武汉新型冠状病毒的进化来源和传染人的分子作用通路

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为了解析武汉新型冠状病毒的进化来源和可能的自然界宿主，研究者利用武汉新型冠状病毒和收集到大量冠状病毒数据进行了遗传进化分析。 结果发现武汉新型冠状病毒属于Beta冠状病毒属（Betacoronavirus） 。Betacoronavirus是蛋白包裹的单链正链RNA病毒，寄生和感染高等动物（包括人）。在进化树的位置上，与SARS （导致2002年“非典”） 病毒和类SARS （SARS-like） 病毒的类群相邻，但并不属于SARS和类SARS病毒类群。有意思的是它们进化上共同的外类群是一个寄生于果蝠的HKU9-1冠状病毒。所以 武汉冠状病毒和SARS/类SARS冠状病毒的共同祖先是和HKU9-1类似的病毒。 由于武汉冠状病毒的进化邻居和外类群都在各类蝙蝠中有发现， 推测武汉冠状病毒的自然宿主也可能是蝙蝠 。如同导致2002年“非典”的SARS冠状病毒一样， 武汉冠状病毒在从蝙蝠到人的传染过程中很可能存在未知的中间宿主媒介 。

由于武汉新型冠状病毒与2002年“非典”SARS病毒和“中东呼吸综合征”MERS病毒有很大的遗传距离，所以论文作者对武汉新型冠状病毒感染人的机制和通路进行了分析。SARS病毒的 S-蛋白和MERS病毒S-蛋白分别通过与人的ACE2蛋白或DPP4蛋白互作结合来感染人的呼吸道上皮细胞。作者首先比较了武汉冠状病毒与SARS和MERS病毒S-蛋白的宿主受体互作区 （RBD区） ，发现在RBD区域中，武汉冠状病毒与SARS病毒比较相似，但与MERS病毒差异很大，所以排除了S-蛋白与DPP4互作感染人的可能。但是，武汉冠状病毒S-蛋白与人ACE2互作也存在很大困难-已经证明的SARS病毒S-蛋白与ACE2互作的5个关键氨基酸，在武汉冠状病毒中有4个发生了改变。

为了分析清楚这个问题，文章作者利用分子结构模拟的计算方法，对武汉冠状病毒S-蛋白和人ACE2蛋白进行了结构对接研究，获得了令人惊讶的结果。 虽然武汉冠状病毒S-蛋白中与ACE2蛋白结合的5个关键氨基酸有4个发生了变化，但变化后的氨基酸，却整体性上非常完美的维持了SARS病毒S-蛋白与ACE2蛋白互作的原结构构象 。尽管武汉新型冠状病毒的新结构与ACE2蛋白互作能力，由于丢失的少数氢键有所下降 （相比SARS病毒S-蛋白与ACE2的作用有下降） ，但仍然达到很强的结合自由能 （-50.6 kcal/mol） 。 这一结果说明武汉冠状病毒是通过S-蛋白与人ACE2互作的分子机制，来感染人的呼吸道上皮细胞 。 研究成果预测了武汉冠状病毒有很强的对人感染能力 ，为科学防控，制定防控策略和开发检测/干预技术手段奠定了科学理论基础。

这一研究成果，是在国家“重大新药创制”科技重大专项的支持下 （应急医学药物新品种研发及其关键创新技术体系） ，由中国科学院上海巴斯德研究所、军事医学研究院国家应急防控药物工程技术研究中心和中科院分子植物卓越中心合成生物学重点实验室合作研究完成的。研究同时还获得了国家自然科学基金和中科院战略生物资源计划“生物资源衍生库”项目的支持。徐心恬、陈萍、王靖方为共同第一作者。

本文经授权转载自 微信公众号“中国科学杂志社”，原文可戳“ 阅读原文 ”查阅。

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