今日，Nature在线发表了

武汉大学病毒学国家重点实验室、

生命科学学院严欢研究组

最新研究成果

揭示蝙蝠 MERS 相关冠状病毒功能性受体

为相关疫苗与抗病毒药物的研发奠定基础

快和珞珞珈珈一起来看一看吧

2022 年 12 月 07 日，Nature （《自然》）期刊以长文 ( Article ) 形式在线发表了我校病毒学国家重点实验室 / 生命科学学院严欢研究组在病毒受体领域的最新研究成果，论文题为 "Close relatives of MERS-CoV in bats use ACE2 as their functional receptors"（《MERS 冠状病毒在蝙蝠中的近亲病毒使用 ACE2 作为它们的功能性受体》）。

NeoCoV 于 2012 年在南非的开普棕蝠（Cape serotine）样本中被发现，是目前自然界已发现的最接近中东呼吸综合征病毒（MERS-CoV）的一种冠状病毒。严欢研究组在探索多种代表性蝙蝠冠状病毒功能性受体的过程中，发现NeoCoV和PDF-2180这两种MERS 相关冠状病毒的假病毒能够以较低效率进入外源表达人 ACE2 受体的细胞。而领域内的人已经熟知，ACE2（angiotensin-converting enzyme 2）是新冠病毒 SARS-CoV-2 等 Sarbecovirus 亚属冠状病毒的受体。这一出乎预料的结果引起了研究组的高度重视。研究人员利用假病毒系统，进一步测试了 46 种蝙蝠 ACE2 受体，发现这两种病毒可以更加高效地结合多种阳翼手目蝙蝠的 ACE2 受体进入细胞。这一结果突破了目前人们对冠状病毒受体的传统认知，首次揭示了 MERS 相关冠状病毒可以使用 ACE2 而非 DPP4（dipeptidyl peptidase 4，MERS-CoV 等 Merbecovirus 亚属冠状病毒的受体）进入细胞。

▲部分代表性冠状病毒的亲缘关系、自然宿主

以及受体使用情况

在此基础上，中科院生物物理所王祥喜团队通过冷冻电镜技术成功解析了伏翼蝠（Pipistrellus pipistrellus）ACE2 与这两种病毒刺突蛋白受体结合结构域（RBD）复合物的高分辨率结构，美国华盛顿大学 David Veesler 团队也通过冷冻电镜技术解析了 PDF-2180 刺突蛋白全长三聚体的高分辨率结构。结构分析显示，有别于 SARS-CoV、SARS-CoV-2 和 NL63 三种同样使用 ACE2 受体的人类冠状病毒，NeoCoV 和 PDF-2180 使用一种依赖于蛋白 - 糖基相互作用的全新结合模式识别 ACE2。此外，NeoCoV 和 PDF-2180 的 RBD 在 ACE2 上的结合印迹（footprint）相对于其它三种病毒也显著不同，这提示在进化历程中，亲缘关系较远的冠状病毒曾趋同进化独立地选择并适应 ACE2 为受体。

之后，研究人员进一步合作探索了这两种病毒识别受体的分子机制及相关抗体阻断假病毒进入细胞的能力。序列分析与突变研究发现，人 ACE2 的 RBD 结合印迹上 338-342 位氨基酸相对于伏翼蝠 ACE2 的序列差异是导致其介导感染能力较差的关键原因，但 NeoCoV 可通过其刺突蛋白上 T510F 的单点突变实现对人 ACE2 的高效识别。抗体中和实验显示，新冠疫苗接种者的血清和靶向 MERS-CoV RBD 的单克隆抗体在目前的实验条件下均无法抑制 NeoCoV 和 PDF-2180 假病毒的感染，而靶向 ACE2 的特异性抗体（H11B11）以及两种针对 β 属冠状病毒的广谱中和抗体（B6 和 S2P6）可以有效地阻断这两种病毒的假病毒进入细胞。

▲不同冠状病毒 RBD 及其结合 ACE2 的模式（a）

和携带 T510F 突变的 NeoCoV RBD

与人 ACE2 的相互作用（b）

综上，该研究揭示了两种蝙蝠 MERS 相关冠状病毒（NeoCoV 和 PDF-2180）的功能性受体为 ACE2，解析了这两种病毒与受体结合的复合体以及 PDF-2180 刺突蛋白三聚体的结构，提示了这一类病毒对人类健康的潜在威胁，并为 MERS-CoV 的蝙蝠起源假说提供了新的支持证据。该研究成果有助于进一步促进针对使用 ACE2 受体的 MERS 相关冠状病毒的基础研究，并为相关疫苗与抗病毒药物的研发奠定基础。最后需要说明的是，该研究涉及的所有感染实验均使用低风险的假病毒，并未涉及冠状病毒真病毒以及对真病毒进行遗传改造。

武汉大学病毒学国家重点实验室 / 生命科学学院、泰康生命医学中心严欢研究员，中科院生物物理所王祥喜研究员和美国华盛顿大学生物化学系David Veesler教授为该论文的共同通讯作者；武汉大学生命科学学院博士生熊清、硕士研究生马成鲍、中科院生物物理所曹磊副研究员和美国华盛顿大学生物化学系M. Alejandra Tortorici博士为该论文的共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金、武汉大学新冠肺炎研究专项基金、中国科学院战略重点研究项目、国家重点研发计划项目等资助。

全文链接

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05513-3

▲严欢研究组合照▲

相关研究背景

本世纪以来，三种 β 属冠状病毒（SARS-CoV，MERS-CoV，SARS-CoV-2）在人群中引发了三次重大疫情：即非典（SARS）、中东呼吸综合征（MERS）、以及新冠（COVID-19）。实际上，这三种病毒只是冠状病毒大家族的冰山一角，而人类对自然界许多有潜在人畜共患风险的冠状病毒的了解还非常有限。冠状病毒通过识别细胞表面的受体分子进入宿主细胞，故受体很大程度上决定了病毒的宿主范围，组织嗜性与传播能力。因此，成功鉴定冠状病毒受体并建立相应感染模型对揭示病毒感染与传播规律、评价病毒致病力与宿主免疫反应，以及开发疫苗与抗病毒药物具有重要意义。目前领域内普遍认为，Sarbecovirus 亚属冠状病毒（如 SARS-CoV 和 SARS-CoV-2）主要以 ACE2 为受体，Merbecovirus 亚属冠状病毒（如 MERS-CoV）主要以 DPP4 为受体，尽管很多 β 属冠状病毒的受体尚不明确。

MERS-CoV 是目前已知致病力最强的人类冠状病毒，最早于 2012 年在沙特阿拉伯被发现，主要在中东地区国家流行。世界卫生组织（WHO）的最新统计数据显示，MERS 已造成 2600 人的感染，其中 935 人死亡，病死率高达 36%，所幸 MERS-CoV 传播能力明显弱于新冠病毒（SARS-CoV-2），在 2016 年之后只在中东地区有零星感染。MERS-CoV 的中间宿主是骆驼，但其自然进化起源尚不明确。越来越多的证据表明，蝙蝠作为数百种 ɑ 和 β 属冠状病毒的天然宿主，在包括 MERS-CoV 在内多种人类冠状病毒的进化过程中扮演了重要角色。NeoCoV 与 PDF-2180 分别于 2012 年与 2017 年在南非与乌干达的蝙蝠样本中被发现，是自然界目前已知最接近 MERS-CoV 的两种冠状病毒，进化上与 MERS-CoV 属于同一个病毒物种，但由于受体不明确，相关的研究报道寥寥无几。严欢研究员领衔的这项研究利用基于水泡性口炎（VSV）的假病毒系统结合结构分析等技术手段，揭示了 MERS-CoV 在蝙蝠中的近亲病毒 NeoCoV 与 PDF-2180 使用 ACE2 为受体。鉴于尚未有报道发现蝙蝠中存在 MERS 相关冠状病毒（特指该病毒物种的成员，非其它 Merbecovirus 亚属成员）使用 DPP4 为受体，MERS-CoV 在蝙蝠中的祖先可能与 NeoCoV 一样使用 ACE2 为受体，但后来通过与其它使用 DPP4 为受体的冠状病毒（如与 MERS-CoV 同属于 Merbecovirus 亚属，但属于不同病毒物种的 HKU4）重组进化成为 MERS-CoV。需要强调的是，目前，使用 ACE2 的 MERS 相关冠状病毒是否可以感染人类并引发疫情并不清楚，其致病力与传播能力也有待进一步研究。人类无法清除自然界的冠状病毒，也难以完全避开与这些病毒的接触，只有加强对病毒的监测预警与基础研究，未雨绸缪，才能使人类在与病毒的博弈中立于不败之地。

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个人简介

严欢研究员长期从事病毒受体与病毒入侵机制研究，在 Nature, Nature Ecol Evol, eLife, mBio, J Virol 等重要学术期刊发表第一或通讯作者论文 12 篇，曾获 2013 年吴瑞奖。2008 至 2016 年在北京生命科学研究所李文辉教授实验室攻读博士学位及开展博士后研究期间，在李文辉教授的指导下鉴定了乙肝病毒受体 NTCP，解决了困扰领域数十年的科学难题（李文辉教授因该成果获 2020 年 Baruch Blumberg 奖和 2022 年未来科学大奖）；2016 至 2019 年在南加州大学医学院博士后工作期间鉴定了人乳头瘤病毒 HPV 的受体结合多肽；2019 年 11 月加入武汉大学病毒学国家重点实验室 / 生命科学学院，重点关注人类及蝙蝠冠状病毒、乙肝病毒、人乳头瘤病毒的受体与入侵机制，在冠状病毒受体领域取得了系列重要成果，成功鉴定蝙蝠 MERS 相关冠状病毒 NeoCoV 和 PDF-2180 的受体 ACE2（Nature，2022）。

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