西湖大学揭开新冠病毒侵染人体细胞谜团

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人民网2月21日电(记者赵泳鑫)新型冠状病毒是如何感染人类细胞的？西湖大学最近的两项研究揭示了这个秘密。

先前的研究表明，如果新型冠状病毒想要侵入人体细胞，它必须借助人体细胞膜表面的S蛋白抓住细胞膜表面的ace2蛋白，然后才能进入人体细胞实施邪恶。

那么，S蛋白是如何捕捉ace2蛋白的呢？ace2蛋白看起来像什么？两者结合的过程中发生了什么？

西湖大学周强团队的两项最新成果揭示了ace2蛋白的全长结构和新型冠状病毒侵入人体细胞的详细过程。

什么是ace2和S蛋白？

发现新型冠状病毒感染人体细胞的关键在于冠状病毒的S蛋白和人细胞膜上的乙酰胆碱酯酶2蛋白的结合——确切地说，S蛋白“劫持”了最初用于控制血压的乙酰胆碱酯酶2，并通过其结合侵入人体。

被称为棘糖蛋白的s蛋白位于新型冠状病毒的最外层，就像一个凸起的“皇冠”。根据德克萨斯大学奥斯汀分校研究小组的最新分析结果，新型冠状病毒S蛋白以三聚体的形式存在，每个单体中约有1300个氨基酸，其中300多个氨基酸构成了“受体结合域”(rbd)，即S蛋白与ace2相连的地方。

Ace2被称为“血管紧张素转换酶2”，是一种参与人体血压调节的蛋白质，广泛存在于肺、心、肾和肠中。

人类细胞的蛋白质如何与病毒表面的蛋白质相关？西湖大学的一位特别研究员梁韬用了一个形象比喻:“如果把人类细胞比作房子，把新型冠状病毒比作强盗，那么S蛋白就相当于新型冠状病毒的黑手，而ace2就是这所房子的‘门把手’；新的冠状病毒可以直接侵入人体细胞。”

S蛋白是如何抓住“门把手”的？

尽管业内专家已经知道S蛋白和ace2是敌我交换的前线，但在这种流行病爆发之前，科学家们从未见过ace2的全貌以及ace2和新型冠状病毒S蛋白之间的相互作用过程。

两天前，周强实验室率先报道了世界上ace2全长蛋白的高分辨率三维空结构。今天早上，他们宣布ace2全长蛋白和新型冠状病毒S蛋白受体结合结构域的复杂结构已经解决。受体分辨率为2.9埃(1埃是十亿分之一米)，S蛋白受体结合域的分辨率为3.5埃。

研究人员发现，在形态学上，新型冠状病毒的S蛋白就像一座横跨乙酰胆碱酯酶2表面的桥梁，就像一只病毒的手，紧紧抓住乙酰胆碱酯酶2。他们指出，这与非典病毒非常相似；此外，新型冠状病毒S蛋白的受体结合域与非典病毒序列非常相似，相似度达到82%。

通过进一步的分析，研究人员可以看到哪些氨基酸与新型冠状病毒表面的S蛋白中的ace2相互作用。与之前分析的sars病毒与ace2的相互作用相比，新型冠状病毒S蛋白的一些氨基酸残基发生了很大变化。这可以解释为什么新型冠状病毒和sars与ace2的结合能力不同——这种结合能力可能影响病毒的传染性。然而，它是增强还是减弱还需要通过其他实验手段进一步验证。

比较rbd-ace2-b0at1复合物和冠状病毒s蛋白的结构，它们通过rbd结构域锚定在一起(左，新冠状病毒2019-ncov；；对，非典

此前，清华大学王新泉教授和中国科学院微生物研究所齐建勋教授组成的研究团队独立分析了ace2 N端蛋白酶结构域和新型冠状病毒S蛋白受体结合结构域的晶体结构。这些信息补充和支持了周强团队的电子显微镜结构。值得一提的是，所有三个独立的团队都选择在第一时间向世界公布他们的复合体的原子坐标，以提高它们的潜在利用价值。

研究结果能产生特定的药物吗？

周强团队的这两项发现的实际应用价值是什么？你能生产特定的药物吗？

研究员周强说，只有认清敌人的真面目，我们才能制定有效的作战计划和研制有效的药物。虽然ace2全长蛋白结构和复杂结构的分析是基础研究领域的一个突破，这不一定与特定药物的研发有关，但另一方面，它们确实非常重要。由于蛋白质的结构在很大程度上决定了其性质和功能，观察新鲜冠状病毒的S蛋白、人类细胞的乙酰胆碱受体及其相互作用就相当于看到了“敌人”，这为后续科学家的靶向药物研究和检测手段的开发提供了坚实的科学基础。

这项研究的另一个意义在于，计算生物学研究者可以在此基础上构建不同的模型，然后进行有针对性的研究，判断哪些突变可以进一步改善S蛋白和ace2之间的相互作用，从而设计针对S蛋白或ace2蛋白的药物和抗体，或者设计小分子药物来破坏它们之间的相互作用。

为什么周强的队伍可以？

这两项成就是如何在短时间内取得的？

天上没有馅饼，基础科学领域的研究是一个漫长的过程。在过去的两年里，周强的实验室一直在研究人类氨基酸转运蛋白，他们已经锁定了几个目标蛋白，ace2就是其中之一。在COVID-19爆发肺炎后，周强的团队立即提出了ace2研究工作的重点，加班加点，进行了突然袭击，最终尽快取得了研究成果，为以后的药物研发提供了关键信息。

这两篇预印论文分别于2月19日和2月21日在预印网站biorxiv上发表。后一篇论文的第一作者是闫，他是西湖大学生命科学学院的博士后，通讯作者是西湖大学生命科学学院的研究员周强；第一单元和通讯单元是西湖大学浙江省结构生物学研究重点实验室。这也是浙江省西湖大学承担的“新型冠状病毒应急防控工程”的重要成果，得到了浙江省、杭州市和西湖区有关部门的大力支持。

来源：搜狐微门户