深圳子科生物報道：12月23日，清華大學生命科學學院王新泉教授與醫(yī)學院向燁研究員合作在《細胞研究》（Cell Research）期刊在線發(fā)表題為《SARS冠狀病毒刺突糖蛋白冷凍電鏡結(jié)構(gòu)揭示其受體結(jié)合的必需構(gòu)象狀態(tài)》（Cryo-electron microscopy structures of the SARS-CoV spike glycoprotein reveal a prerequisite conformational state for receptor binding）的研究論文，解析了高致病性冠狀病毒SARS-CoV表面刺突蛋白（spike）蛋白的近原子分辨率結(jié)構(gòu)，并捕捉到刺突蛋白的多種中間構(gòu)象，揭示了SARS冠狀病毒入侵宿主細胞過程中必需的動態(tài)結(jié)構(gòu)變化。

高致病性冠狀病毒感染是公共衛(wèi)生的重大威脅。2002-2003年嚴重急性呼吸道綜合征冠狀病毒（SARS-CoV）的爆發(fā)導(dǎo)致8000多人感染，800多人死亡；2012年中東呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒（MERS-CoV）從中東地區(qū)開始流行，已導(dǎo)致1800多人感染，600多人死亡。2015年世界衛(wèi)生組織列出了8種可能引起嚴重爆發(fā)性流行的危險病原體，SARS冠狀病毒和中東呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒名列其中。迄今為止，還沒有針對這兩種冠狀病毒的特異性藥物和疫苗。

冠狀病毒刺突蛋白（spike）為同源三聚體，位于病毒囊膜表面，是已知zui大的病毒表面蛋白。刺突蛋白在病毒與宿主細胞接觸，與宿主細胞受體結(jié)合以及病毒-宿主細胞膜融合過程中起著關(guān)鍵作用，同時也是中和抗體結(jié)合及疫苗研發(fā)的重要靶點。

冠狀病毒刺突蛋白從非激活態(tài)到激活態(tài)的構(gòu)象變化

本研究通過冷凍電鏡單顆粒三維重構(gòu)的方法解析了SARS冠狀病毒刺突蛋白四種構(gòu)象的結(jié)構(gòu)。其中構(gòu)象一為三重對稱的結(jié)構(gòu)，分辨率達4.3 埃，在此構(gòu)象下刺突蛋白的三個受體結(jié)合區(qū)（RBD）都處于“向下”位置，由于空間位阻，SARS冠狀病毒細胞受體血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（ACE2）無法結(jié)合刺突蛋白，因此該構(gòu)象為受體結(jié)合的非激活狀態(tài)。其余三種構(gòu)象刺突蛋白的對稱性被破壞，一個受體結(jié)合區(qū)抬起處于“向上”位置，在該構(gòu)象下細胞受體能順利結(jié)合抬起的受體結(jié)合區(qū)而沒有空間位阻，因此這三種構(gòu)象為受體結(jié)合的激活狀態(tài)。受體結(jié)合區(qū)從“向下”位置到“向上”位置的轉(zhuǎn)換也是中和性抗體與spike的結(jié)合所必需，并且可推廣到中東呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒等其他類似的冠狀病毒，這對理解冠狀病毒侵染宿主細胞的分子機制，以及特異性藥物和疫苗的開發(fā)提供了重要指導(dǎo)。

王新泉教授和向燁研究員均為北京結(jié)構(gòu)生物學高精尖創(chuàng)新中心及清華大學醫(yī)學院傳染病研究中心成員，長期從事病毒侵染及免疫逃逸相關(guān)的結(jié)構(gòu)生物學研究。2013、2014和2015年，王新泉教授和張林琦教授團隊在《細胞研究》（Cell Research）、《科學-轉(zhuǎn)化醫(yī)學》（Science Translational Medicine）和《科學報告》（Scientific Reports）上分別報道了中東呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒表面刺突蛋白的受體結(jié)合區(qū)受體結(jié)合區(qū)與人受體二肽基肽酶4（DPP4）復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，靶向受體結(jié)合區(qū)的中東呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒人源中和性抗體MERS-4和MERS-27的篩選與鑒定，以及MERS-27發(fā)揮中和作用的分子機制。2016年2月，向燁研究員團隊與合作者在《科學》（Science）期刊上報道了埃博拉病毒表面糖蛋白GP與中和抗體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)和中和機制；6月，向燁研究員團隊又獨立在《自然》（Nature）期刊上報道了噬菌體突破細菌細胞膜的新機制。此次，兩研究組共同協(xié)作，解析了SARS冠狀病毒刺突蛋白的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，并捕捉到了病毒侵染過程中關(guān)鍵的中間狀態(tài)，極大地促進了研究界對病毒侵染機制的理解。

清華大學醫(yī)學院向燁研究組聯(lián)合培養(yǎng)博士生桂淼和生命學院2014級博士生宋文飛為本論文的共同*作者，王新泉教授和向燁研究員為本論文的共同通訊作者。

王新泉教授實驗室博士生周海霞，向燁研究員實驗室博士生許靖蔚和陳思煉參與了本項工作。該工作的冷凍電鏡數(shù)據(jù)采集在國家蛋白質(zhì)科學設(shè)施（北京）的清華大學冷凍電鏡平臺完成，數(shù)據(jù)處理在國家蛋白質(zhì)科學設(shè)施（北京）清華大學高性能計算平臺完成。本工作獲得國家自然科學基金委、科技部重點研發(fā)計劃和北京市結(jié)構(gòu)生物學高精尖創(chuàng)新中心等的經(jīng)費支持。