺突蛋白在冠狀病毒的受體結合與介導入侵的病毒-細胞膜融合過(guò)程中有重要功能，冠狀病毒的疫苗研發(fā)主要針對刺突蛋白為靶點(diǎn)，新冠病毒的爆發(fā)使得其刺突蛋白的結構與功能成為近年來(lái)的研究焦點(diǎn)之一。近年來(lái)的研究發(fā)現，新冠病毒的刺突蛋白在結構上有著(zhù)很強的構象動(dòng)態(tài)，存在鎖定型、關(guān)閉型和打開(kāi)型三種不同的融合前構象。其中，鎖定構象的S蛋白具有非常緊致的結構，與能結合ACE2受體的“受體結構域（RBD）打開(kāi)構象”不兼容。對于新冠病毒的S蛋白，研究表明其鎖定構象在中性pH條件下僅能短暫存在，在酸性環(huán)境中更為穩定?？赡苡捎谠谥行原h(huán)境下鎖定構象的不穩定性，之前未在非典病毒S蛋白的結構研究中觀(guān)察到鎖定構象。研究團隊前期針對新冠病毒的S蛋白開(kāi)發(fā)了可以穩定其RBD“down”構象，包括稀有鎖定構象的x1，x2，x3三對二硫鍵1,2，在該研究中研究人員將這三對二硫鍵分別引入非典病毒S蛋白，發(fā)現經(jīng)過(guò)改造的非典病毒S-x1，S-x2，S-x3蛋白均能得到表達和提純，負染電鏡下提純的工程刺突蛋白形成了形態(tài)完整的顆粒，研究人員測試了S-x3蛋白的免疫效果，與未經(jīng)改造的刺突蛋白相比，發(fā)現S-x3蛋白可以誘導出滴度相當的強中和小鼠血清。

　　研究人員利用冷凍電鏡技術(shù)對改造后的非典病毒S蛋白進(jìn)行了成像，發(fā)現非典病毒的S蛋白存在與新冠病毒S蛋白類(lèi)似的兩種不同的鎖定型構象 locked-1（3個(gè)S蛋白亞基均為鎖定-1構象）和 locked-2（3個(gè)S蛋白亞基均為鎖定-2構象），以及不對稱(chēng)的混合型鎖定構象 locked-112（3個(gè)S蛋白亞基兩個(gè)為鎖定-1構象，一個(gè)為鎖定-2構象）和 locked-122（3個(gè)S蛋白亞基兩個(gè)為鎖定-2構象，一個(gè)為鎖定-1構象）。除此之外，在非典病毒S-x1蛋白的關(guān)閉構象中，觀(guān)察到其融合肽近端區（Fusion Peptide Proximal Region, FPPR）存在特殊的擠出型結構，顯示出該區域特殊的結構動(dòng)態(tài)，這種構象在新冠病毒的x1改造的S蛋白上沒(méi)有被觀(guān)察到。與新冠病毒S蛋白不同，低pH不能促使非典病毒S蛋白形成鎖定構象。 這些結果揭示了新冠病毒和非典病毒S蛋白之間構象上的相似性和結構動(dòng)態(tài)上的差異性。

　　 本研究發(fā)現了非典病毒刺突蛋白存在locked-1和locked-2兩種不同的鎖定構象，這與新冠病毒的刺突蛋白相似。與本研究中觀(guān)測到的非典病毒S蛋白的其他構象一起，說(shuō)明SARS-CoV-1和SARS-CoV-2刺突蛋白存在復雜的結構動(dòng)態(tài)。迄今為止，非典病毒和新冠病毒外的其它沙貝病毒的刺突蛋白主要觀(guān)測到 locked-2構象，結構分析表明，盡管locked-1和locked-2構象之間的細節不同，但通過(guò)結構域D和結構域C-D鉸鏈區之間的相互作用使得刺突蛋白的結構剛性化，維持了鎖定構象的穩定，并抑制RBD運動(dòng)是沙貝病毒刺突蛋白鎖定構象共有的特征。沙貝病毒刺突蛋白鎖定構象中抑制RBD打開(kāi)機制的保守性表明，鎖定構象的S蛋白三聚體可能在沙貝病毒生命周期中發(fā)揮保守功能，研究組提出鎖定構象可能在病毒的組裝過(guò)程中發(fā)揮功能，但是該提議還有待后續研究的證實(shí)。

　　該研究由中國科學(xué)院提供經(jīng)費支持，廣州醫科大學(xué)，廣州實(shí)驗室趙金存研究組、南方科技大學(xué)王培毅研究組和廣州生物島實(shí)驗室金亮研究組對該研究提供了鼎力協(xié)助。

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圖1.該研究解析的不同構象的非典病毒刺突蛋白的冷凍電鏡結構