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新冠病毒出世至今，所有人都非常關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題是，它會(huì)不會(huì)不斷進(jìn)化得更厲害？

不久之前，科學(xué)家注意到新冠病毒中的一個(gè)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(guó)兩家頂級(jí)研究機(jī)構(gòu)更是證實(shí)，。

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

9月15日，《細(xì)胞》雜志發(fā)表了一項(xiàng)新研究[1]，科學(xué)家們通過(guò)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(shí)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(kāi)放的構(gòu)象，更容易與ACE2結(jié)合。該論文的研究團(tuán)隊(duì)來(lái)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(lái)著，D614G突變這是讓S蛋白大門(mén)常打開(kāi)，開(kāi)放懷抱等ACE2呀~

D614G突變使得S蛋白開(kāi)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(xué)家們就一直在關(guān)注它的進(jìn)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(gè)單核苷酸多態(tài)性（SNPs），其中6077個(gè)只在數(shù)據(jù)庫(kù)中出現(xiàn)過(guò)1次，亮相頻繁的SNP則只有4個(gè)。

其中一個(gè)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(cè)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(bào)告的所有數(shù)據(jù)中，D614G突變占比74%，近期測(cè)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(wú)疑得益于它更強(qiáng)的感染能力。

研究者用假病毒感染了不同的人類細(xì)胞，測(cè)得數(shù)據(jù)顯示，D614G突變毒株感染Calu-3人肺上皮細(xì)胞的能力增強(qiáng)了6倍，感染Caco-2結(jié)腸上皮細(xì)胞能力提高了4倍，而對(duì)表達(dá)外源ACE2和TMPRSS2的HEK-293細(xì)胞核SupT1細(xì)胞，D614G突變毒株的感染能力更是增長(zhǎng)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(dòng)物細(xì)胞進(jìn)行了測(cè)試，比如中華菊頭蝠、馬來(lái)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(shuō)明它的作用不是特異針對(duì)人類的。

針對(duì)各種人類細(xì)胞，D614G都提升了新冠病毒的感染能力

但是，實(shí)驗(yàn)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(jìn)入靶細(xì)胞期間。

那么是D614G使S蛋白結(jié)合ACE2的能力增強(qiáng)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(shí)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(lái)說(shuō)，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(jìn)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(shuō)不通了啊！

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

這里我們先來(lái)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(shí)可以獨(dú)立地展開(kāi)或閉合。根據(jù)此前的研究，想要結(jié)合ACE2，開(kāi)放構(gòu)象是必須的，因?yàn)樵诜忾]構(gòu)象下，RBD是不能完全暴露的。

S蛋白由S1、S2兩個(gè)亞基組成，D614G位于S1上。

S蛋白的三個(gè)原聚體可以獨(dú)立閉合或展開(kāi)

通過(guò)冷凍電鏡，研究者們發(fā)現(xiàn)，原來(lái)D614的位置正好在兩個(gè)原聚體的交界處，它的側(cè)鏈會(huì)與相鄰原聚體的T859側(cè)鏈形成一個(gè)氫鍵。也就是說(shuō)本來(lái)的D614就像個(gè)門(mén)閂，把兩個(gè)原聚體叉在一起了，而D614G突變就剛好把門(mén)閂松了，造成“大門(mén)常打開(kāi)”的局面。

當(dāng)研究者把D614G的S1亞基與正常封閉構(gòu)象的S1對(duì)比，發(fā)現(xiàn)NTD和INT兩個(gè)原聚體分別向外移動(dòng)了6 ?和4 ?；與開(kāi)放構(gòu)象對(duì)比，NTD原聚體也向外移動(dòng)了3 ?，顯然，“花朵開(kāi)放了”。

進(jìn)一步研究的發(fā)現(xiàn)就更有趣了。

研究者對(duì)D614G突變S蛋白的構(gòu)象和未突變S蛋白的構(gòu)象進(jìn)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(kāi)的開(kāi)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(kāi)全開(kāi)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(gè)原聚體展開(kāi)，39%兩個(gè)原聚體展開(kāi)，20%則是全開(kāi)放構(gòu)象。

怪不得D614G突變會(huì)增強(qiáng)新冠病毒的感染力呢！

D614G突變會(huì)使得S蛋白中開(kāi)放構(gòu)象比例增加

這就得問(wèn)一句了，D614G如此厲害，會(huì)不會(huì)耽誤我們新藥的研發(fā)啊！

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

參考資料：

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

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