目前已知可感染人类的冠状病毒在流行病学特性上存在显著差异。其中，SARS-CoV和SARS-CoV-2这两种β属冠状病毒的比较尤为典型 (Zhu et al., 2020 , Hu et al., 2020)。与SARS-CoV相比，SARS-CoV-2具有更强的传染性、更长的潜伏期，并且能够通过无症状感染者传播 (He et al., 2020 , Wang et al., 2020 , Li et al., 2020 , Huang et al., 2020 , Lee et al., 2003 , Zhou et al., 2020)。目前，导致COVID-19和SARS在致病机制及流行病学动态上存在差异的原因尚不清楚。COVID-19和SARS的临床表现与病毒感染诱发的免疫反应密切相关。尽管两种病毒均能抑制I型干扰素应答并激活炎症反应，但SARS-CoV在炎症反应的激活方面更为显著 (Chu et al., 2020 , Stukalov et al., 2021)。对基因组序列进行的比较分析表明，SARS-CoV-2和SARS-CoV之间的同源性为79.5%，共鉴定出380个氨基酸取代位点 (Wu et al., 2020 , Chen et al., 2020)，这些位点可能导致这两种病毒之间观察到的致病性差异。那么，SARS-CoV-2与SARS-CoV的关键氨基酸差异如何通过调控病毒与宿主的相互作用，影响病毒的免疫逃逸能力、宿主的炎症反应以及病理进程的机制？近日，武汉大学病毒学国家重点实验室陈宇教授研究组在国际学术期刊Journal of Cell Biology在线发表了题为SARS-CoV-2 specific adaptations in N Protein inhibit NF-κB activation and alter pathogenesis 的研究论文。该研究强调除了冠状病毒刺突蛋白的变异外，其他关键位点的变异同样可能对病毒的致病性产生重要影响，从而改变其传播和感染能力。因此，全面监测和评估这些突变，对于疾病的预防和控制至关重要。该研究基于研究组前期建立的SARS-CoV-2复制子递送颗粒感染模型（Li et al., Virol Sin, 2024），即反向遗传学生成缺失SARS-CoV-2 N基因的复制子递送颗粒（SARS-CoV-2 ΔN-GFP-HiBiT replicon delivery particles，RDPs）感染稳定表达SARS-CoV-2 N和SARS-CoV N蛋白的Caco-2-N*细胞系，系统分析了SARS-CoV-2 N蛋白与SARS-CoV N蛋白对宿主炎症反应的影响。结果表明，相较于SARS-CoV N蛋白，SARS-CoV-2 N蛋白引发的病毒感染过程中宿主细胞的炎症反应较弱。进一步分析发现，SARS-CoV-2 N蛋白通过阻止TAK1-TAB2/3复合物的组装，从而抑制NF-κB通路的激活及其下游信号传导。分子机制研究表明，SARS-CoV-2 N蛋白通过其CTD区域抑制NF-κB通路的激活。与SARS-CoV-2 N蛋白的抑制功能不同，SARS-CoV N蛋白不影响TAK1-TAB2/3复合物的组装，且其N蛋白的CTD区域对NF-κB激活无显著影响。通过比较SARS-CoV-2和SARS-CoV N蛋白CTD区域的氨基酸序列，研究人员发现两者之间存在5个氨基酸的差异。基于此，研究团队构建了SARS-CoV-2 N蛋白5个氨基酸位点的点突变，进一步探索发现E290和Q349是SARS-CoV-2 N蛋白发挥抗炎功能的关键位点。研究人员进一步构建了稳定表达SARS-CoV N(WT)、SARS-CoV-2 N(WT)、SARS-CoV-2 N(E290D) 和SARS-CoV-2 N(Q349N)的K18-hACE2 KI小鼠，并制备了RDPs感染模型。结果显示，相较于SARS-CoV，表达SARS-CoV-2野生型N蛋白的小鼠在感染RDPs后，肺部组织炎症较轻。然而，表达突变体SARS-CoV-2 N(E290D) 、SARS-CoV-2 N(Q349N)的小鼠在感染RDPs后，肺部组织TNF-α、IL-6等炎症因子的表达水平显著升高，产生与表达SARS-CoV N蛋白的小鼠类似的组织损伤。小鼠模型进一步证明了SARS-CoV-2 N蛋白的E290、Q349氨基酸位点改变是导致感染SARS-CoV-2后炎症反应严重程度与SARS-CoV不同的关键因素。对SARS-CoV-2野生型、SARS-CoV野生型及Omicron变体（如BA.1、BF.7、BQ.1、XBB.1等）N蛋白的同源性分析显示，SARS-CoV-2野生型与Omicron变体的CTD区域高度保守，无氨基酸替换或插入。而SARS-CoV-2对比SARS-CoV的N蛋白CTD区域存在5个氨基酸位点突变，反映了两种病毒在适应不同宿主和环境中的进化差异。SARS-CoV-2关键位点E290和Q349可能通过抑制炎症和降低致病性，促进了病毒的长期存活并持续传播。![]()
SARS-CoV-2 N蛋白两个残基的改变触发NF-κB抑制机制此前，该研究团队发现，由于nsp16蛋白中第36、第138和第153位氨基酸的改变，SARS-CoV-2相较于SARS-CoV具有更强的2'-O-甲基转移酶活性。这种增强的活性能够阻止宿主胞浆RNA感应器MDA5和LGP2的识别，从而抑制I型干扰素和促炎细胞因子的表达 (Deng et al., 2024)。在此基础上，团队进一步揭示了SARS-CoV-2和SARS-CoV的N蛋白关键位点的变异如何影响病毒的致病性和传播能力。未来，除了聚焦于SARS-CoV-2和SARS-CoV，还可以通过比较分析SARS-CoV-2及其不同突变株的氨基酸序列，深入挖掘关键氨基酸变异所引发的分子机制差异，以揭示其功能与致病性变化的核心因素，为进一步阐明SARS-CoV-2的进化规律及其潜在的适应性机制提供新的视角。武汉大学病毒学国家重点实验室陈宇教授、周立副教授和徐可教授为该论文的通讯作者，博士研究生郭笑、杨世敏，以及蔡曾博士共同担任第一作者。武汉大学病毒学国家重点实验室主任蓝柯教授，以及郭铭老师和王欣老师为本研究提供了大力支持。原文链接：https://rupress.org/jcb/article/224/1/e202404131/277161/SARS-CoV-2-specific-adaptations-in-N-protein
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