武漢新型冠狀病毒應(yīng)該是通過S-蛋白與人ACE2相互作用，來感染人的呼吸道上皮細(xì)胞。而且，這個結(jié)果也暗示，武漢新型冠狀病毒有很強(qiáng)的對人感染能力。研究者推測武漢新型冠狀病毒的原生宿主為蝙蝠，不過從蝙蝠到人可能還存在更多的中間宿主。
近日，一種現(xiàn)身于武漢的神秘病毒正牽動著全世界的關(guān)注。根據(jù)武漢衛(wèi)健委在21日凌晨的通報，武漢本地已報告新型冠狀病毒感染肺炎病例198例，國內(nèi)在北京、廣州等其他城市和地區(qū)也有新增病例報告。
截至目前，這種被世界衛(wèi)生組織正式命名為2019-nCoV（后文稱：武漢新型冠狀病毒）的新型冠狀病毒的起源和傳播尚不明確。
今日，中國科學(xué)院上海巴斯德研究所郝沛研究員、軍事醫(yī)學(xué)研究院國家應(yīng)急防控藥物工程技術(shù)研究中心鐘武研究員和中科院分子植物優(yōu)異中心合成生物學(xué)重點實驗室李軒研究員合作，在《中國科學(xué)：生命科學(xué)》英文版在線發(fā)表論文，為武漢新型冠狀病毒的進(jìn)化來源和傳染人的機(jī)制給出了學(xué)術(shù)解釋[1]。
這是了解武漢新型冠狀病毒病毒起源、原生宿主以及評估病毒在物種間或人類之間公共傳播風(fēng)險的重要一步。
▲論文封面
2019年12月29日，武漢市衛(wèi)健委首次報告了武漢市集中性肺炎病例的發(fā)生；2020年1月10日至今，共有6組武漢新型冠狀病毒基因組序列發(fā)布。
研究者們將武漢新型冠狀病毒序列與已知感染人類的冠狀病毒，即SARS和中東呼吸綜合癥（MERS）進(jìn)行了比較。
6個武漢新型冠狀病毒序列幾乎完全一致，其與SARS的同源性更高，相似性約為70%，與MERS相似性約為40%。序列差異主要在ORF1a和編碼S-蛋白的spike基因上，這是冠狀病毒與宿主細(xì)胞作用的關(guān)鍵蛋白。
為了進(jìn)一步了解武漢新型冠狀病毒的起源及與其他冠狀病毒的關(guān)系，研究者對病毒序列做了遺傳分析，發(fā)現(xiàn)武漢新型冠狀病毒在系統(tǒng)發(fā)育樹上屬于Beta冠狀病毒屬（Betacoronavirus）。
Beta冠狀病毒是一類有包膜的單鏈RNA病毒，可以感染野生動物、畜類和人類，常見感染但無明顯癥狀。
武漢新型冠狀病毒與SARS及SARS樣冠狀病毒群在進(jìn)化上非?！坝H密”，擁有共同的外類群，可以推斷它們的共同祖先是一類寄生于蝙蝠的冠狀病毒。因此研究者推測武漢新型冠狀病毒的原生宿主為蝙蝠，不過從蝙蝠到人可能還存在更多的中間宿主。
從上面的數(shù)據(jù)可以看出，武漢新型冠狀病毒與SARS的差異還是比較大的，和MERS就更大了。這就帶來了下一步的問題：武漢新型冠狀病毒的傳播機(jī)制和SARS/MERS相似，還是擁有全新的傳播機(jī)制呢？
▲進(jìn)化樹
冠狀病毒的S-蛋白，一般由S1和S2兩個功能單元組成。
其中S1是負(fù)責(zé)結(jié)合宿主細(xì)胞上的特定受體，促進(jìn)病毒感染。S1包含兩個結(jié)構(gòu)域，一個是N端結(jié)構(gòu)，另一個是與宿主細(xì)胞受體直接相互作用的C端的RBD結(jié)構(gòu)域。
也就是說，要搞清楚武漢新型冠狀病毒是如何感染人類的，搞清楚蛋白的RBD結(jié)構(gòu)域是關(guān)鍵。
雖然從總體上看，武漢新型冠狀病毒的S-蛋白與SARS的同源性比較低（76.47%），但是單從RBD這個結(jié)構(gòu)域看的話，同源性卻非常高。與MERS相比的話，同源性非常低。如此一來，MERS之前的研究成果就不在考慮范圍之內(nèi)了。
科學(xué)家早已知道，在SARS而言，決定它是否能在人與人之間傳播的關(guān)鍵是S-蛋白中的442、472、479、487和491位這5個氨基酸殘基。
遺憾的是，對于武漢新型冠狀病毒而言，這5個關(guān)鍵位點里面，只有491與SARS一樣，其余四個全都不一樣。
▲S蛋白結(jié)構(gòu)的差異
既然如此，那么武漢冠狀病毒還能像SARS那樣，通過S-蛋白與人體細(xì)胞的ACE2結(jié)合，以實現(xiàn)傳染的目的呢？如果能的話，這種變異后的相互作用對人與人之間的傳播而言，風(fēng)險到底有多強(qiáng)呢？
很顯然，這個問題非常關(guān)鍵。
為了解決這個問題。研究人員基于SARS的S-蛋白結(jié)構(gòu)，對武漢新型冠狀病毒做了結(jié)構(gòu)模擬，然后基于SARS與ACE2組成復(fù)合晶體的結(jié)構(gòu)，評估武漢新型冠狀病毒S-蛋白與人類ACE2分子相互作用的能力。
▲武漢新型冠狀病毒S-蛋白與人ACE2結(jié)合的預(yù)測模型
研究結(jié)果讓研究人員感到吃驚。
雖然，武漢新型冠狀病毒S-蛋白與人ACE2之間的結(jié)合自由能為-50.6 kcal/mol，比SARS的-78.6 kcal/mol 高了28 kcal/mol。相較而言，武漢新型冠狀病毒S-蛋白與人體ACE2的結(jié)合相對較弱，但是這個親和力仍被認(rèn)為是很強(qiáng)的。
你看，武漢新型冠狀病毒雖然換掉了4個關(guān)鍵蛋白，但是與人ACE2的親和力還是很強(qiáng)。
研究人員在吃驚之余，又仔細(xì)的比較了SARS的S-蛋白與武漢新型冠狀病毒的S-蛋白結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然替換了4個關(guān)鍵氨基酸，但是結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生變化，二者RBD結(jié)構(gòu)域的3D結(jié)構(gòu)幾乎相同。
難怪和SARS那么像。
這個研究說明武漢新型冠狀病毒應(yīng)該是通過S-蛋白與人ACE2相互作用，來感染人的呼吸道上皮細(xì)胞。而且，這個結(jié)果也暗示，武漢新型冠狀病毒有很強(qiáng)的對人感染能力。
總的來說，本研究為我國醫(yī)務(wù)人員科學(xué)防控武漢新型冠狀病毒，以及開發(fā)檢測和干預(yù)技術(shù)手段奠定了科學(xué)理論基礎(chǔ)
