風清雲淡

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新冠肺炎病毒刺突蛋白D614G突變株

(2020-06-22 14:14:29) 下一個

新冠肺炎病毒刺突蛋白D614G

新冠病毒刺突蛋白D614G突變株大約在2020年2月份首次出現。3月份約占25%, 隨後在病毒測序樣本中所占比率逐漸上升。到了5月的時候,70% 的測序樣本中都攜帶上了D614G突變, 成為現今在世界 (特別是歐州,北美及南美巴西)上流行的主要毒株。刺突蛋白有1200多氨基酸,614位點處於刺突蛋白S1和S2 二大結構區域的交接部。另外從帶負電的Asp (D)氨基酸變成沒有側鏈基團的Gly (G)是個很大的變化。因此從出現起D614G一直備受關注,有理由認為這一變異可能會在某種成度上影響病毒刺突蛋白的功能。

新冠病毒侵染宿主的三個關鍵步驟:

1. 與宿主細胞膜表麵受體蛋白的高親和性特異結合。這一步由位於S1內的RBD來完成。目前已知新冠病毒和SARS 病毒一樣專門與人體ACE2受體結合,但二者的RBD氨基酸序列變化甚大。可以說是自然進化有時弄出的異曲同工的結果。

2. S1和S2二大結構區域之間需要被宿主蛋白酶來切斷以便釋放出S2中的Fusion peptide。新冠病毒刺突蛋白除了和SARS 病毒一樣有一個叫S'2的蛋白酶切點外,額外有一個著名的弗林酶(Furin)識別位點。這一位點是由一段4酸基酸'PRRA'插入片段與緊鄰的氨基酸殘基形成的。

3. S2 Domain 具體完成與宿主細胞膜融合。首先是當S1與S2 之間的蛋白鏈被宿主蛋白酶切斷後, S2 Domain的融合肽鏈(fusion peptide) 得以舒展開來插入宿主細胞雙磷脂膜內。Fusion peptide是一段最長的alpha螺旋肽鏈。隨後在fusion peptide後麵的二段亦是alpha螺旋結構的 Heptad Repeat HR1和 HR2與細胞膜直接作用,最終完成病毒外包膜與細胞膜的融合, 使病毒RNA得以進入宿主細胞內。

在S1和S2之間被宿主細胞蛋白酶切割之後,就產生了一個問題 - S1還會繼續和S2結合在一起碼?還是會剝離/脫落開去(Shedding)?  目前在機理上並不清楚切割後S1對第三步即細胞膜融合有無什麽影響。換句話說切割後S1脫離開也可能是正常的現象啊,因為S1已經把病毒顆粒帶到和宿主細胞表麵的ACE2受體緊密結合了(上述第一步)。

對於D614G突變株在人群傳染的比率不斷增加這一現象最初人們不能排除奠基者效應(Funding effect/bias) 。即湊巧了一些“超級傳播者”是被D617G株感染,D614G本身對病毒S 蛋白的功能沒有任何影響。另一種可能性是D614G突變影響S蛋白的功能, 使D614G病毒株有更強的感染能力。

目前最有影響力的是上周一份來自Scripps研究所的論文。該文報道D614G突變有效地減少了S1的剝落(shedding)從而增強了新冠病毒的傳染性。作者使用了一種叫Pseudovirion 的人工實驗體係來表達S蛋白。實驗觀察到帶D614G的刺突蛋白比帶野生型D614的S蛋白更能侵染表達ACE2受體的細胞,D614G侵入宿主細胞的速度提高了八倍。同時實驗結果顯示更多的帶D614G的S蛋白(大約4~5倍) 表達在這些Pseudovirion膜上。作者解釋是D614G 突變減少了S蛋白從這一人工實驗體係病毒顆粒上脫落的機會。另一方麵帶D614G的S蛋白不影響與ACE2 受體的親和力,這點與614這一位點遠處於受體結合區域外是吻合的。雖然D614G突變株似乎能增強新冠病毒侵染細胞的能力,進一步推測即增強病毒感染性,但D614G的毒性和初發型新冠病毒株沒有差異。

至於這一點突變怎麽就影響到刺突蛋白在病毒顆粒包膜上的密度機理似手並不清楚。刺突蛋白中的S1的shedding(脫離刺突蛋白) 與刺突蛋白本身在膜上的密度又是啥關係? 如果在上述人工實驗體係中獲得的結果基本反應了新冠病毒上的情況,那麽刺突蛋白D614G突變株可能真的具有所謂的進化優勢。這可能從一個角度一定程度上幫助解釋為什麽雖然有一定的疫情預警,紐約地區的疫情暴發讓人感到來的還是那麽突然。相信對刺突蛋白D614G突變株的研究會不斷深入。

目前沒有什麽理由也沒見到證據認為D614G突變株導至致病性增強。D614G所在的刺突蛋白對病毒入侵細胞至關重要,但抗體也有各種機製對抗病毒。而病毒又在不斷地突變進化尋找逃避抑製機體免疫力。這其中冠狀病毒所編碼的幾個非結構性蛋白(如ORF3, ORF8 等)甚為關鍵。所以雖然至今為止絕大部分科研報道的結果集中在刺突蛋白上,全麵認識新冠病毒傳染和致病機理有待於深入研究新冠病毒編碼的其它數十個蛋白的結構和功能。

https://www.scripps.edu/news-and-events/press-room/2020/20200611-choe-farzan-sars-cov-2-spike-protein.html

 

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