Cell子刊 ‖ 投稿一周后文章上线：姜世勃团队的短评：高通量筛选新冠病毒S蛋白中影响其功能的突变

2023年3月29日，由复旦大学夏帅、刘泽众、姜世勃（通信作者）撰写的焦点评论文章在Cell子刊Trends in Immunology (IF=19.709) 线上发表，题目为High-throughput screening of mutations affecting SARS-CoV-2 spike functions。

2023年3月16日，Jesse D Bloom团队在Cell发表了一篇研究论文“A pseudovirus system enables deep mutational scanning of the full SARS-CoV-2 spike”, 介绍了他们使用假病毒系统进行深度筛选新冠病毒刺突（S）蛋白中可严重影响其功能的突变位点。Trends in Immunology的主编立即发给姜世勃一个邮件，邀请他写一篇焦点文章（Spotlight），评论Bloom团队在Cell发表的这篇研究论文，他们三人连夜赶写文章并作图，在3月22日投出文章，3月27日文章被接受，3月29日文章上线 (Received date: 22 March 2023; Accepted date: 27 March 2023; Available online: 29 March 2023).

目前新冠病毒变异株不断涌现，导致了大量“再感染”病例和“疫苗突破性感染”病例，严重威胁到人类的生存与健康。这些变异株表面的S蛋白在介导病毒感染过程中发挥着重要作用，同时也是宿主免疫（中和抗体）的重要靶点。然而在这些变异株中，大量突变位点富集于其S蛋白上，为抗体药物和新型疫苗的研发都带来了巨大挑战。因此，如何预测新冠病毒S蛋白的未来进化方向、系统揭示影响S蛋白功能和免疫原性的潜在突变位点，一直是本领域亟待解决的关键科学问题。为此，Bloom团队在不可复制的假病毒模型上研发了针对于全长S蛋白的深度突变扫描（deep mutational scanning）体系, 如下图所示。

在建立具有功能性S蛋白的深度突变库中，Bloom团队所纳入的突变位点均来自于进化中出现的天然突变位点。每个突变库纳入的突变位点约7,000个，而这些突变的组合高达10⁵以上。与常规深度突变库不同，该深度突变扫描体系是基于全长S蛋白，并且大部分突变S蛋白仍具有介导病毒感染的能力，从而为建立可直接评估突变位点对S蛋白功能影响的高通量筛选体系奠定了重要基础。

传统以慢病毒为载体的新冠假病毒包装系统通常需要慢病毒骨架质粒、慢病毒辅助质粒和S蛋白表达质粒。而Bloom团队直接将S基因整合于慢病毒骨架质粒中，并可在上游诱导型启动子的调控下大量表达，同时在S基因的下游插入了由16个随机核苷酸组成的独特 “条形码”，为后续高通量测序分析奠定基础。通过低病毒载量的感染，每个被感染细胞仅接收或整合了一个慢病毒基因组，从而仅获得了单个突变S基因。因此，在多西环素的诱导下，每个细胞只能产生一种突变S蛋白，并与对应的慢病毒基因组包装在一起，从而产生了基因型—表型对应的假病毒粒子，这样就成功地构建出S蛋白深度扫描突变的假病毒库。

这些假病毒感染靶细胞后，通过Illumina测序，高通量“扫描”成功入侵到靶细胞中的“条形码库”，便可检测出这些“条形码”对应突变位点对S蛋白介导感染力的影响。另一方面，在中和抗体存在的情况下，仅携带逃逸突变位点的S蛋白能介导病毒入侵靶细胞，然后通过对感染细胞中“二维码”序列的测序，即可揭示相关的逃逸位点。Bloom团队的研究结果表明，该深度S蛋白突变的假病毒系统可全面地揭示靶向于受体结合域（RBD）、N端功能域 （NTD）、S2亚单等多个表位中和抗体的逃逸突变谱，甚至可系统地绘制出新冠病毒德尔塔变异株感染后恢复者中和血清的潜在逃逸突变谱。因此，该高通量筛选系统可被广泛地应用于揭示未来新冠病毒变异株的潜在逃逸突变位点，从而为加强针疫苗的选择和下一代疫苗的研发提供了重要的抗原信息。

原文：https://doi.org/10.1016/j.it.2023.03.010

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