揭秘：RaTG13跨物種感染的具體分子機制

　　自SARS-CoV-2在全球爆發以來，已經累計在全球造成1.7億人感染，并造成350多萬例死亡（截至2021年5月30日）。

　　SARS-CoV-2屬于冠狀病毒科，冠狀病毒分為四個屬，α、β、γ和δ冠狀病毒。蝙蝠被認為是α和β冠狀病毒的天然宿主。越來越多的證據表明，蝙蝠冠狀病毒(bCoVs)是急性呼吸綜合征冠狀病毒(SARS-CoV，β-CoV)、中東呼吸綜合征冠狀病毒(MERS-CoV，β-CoV)、豬急性腹瀉綜合征冠狀病毒(SADS-CoV，α-CoV)、人類冠狀病毒(HCoV)-OC43(β-CoV)、HCoV-NL63(α-CoV)和HCoV-229E(α-CoV)的進化來源。其中大部分可感染人類并導致疾病。

　　SARS-CoV-2與蝙蝠的幾種冠狀病毒都密切相關，其中RaTG13與SARS-CoV-2的親緣關系最近，全基因組序列同源性為96.2%，受體結合區(RBD)的氨基酸同源性為89.3%。與SARS-CoV-2相比，RaTG13的一個變化是在S蛋白的S1/S2裂解位點沒有四個殘基(PRRA)插入。考慮到RaTG13與SARS-CoV-2的相似性以及SARS-CoV-2造成的破壞，RaTG13可能會對人類和其他動物構成重大威脅。要了解這種風險，需要調查RaTG13的宿主范圍。

　　受體結合是病毒實現跨物種感染和傳播的關鍵步驟。獲得與另一個物種的受體同源基因相互作用的功能也是物種間傳播的先決條件。因此，評估不同動物的病毒配體與受體同源物之間的相互作用可能有助于識別易感宿主。對于SARS-CoV-2，需要血管緊張素轉換酶2(ACE2)來與S蛋白上的RBD結合，才能進入人類細胞。因此，量化RaTG13 RBD和ACE2同源物之間的相互作用可以為確定RaTG13的宿主范圍提供線索。這些同源基因既包括與人類生活密切相關的家畜和野生動物，也包括與人類生活密切相關的野生動物。

　　目前，SARS-CoV-2 RBD與人ACE2(hACE2)、貓 ACE2(cACE2)、蝙蝠ACE2(bACE2)和穿山甲ACE2(pACE2)復合物的結構已經確定。這些結構表明SARS-CoV-2 RBD與所有4個ACE2的結合機制相似，但在與后3個ACE2的相互作用中形成的氫鍵比與hACE2形成的氫鍵更少，這為SARS-CoV2 RBD與3種動物ACE2結合親和力降低提供了分子基礎。以前的工作已經報道了RaTG13 RBD與hACE2的結合，親和力遠低于SARS-CoV-2 RBD。然而，RaTG13 RBD與hACE2的相互作用機制尚不清楚。

　　2021年5月24日，來自中國科學院微生物研究所的高福、王奇慧和齊建勛等團隊以“Binding and molecular basis of the bat coronavirus RaTG13 virus to ACE-2 in humans and other species”為題在Cell雜志發表了相關研究成果。

　　在本文中，研究人員確定了RaTG13 RBD與hACE2的復雜結構，并解決了RaTG13 RBD與hACE2結合親和力低于SARS-CoV-2RBD的潛在機制。此外，還定量了24個ACE2同源物和hACE2與RaTG13 RBD的結合能力。研究人員還評估了RaTG13 RBD和SARS-CoV-2 RBD之間的6個替換對hACE2和同源基因相互作用的影響。具體地說，501很可能是決定RaTG13潛在寄主范圍的關鍵殘基。巧合的是，殘基501也是在許多國家迅速傳播的SARS-CoV-2毒株的關鍵突變，包括英國(UK)的20I/501Y.V1，南非的20H/501Y.V2和巴西與日本的20J/501Y.V3，以及一種小鼠適應性SARS-CoV-2毒株的關鍵突變，這表明應該密切關注該殘基的突變。此外，還發現SARS-CoV-2能誘導對RaTG13產生較強的交叉免疫反應，并鑒定出一株能交叉中和RaTG13的SARS-CoV-2單抗CB6。

　　RaTG13具有廣泛的宿主范圍，這表明獲得其他適應性突變可以進一步擴大其宿主范圍。因此，一旦RaTG13和相關的CoV獲得人類感染所需的適應性突變，它們就有可能跨越對人類的物種障礙，并具有大流行的潛力。SARS-CoV-2對RaTG13的交叉免疫反應表明，SARS-CoV-2恢復期患者血清標本對RaTG13的交叉中和效果優于SARS-CoV-2假病毒，這可能是由于hACE2與RaTG13 RBD的結合親和力低于SARS-CoV-2 RBD所致。因此，阻斷RaTG13 RBD受體與SARS-CoV-2 RBD結合所需的中和抗體濃度低于SARS-CoV-2 RBD；因此，與SARS-CoV-2假病毒相比，中和RaTG13假病毒所需的中和抗體更少。此外，研究人員使用SARS-CoV-2 RBD單克隆抗體進行的研究表明，許多抗體與RaTG13相互作用，結合親和力降低103倍。

　　總之，這些結果拓寬了對RaTG13 RBD與hACE2結合的分子機制以及RaTG13潛在的宿主適應性的認識，為強調持續監測其他潛在動物宿主攜帶的CoV的重要性，特別是密切監測RaTG13及其相關CoV的重要性提供了證據。