Cell重磅：新冠病毒跨物种传播的关键突变被发现

2021

07/15

生物世界

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来源 | 生命科学前沿

截至2021年7月初，SARS-CoV-2已在全球范围内造成超过1.88亿人感染，导致超过400万人死亡。研究发现，一些蝙蝠和穿山甲来源的病毒与SARS-CoV-2的关系更为密切。蝙蝠冠状病毒RaTG13最初于2013年在中国从嗜鼻蝙蝠中分离，在整个基因组中与SARS-CoV-2具有96%的核苷酸同源性。同样，在马来穿山甲中发现的几种病毒与SARS-CoV-2密切相关，S蛋白受体结合域（RBD）氨基酸同源性高达97.4%，这表明SARS-CoV-2为人畜共患病病毒。然而，SARS-CoV-2跨物种传播的确切起源和机制尚不清楚。

2021年7月6日，美国弗吉尼亚理工学院的研究人员在 Cell 期刊发表了题为：A selective sweep in the Spike gene has driven SARS-CoV-2 human adaptation 的研究论文。

该研究通过对182000个SARS-CoV-2基因组进行分析发现：

1、一个重要的碱基突变标签（A1114G），其突变后表达的氨基酸T372A位于S抗原RBD内。

2、T372A突变可以减少病毒表面糖基，从而增强病毒与宿主受体hACE2的结合能力。

3、T372A单一突变是SARS-CoV-2适应人类宿主的关键突变。T372A 突变增强了病毒在人类细胞中的传播能力，并且这种影响比D614G的变化要大得多。

碱基突变标签A1114G的发现

在病毒感染过程中，棘突蛋白在受体识别和细胞膜融合过程中起重要作用。研究者通过比较分析SARS-CoV-2和其他四种Sarbecovirus成员（一种穿山甲冠状病毒和三种蝙蝠冠状病毒）基因组序列，总共确定了六个保守基因位点。值得注意的是，只有一个位点（A1114G；基因组位置22676）位于扫描区域的中心，这在棘突蛋白的密码子位置372内。在人类SARS-CoV-2中，372位置的氨基酸苏氨酸被丙氨酸（Thr372Ala）取代。

对 WT（A372）、T372 和 G614 SARS-CoV-2病毒 S 蛋白进行分子建模发现，在 T372 变体中观察到 N370 处 N-连接糖基化的可能性增加，因为苏氨酸突变提供了标准的 N-连接糖基化位点基序（NXT/S）和溶剂可及的表面积N370。G614 的结构分析未表明 S 蛋白结构的任何主要局部修饰，也不接近 RBD。此外，残基 G 614 与糖基化位点（N616）非常接近，但与 D614 相比，G614 突变没有改变糖基化的可能性或一般表面特性。

回复突变验证与hACE2的结合能力

研究者试图使用功能性 ELISA实验验证WT (A372）、A372T 和 N501Y 的 RBD 与hACE2的结合能力。结果显示，N510Y 突变体的 50% 有效剂量（EC50）值（5.83±0.94 ng/mL）低于 WT（12.48±1.26 ng/mL），表明N510Y突变使刺突蛋白对 hACE2 的结合亲和力更强。相比之下，A372T 突变体的 EC50值明显更高（26.29±0.08 ng/mL），表明与 WT 相比，A372T 突变使Spike与 hACE2 的相互作用变弱。总之，这些结果表明 SARS-CoV-2 祖先病毒中发生的S蛋白 T372A 突变增强了与 hACE2 的亲和力。

T372A 突变增强病毒在人类细胞中的传播能力

研究者进一步评估了每种病毒（WT、S蛋白A372T 和 S蛋白D614G）在 Vero E6 和 Calu-3 细胞系、猴肾和人肺上皮细胞系中的复制动力学。在 Vero E6 细胞中感染后，所有三种病毒的病毒滴度都迅速上升，并且在病毒之间仅观察到峰值滴度的微小差异。在 Calu-3 细胞中，D614G 突变体在感染后 1 天（dpi）产生显着高于WT的滴度，但其余时间点的水平相似。

WT和A372T突变体在感染后24小时未观察到差异，但稍后的时间点显示 A372T 突变体的复制显着减少。与WT相比，D614G在1、2、3和4dpi上的病毒滴度分别为2.9、2.9、1.3和0.8倍；相反，与野生型相比，A372T滴度在1、2、3和4dpi上分别降低1.8、5.5、31.1和64.1倍。这些数据表明，T372A 突变增强了病毒在人类细胞中的传播能力，并且这种影响比D614G的变化要大得多。