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2023年6月15日，武漢大學(xué)病毒學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/生命科學(xué)學(xué)院/泰康生命醫(yī)學(xué)中心嚴(yán)歡課題組在國際學(xué)術(shù)期刊Cell Discovery上在線發(fā)表了題為“Broad host tropism of ACE2-using MERS-related coronaviruses and determinants restricting viral recognition”的研究論文。

2022年12月，嚴(yán)歡課題組在Nature期刊首次報(bào)道NeoCoV和PDF-2180這兩種與中東呼吸綜合征冠狀病毒（MERS-CoV）密切相關(guān)的冠狀病毒, 使用血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（ACE2）而非DPP4（MERS-CoV受體）作為功能性受體進(jìn)入宿主細(xì)胞。這兩種病毒尚不能高效地利用人類ACE2進(jìn)入細(xì)胞，它們在不同哺乳動(dòng)物中的宿主范圍和跨物種傳播潛力也尚不清楚。在前期研究的基礎(chǔ)上，課題組基于來自49種蝙蝠和53種非蝙蝠哺乳動(dòng)物的ACE2同源基因，通過受體結(jié)合域（RBD）結(jié)合實(shí)驗(yàn)與假病毒入侵實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步測試了NeoCoV 和 PDF-2180這兩種病毒受體使用的偏好性（如示意圖1）?；隍餉CE2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這兩種病毒不能使用絕大多數(shù)陰翼手亞目（Yinpterochiropteran）蝙蝠（Yin-bat）的ACE2進(jìn)入宿主細(xì)胞，但可以高效地識別并利用大多數(shù)陽翼手亞目（Yangochiropteran）蝙蝠（Yang-bat）的ACE2。這與同樣利用ACE2作為功能性受體進(jìn)入宿主細(xì)胞的NL63和SARS-CoV-2表現(xiàn)出不同的受體識別譜。這兩種MERS相關(guān)冠狀病毒在非蝙蝠哺乳動(dòng)物中均表現(xiàn)出廣泛的受體識別譜，其中包括許多和人類關(guān)系比較密切的家畜、模式動(dòng)物、瀕危動(dòng)物以及一些冠狀病毒潛在的中間宿主等。

示意圖1：NeoCoV和PDF-2180利用蝙蝠（上）和其它哺乳動(dòng)物（下）ACE2的能力

為了進(jìn)一步揭示決定NeoCoV和PDF-2180對來自不同宿主的ACE2受體偏好性的分子機(jī)制，團(tuán)隊(duì)基于上述ACE2識別效率的數(shù)據(jù)，對不同蝙蝠以及其它哺乳動(dòng)物ACE2進(jìn)行了序列與結(jié)構(gòu)的細(xì)致分析，總結(jié)出四個(gè)關(guān)鍵的宿主范圍決定因子A，B， C 和 D（如示意圖2）。其中位于關(guān)鍵決定域中的N54 (A) 和N329 (C) 兩個(gè)位點(diǎn)的糖基化參與了病毒受體相互作用，而E305 (B) 和D338 (D)主要通過鹽橋等相互作用在受體識別中發(fā)揮了很大的作用。其中宿主決定位點(diǎn)E305 (B)在不同宿主ACE2識別中的重要性尤為突出，特別是對于六種不能被高效識別的非蝙蝠哺乳動(dòng)物的ACE2。

示意圖2：NeoCoV和 PDF-2180不同宿主范圍決定位點(diǎn)鑒定

在前期研究中，課題組發(fā)現(xiàn)NeoCoV在受體結(jié)合基序（RBM）上T510F的突變可以通過增加和人類ACE2（hACE2）的疏水相互作用，實(shí)現(xiàn)對hACE2的高效識別。在本研究中，研究人員通過對102個(gè)物種的ACE2序列進(jìn)行保守性分析，發(fā)現(xiàn)相互作用界面上存在一個(gè)非常保守的疏水口袋。研究結(jié)果顯示，NeoCoV-T510F突變體假病毒可以通過增強(qiáng)與這一保守的疏水口袋相互作用，進(jìn)一步擴(kuò)大宿主識別范圍。（如示意圖3）。

示意圖3：NeoCoV受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域T510F突變進(jìn)一步擴(kuò)大宿主范圍

綜上，本研究揭示了NeoCoV和PDF-2180能夠廣泛地使用不同哺乳動(dòng)物的ACE2作為功能性受體，并確定了在受體層面限制宿主范圍的關(guān)鍵決定因子。該論文為研究使用ACE2受體的MERS-CoV相關(guān)冠狀病毒識別不同物種ACE2的機(jī)制提供了重要信息，突出了深入研究這些潛在高致病性病毒感染、傳播與致病機(jī)制的必要性，強(qiáng)調(diào)了相關(guān)病毒的發(fā)現(xiàn)、監(jiān)測與預(yù)警對防范未來潛在疫情暴發(fā)的重要科學(xué)與現(xiàn)實(shí)意義。

武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/病毒學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/泰康生命醫(yī)學(xué)中心嚴(yán)歡研究員為論文的通訊作者，生命科學(xué)學(xué)院2020級碩士研究生馬成鮑、2021級碩士研究生劉晨、2022級博士研究生熊清為論文的共同第一作者。清華大學(xué)丁強(qiáng)教授以及中國科學(xué)院微生物研究所的王奇慧研究員為本研究提供了材料方面的幫助。本研究得到了國家自然科學(xué)基金、中央高校基礎(chǔ)科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金等經(jīng)費(fèi)的資助。

文章來源：武漢病毒學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

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