我院研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)新冠病毒流行早期出現(xiàn)的V367F突變可顯著增強(qiáng)病毒對人ACE2受體的親和力從而增強(qiáng)感染性
? ?近日，美國微生物學(xué)會官方期刊《Journal of Virology》在線正式發(fā)表了暨南大學(xué)張其威、張弓教授等研究人員關(guān)于新冠病毒的研究報告：《V367F mutation in SARS-CoV-2 spike RBD emerging during the early transmission phase enhances viral infectivity through increased human ACE2 receptor binding affinity》。該項研究利用分子動力學(xué)模擬、表面等離子共振（SPR）、酶聯(lián)免疫吸附、假病毒感染等實(shí)驗方法，證實(shí)了新冠肺炎疫情暴發(fā)早期，病毒刺突Spike蛋白受體結(jié)合域（RBD）出現(xiàn)的V367F突變，可以顯著增強(qiáng)病毒對人ACE2受體的親和力從而增強(qiáng)感染性。由于1月下旬該突變體已在香港和法國發(fā)現(xiàn)，該研究結(jié)論提出預(yù)警：V367F以及今后出現(xiàn)的其它突變可能會引起新冠疫情在全球的加速爆發(fā)。這項研究成果最早于2020年3月17日公布于預(yù)印本平臺bioRxiv，已被引用近百次。
???在新冠疫情爆發(fā)之初，人們普遍認(rèn)為新冠病毒是一種獲得感染人類能力的跨種傳播的病毒。因此，在早期跨種傳播到人類時，其決定病毒感染性和免疫逃逸能力的關(guān)鍵區(qū)域RBD尤為重要。在病毒傳播早期出現(xiàn)的某些RBD突變是否改變了病毒對受體的親和力和感染性，引起了全世界研究人員的興趣。本項研究從2019年12月- 2020年3月新冠病毒傳播早期收集到的并最終完成測序的SARS-CoV-2 32123個基因組中，鑒定出了302個RBD突變體，歸屬為96種突變型。對這些突變型開展了分子動力學(xué)模擬(MDS)分析，發(fā)現(xiàn)三種突變型對人ACE2受體的親和力顯著增強(qiáng)，其中的一種V367F突變體從2020年1月至今在香港、法國、英國、冰島、荷蘭、美國、大洋洲等地持續(xù)流行。V367F突變引起RBD -βsheet支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性增強(qiáng)從而導(dǎo)致病毒感染細(xì)胞能力的增強(qiáng)；酶聯(lián)免疫吸附試驗、表面等離子共振和假病毒試驗進(jìn)一步驗證了預(yù)測結(jié)果（圖1）。隨后，Bloom團(tuán)隊研究人員發(fā)現(xiàn)該突變也可增加RBD蛋白的表達(dá)量(Cell 2020)，有利于病毒的生存和傳播。
圖1：酶聯(lián)免疫吸附試驗、表面等離子體共振和假病毒試驗驗證V367F突變型可增強(qiáng)病毒對人ACE2受體的親和力和對細(xì)胞的感染性。
? ?通過計算分析還發(fā)現(xiàn)，與新冠病毒基因組同源性最高的云南蝙蝠冠狀病毒RATG13與人ACE2受體親和力很低，難以直接感染人類；而廣東發(fā)現(xiàn)的穿山甲冠狀病毒對人ACE2受體的親和力顯著提升，但KD值相比新冠病毒仍有較大差距（圖2B，2C）。隨后，高福院士團(tuán)隊在《Cell》上發(fā)表論文，對蝙蝠冠狀病毒RATG13與人受體ACE2的親和力大小通過表面等離子共振技術(shù)、細(xì)胞流式技術(shù)以及假病毒感染等實(shí)驗也驗證了本研究先前的發(fā)現(xiàn)（Cell 2021）。
圖2：蝙蝠冠狀病毒RATG13、穿山甲冠狀病毒以及4種突變型新冠病毒RBD與人ACE2受體的分子動力學(xué)模擬與結(jié)合自由能比較。
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? ?通過基因組進(jìn)化分析，本研究發(fā)現(xiàn)，早期出現(xiàn)的V367F突變株在后續(xù)的持續(xù)流行過程中，可能與其他新冠病毒株發(fā)生了重組，例如早期出現(xiàn)的V367F突變株與后續(xù)出現(xiàn)的導(dǎo)致傳染性增強(qiáng)的D614G突變株之間可能出現(xiàn)了基因組的重組，形成了雙突變株（圖3）。后續(xù)研究還發(fā)現(xiàn)，雖然目前V367F突變株處于低水平的流行，但觀測到V367F突變株與后續(xù)歐洲流行的B.1.1.7突變株，南非B.1.351突變株,北美B.1.429突變株，巴西P.1突變株以及印度B.1.617突變株等多種傳染性增強(qiáng)或者發(fā)生免疫逃逸的新冠突變株之間可能都發(fā)生了重組，暗示新冠病毒流行株之間易于發(fā)生基因組重組，可以通過多重增強(qiáng)型突變來增強(qiáng)病毒的感染性或者逃逸宿主免疫。
圖3：V367F突變株的基因組進(jìn)化樹-進(jìn)化分支的跨越暗示V367F突變株與其他新冠病毒株之間可能發(fā)生了基因組重組。
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? ?暨南大學(xué)病原微生物研究院/廣東省病毒學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室的張其威教授、暨南大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院的張弓教授為論文的共同通訊作者；南方醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院博士生歐俊賢、暨南大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士生周仲華為論文共同第一作者。陸路和吳建國教授對該研究也提供了重要幫助。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金的支持。
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