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2020年5月12日/医麦客新闻 eMedClub News/--引起COVID-19的病毒SARS-CoV-2具有高度传染性。奇怪的是，在许多患者中，它触发很弱的免疫反应，从而延长了疾病时间。这使得该病毒广泛传播，从而加剧了全球大流行。
近日，美国明尼苏达大学的李放教授团队在美国科学院院刊PNAS发表了题为：Cell entry mechanisms of SARS-CoV-2 的论文。该研究发现了一种生化机制，这种机制可以解释这种病毒如何有效地感染人类，同时又能逃避人们的免疫反应。这也是首次揭示SARS-CoV-2感染人体细胞以及免疫逃逸的机理，并与SARS-CoV存在很大不同。
具体来说，科学家团队研究了该病毒如何使用表面刺突蛋白（S蛋白）作为“钥匙”来“解锁”并侵入人体细胞。他们得出了三个重要发现：李放教授表示：“通常，当病毒发展出逃避免疫反应的机制时，它就失去了感染人的能力。但是，SARS-CoV-2使用两种机制维持其传染性：首先，在有限的暴露时间内，病毒“钥匙”的尖端可以快速，牢固地抓住人体细胞上的受体蛋白。第二，病毒“钥匙”的预激活使病毒更有效地感染人类细胞。”
众所周知，病毒入侵细胞必须通过附着在某类细胞的特定受体上来完成这一过程。在新冠肺炎（COVID-19）疫情爆发之后没多久，中国科学院上海巴斯德研究所和武汉病毒研究所的科学家就先后发现：新型冠状病毒（SARS-CoV-2）和SARS病毒（SARS-CoV）一样，也是通过利用S蛋白（Spike，刺突蛋白）结合人体细胞表面的ACE2蛋白进入细胞的。此后多个研究团队相继对S蛋白和ACE2的结构进行了深度解析并发表研究文章，揭示了新冠病毒与人细胞受体ACE2的结合方式等入侵机制，旨在推动药物和疫苗的开发。SARS-CoV-2的S蛋白与人体细胞表面的ACE2受体结合是其入侵细胞的第一步。除了与ACE2受体结合，细胞的一些蛋白酶比如TMPRSS2（跨膜丝氨酸蛋白酶2）和溶酶体蛋白酶对于SARS-CoV-2进入细胞也发挥着至关重要的作用。2月28日，在顶尖学术期刊Cell杂志上在线发表的一篇题为《SARS-CoV-2 cell entry depends on ACE2 and TMPRSS2 and is blocked by a clinically-proven protease inhibitor》的文章中，就揭示了新冠病毒入侵细胞所需的关键蛋白酶TMPRSS2 ，并指出一种在日本获批上市的蛋白酶抑制剂在实验中展现了抑制效果，有望成为潜在的治疗方案。此外，前蛋白转化酶（PPC）也是介导某些病毒入侵细胞的关键。通过对SARS-CoV-2突变序列的研究，研究人员在S1/S2边界处识别了一个PPCs裂解位点(下图C和D)。奇怪的是，这个推测的PPC位点在SARS-CoV和SARS样蝙蝠冠状病毒的突变中并不存在。
▲SARS-CoV-2的S蛋白PPC序列（ 图片来源：PNAS）
在本研究中，研究人员研究了PPC和其他蛋白酶在SARS-CoV-2进入中的作用。为此，他们建立了SARS-CoV-2的假病毒入侵实验。实验发现PPC裂解位点突变，无法发生裂解后病毒入侵细胞的效率显著降低。类似的，使用广谱性PPC抑制剂（PPCi），SARS-CoV-2入侵细胞的效率也随PPCi浓度增加而降低，而SARS-CoV的入侵效率却不受PPC抑制剂影响。基于此，研究人员选择了一个在多种病毒入侵中扮演重要角色的特异性PPC蛋白-弗林蛋白酶（Furin），证实Furin可裂解SARS-CoV-2 的S蛋白。同时，对已知的介导病毒入侵的其他类别蛋白酶，比如TMPRSS2（Camostat为其抑制剂）和溶酶体组织蛋白酶（E64d为其抑制剂）的实验表明，二者在SARS-CoV-2/SARS-CoV入侵细胞过程中都发挥一定作用,特别是这些酶与PPC在介导SARS-CoV-2的细胞入侵上有累积效应，而在SARS-CoV上没有。研究中还比较了SARS-CoV-2 和SARS-CoV的S蛋白以及受体结合域（RBD）与hACE2的结合能力，发现SARS-CoV-2的S蛋白与hACE2的亲和能力弱于SARS-CoV，而SARS-CoV-2的RBD与hACE2的结合能力强于SARS-CoV，但总体上两种病毒入侵细胞的效率是相近的。而对于这一似乎有些矛盾的现象，作者认为RBD的动态状态能够对其进行解释。▲SARS-CoV-2入侵的三个独特特征：spike上隐藏的RBD在逃避免疫，RBD的高hACE2结合亲和力有效进入，Furin预处理的spike增强入侵细胞（ 图片来源：PNAS）
冠状病毒的RBD结构可以呈现“站立”状态-易与结合细胞受体，还可以呈“躺下”状态-不与细胞受体结合。SARS-CoV的RBD主要呈现“站立”（standing-up）状态，而SARS-CoV-2的RBD大部分为“躺下”（lying-down）状态，因此，尽管SARS-CoV-2的RBD与hACE2的亲和力高，但“躺下”状态不利于与受体结合，导致其S蛋白与hACE2的亲和力要低于SARS-CoV。
▲SARS-CoV 和SARS-CoV-2入侵细胞的特征差异（ 图片来源：PNAS）
SARS-CoV-2的细胞进入机制对理解COVID-19的临床特征具有重要意义。隐藏的RBD可以逃避免疫监测，可能导致免疫反应不足和恢复时间延长。当然，还有其他针对冠状病毒的免疫逃避策略。例如，一些冠状病毒非结构蛋白可以帮助逃避宿主的先天免疫反应。
那么，SARS-CoV-2是如何躲避机体的免疫监视呢？为什么SARS-CoV-2保持高传染性的同时其RBD却处于与受体结合不利的“躺下”状态？作者认为这可能依赖于宿主蛋白酶的激活。
Furin能与TMPRSS2和组织蛋白酶共同累积参与SARS-CoV-2的细胞入侵；而Furin不参与SARS-CoV的细胞入侵。这使得Furin对S蛋白预激活后能减少SARS-CoV-2对入侵靶细胞的依赖，特别是TMPRSS2和/或组织蛋白酶表达量低的细胞，呈现“躺下”状态的RBD，可能无法受先前产生的抗体中和，出现免疫逃逸。
尽管病毒隐藏RBD其受体结合和进入宿主细胞的效变低，但SARS-CoV-2通过进化出与hACE2高亲和力的RBD以及Furin介导的PPC基序克服了这个问题，最终SARS-CoV 和SARS-CoV-2假病毒入侵细胞实验的整体效率相当。
李教授表示，认识到SARS-CoV-2的免疫逃避性对设计抗体药物和疫苗很重要。抗体药物需要在有限的暴露时间内非常迅速，紧密地锁住病毒，以压制隐藏的病毒“钥匙”的尖端， 此外，开发的药物还可以靶向病毒“钥匙”的其他部位，这些部分更容易暴露。他还建议，成功的抗病毒策略将需要同时考虑病毒的效力和其免疫逃避性。
我们相信，随着更多的研究和临床试验拼成一幅完整的拼图，我们终将打赢这场防疫之战。
参考资料：
https://medicalxpress.com/news/2020-05-uncovering-potency-evasiveness-covid-virus.html
https://www.pnas.org/content/pnas/early/2020/05/05/2003138117.full.pdf