揭开冠状病毒疾病的神秘面纱-肽-脂膜相互作用结构功能分析的应用

 
迄今为止，已有7种已知的冠状病毒会导致人体疾病，其中的4种只会导致轻型或中型疾病。在过去的20年里，其余3种冠状病毒逐渐出现在动物宿主身上，并且在全球范围内引起疫情，导致严重的呼吸道疾病甚至许多死亡案例。2002年爆发的严重急性呼吸综合征（SARS）是由SARS冠状病毒（SARS-CoV）引起的；而在2012年，中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）被发现，并持续导致疫情偶发和局部爆发。
 
最近感染到人类的冠状病毒是严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2），它于2019年12月在中国被首次报道，随后在2020年3月被世界卫生组织（WHO）确认为全球大流行病。这种病毒导致的疾病被称为COVID-2019，也就是一种呼吸道疾病，可导致轻微的流感样症状甚至致命的肺部疾病。
 
 
冠状病毒对我们有哪些影响？
 
病毒想要感染一个活的有机体，就必须要侵入其细胞，然后繁殖并持续感染其他宿主。病毒的类型决定哪些细胞会受到影响，冠状病毒主要攻击呼吸系统的细胞。随着SARS 和MERS 的爆发，以及最近的新冠肺炎病毒，研究人员一直致力于研究这些病毒是如何进入我们的细胞的，并希望能够找到一种预防方法。
 
当冠状病毒进入人体时，它们必须和宿主细胞的脂膜融合，然后才能传递他们的遗传物质。目前我们还不是很清楚融合的机制，但是已知的是，一种在结构上被归类为I 类病毒融合蛋白，并和流感病毒与艾滋病病毒在同一组的S 蛋白，会推动病毒结合并入侵细胞。S 蛋白的蛋白质剪切揭示出，是它的融合肽（FP）发起了膜融合。作为冠状病毒攻击细胞的重要组成部分，定位和表征FP 是研究小组的优先任务，但是它的确切位置一直都存在争议。
 
 
重要的分析工具

研究人员用来定位冠状病毒FP 的一种技术是电子顺磁共振（EPR）波谱。EPR可以用于识别和定量固体、液体、气体、细胞和体内的顺磁性物质（自由基和过渡金属离子）。因此，EPR 是一种很普遍的分析方法，适用于从纳米金刚石到细胞膜等一系列的应用。
 
有一项研究使用EPR 技术（ELEXSYS,   Bruker）对SARS 病毒FP 的肽-脂膜相互作用进行结构和功能分析。该研究模拟了从SARS冠状病毒分离出来的不同肽与合成脂膜的结合，也就是多层膜泡（MLVs）。多层膜泡通过一种特殊的，叫做自旋标记的氮氧化物被标记，它对局部环境十分敏感。使用膜序作为参数，可以从肽混合物中识别出FP，因为这会导致EPR 谱线线宽和线型的变化。使用EPR技术，研究小组可以识别并表征SARS 冠状病毒的FP。
 
之所以选择SARS 冠状病毒作为模型，是因为我们有大量可用的功能性数据。但是FP 在冠状病毒家族里广泛存在，所以此项研究的发现适用于所有的此类病毒，包括MERS 和任何在动物宿主身上爆发的新型病毒，比如新冠病毒。类似的研究继续加深我们对冠状病毒如何感染人体的理解，并且有助于实现防止这些病毒传播的最终目标。
 
 
参考文献：
1. Lai AL, Millet JK, Daniel S, Freed JH and Whittaker GR (2017) The SARS-CoV Fusion Peptide Forms an Extended Bipartite Fusion Platform that Perturbs Membrane Order in a Calcium-Dependent Manner, J Mol Biol, 8;429(24):3875-3892.
 
 
致谢

配图来自 David S. Goodsell, RCSB Protein Data   Bank; doi: 10.2210/rcsb_pdb/goodsell-gallery-019
配图描绘了一种刚刚进入肺部的冠状病毒，它被呼吸细胞分泌的黏液、抗体和一些小的免疫系统蛋白所包围。病毒被一层细胞膜所包围，这层膜包含促进抓附和进入细胞的S 蛋白，参与细胞内核蛋白组织的M 蛋白，以及作为细胞膜通道的E 蛋白，它参与病毒出芽并有可能在这一过程中并入病毒颗粒。其中的核蛋白包括许多与基因组RNA 结合的N 蛋白副本。
 
   
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