原創(chuàng) 代絲雨 奇點網(wǎng) 

新冠病毒出世至今，所有人都非常關(guān)注的一個問題是，它會不會不斷進化得更厲害？

不久之前，科學家注意到新冠病毒中的一個特殊的突變D614G，有該突變的毒株不僅迅速成為了目前流行的主流毒株，美國兩家頂級研究機構(gòu)更是證實，。

那么這種突變到底給新冠帶來了怎樣的新能力，這是否又會影響到目前的疫苗研發(fā)呢？

9月15日，《細胞》雜志發(fā)表了一項新研究[1]，科學家們通過冷凍電鏡揭示了新冠病毒D614G突變S蛋白的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)D614G其實反而降低了S蛋白與ACE2的親和力，但是突變之后的S蛋白表現(xiàn)出了更加開放的構(gòu)象，更容易與ACE2結(jié)合。該論文的研究團隊來自Broad研究所、賽默飛世爾科技、再生元制藥。

那句歌詞怎么唱的來著，D614G突變這是讓S蛋白大門常打開，開放懷抱等ACE2呀~

D614G突變使得S蛋白開放構(gòu)象占比升高，更容易與ACE2結(jié)合

自從新冠病毒出現(xiàn)，科學家們就一直在關(guān)注它的進化。根據(jù)GISAID截至6月25日的數(shù)據(jù)，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了12379個單核苷酸多態(tài)性（SNPs），其中6077個只在數(shù)據(jù)庫中出現(xiàn)過1次，亮相頻繁的SNP則只有4個。

其中一個就是編碼了S蛋白D614G突變的A23403G。

這種突變最早在2020年1月底出現(xiàn)。由于疫情早期缺乏測序數(shù)據(jù)，現(xiàn)在A23403G的地理起源已經(jīng)不可考證，更值得我們關(guān)注的，D614G毒株以一種坐火箭般的速度占領(lǐng)了人類世界。目前報告的所有數(shù)據(jù)中，D614G突變占比74%，近期測得的數(shù)據(jù)更是顯示它已經(jīng)傳遍全球。

D614G突變毒株迅速占領(lǐng)主流

D614G如此大的威力，無疑得益于它更強的感染能力。

研究者用假病毒感染了不同的人類細胞，測得數(shù)據(jù)顯示，D614G突變毒株感染Calu-3人肺上皮細胞的能力增強了6倍，感染Caco-2結(jié)腸上皮細胞能力提高了4倍，而對表達外源ACE2和TMPRSS2的HEK-293細胞核SupT1細胞，D614G突變毒株的感染能力更是增長到了未突變毒株的9倍，與之前的研究數(shù)據(jù)一致。

研究者還用其他哺乳動物細胞進行了測試，比如中華菊頭蝠、馬來亞穿山甲、家貓、狗，結(jié)果顯示D614G突變同樣可以增加感染性，說明它的作用不是特異針對人類的。

針對各種人類細胞，D614G都提升了新冠病毒的感染能力

但是，實驗數(shù)據(jù)顯示，D614G的存在并不影響到S蛋白的生產(chǎn)、加工以及組裝成病毒顆粒。顯然它的作用發(fā)揮在病毒進入靶細胞期間。

那么是D614G使S蛋白結(jié)合ACE2的能力增強了？

好像也不是這么回事。

研究者發(fā)現(xiàn)，在25℃下，D614G突變S蛋白與ACE2結(jié)合速率其實和未突變的差別不大，但是二者的分離速度卻快了4倍，從結(jié)果來說，D614G突變S蛋白與ACE2的親和力反而是降低了5.7倍；在37℃下，D614G突變S蛋白與ACE2的結(jié)合進一步降低，解離更快，二者親和力再次下降到之前的1/5。

D614G使S蛋白結(jié)合ACE2的親和力不升反降

那就說不通了??！

研究者決定動用大殺器，低溫冷凍電鏡（cryo-EM）來徹徹底底地看一看，D614G到底帶來了什么改變。

這里我們先來了解一下關(guān)鍵的D614G到底在哪里。

S蛋白在自然情況下結(jié)合成三聚體，我們可以把它們看作三片花瓣，S蛋白與ACE2結(jié)合的關(guān)鍵區(qū)域RBD則位于花心。這三片花瓣其實可以獨立地展開或閉合。根據(jù)此前的研究，想要結(jié)合ACE2，開放構(gòu)象是必須的，因為在封閉構(gòu)象下，RBD是不能完全暴露的。

S蛋白由S1、S2兩個亞基組成，D614G位于S1上。

S蛋白的三個原聚體可以獨立閉合或展開

通過冷凍電鏡，研究者們發(fā)現(xiàn)，原來D614的位置正好在兩個原聚體的交界處，它的側(cè)鏈會與相鄰原聚體的T859側(cè)鏈形成一個氫鍵。也就是說本來的D614就像個門閂，把兩個原聚體叉在一起了，而D614G突變就剛好把門閂松了，造成“大門常打開”的局面。

當研究者把D614G的S1亞基與正常封閉構(gòu)象的S1對比，發(fā)現(xiàn)NTD和INT兩個原聚體分別向外移動了6 ?和4 ?；與開放構(gòu)象對比，NTD原聚體也向外移動了3 ?，顯然，“花朵開放了”。

進一步研究的發(fā)現(xiàn)就更有趣了。

研究者對D614G突變S蛋白的構(gòu)象和未突變S蛋白的構(gòu)象進行了分類，發(fā)現(xiàn)未突變蛋白基本只有兩種構(gòu)象，全封閉構(gòu)象和一瓣打開的開放構(gòu)象；而D614G突變蛋白能夠分類成四種構(gòu)象，從全封閉構(gòu)象到三瓣“花瓣”全部打開全開放構(gòu)象。

再看比例，D614G突變中僅有5%的S蛋白是全封閉構(gòu)象，36%有一個原聚體展開，39%兩個原聚體展開，20%則是全開放構(gòu)象。

怪不得D614G突變會增強新冠病毒的感染力呢！

D614G突變會使得S蛋白中開放構(gòu)象比例增加

這就得問一句了，D614G如此厲害，會不會耽誤我們新藥的研發(fā)??！

幸運的是，研究者們測試了四種針對S蛋白RBD的全人源單克隆抗體，發(fā)現(xiàn)這些已經(jīng)進入臨床研究的單抗對D614G和未突變蛋白的中和效力是相似的，也就是說D614G很大可能性并不會影響當前的疫苗研發(fā)。

參考資料：

[1]https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)31229-0#%20

閱讀原文