武汉病毒所严欢/石正丽团队重磅 Nature

学术 2024-11-07 17:32 中国

来源：病毒学国家重点实验室、生命科学前沿

受体识别是病毒感染与传播过程中的关键事件。受体既是理解病毒进入宿主细胞机制的核心线索，也是构建感染模型、推动机制研究和药物研发的基础。然而，天然受体鉴定工作存在较高的不确定性与滞后性，有些重要病毒的受体鉴定几十年未有突破，严重阻碍了相关病毒学研究的深入推进。

2024 年 10 月 30 日，武汉大学病毒学国家重点实验室/生命科学学院严欢团队、中国科学院武汉病毒研究所石正丽团队以及华盛顿大学 David Veesler 团队合作在国际顶级期刊 Nature 在线发表了题为「Design of customized coronavirus receptors」的研究论文（Article）。首次提出「定制化病毒受体（CVR）」的概念，旨在不依赖天然受体的条件下人为操控细胞易感性。基于该技术，该团队为多种受体已知或未知的人或蝙蝠冠状病毒成功设计了功能性人工受体，并通过合作深入探索了人工受体的发挥功能的机制及其多方面的应用价值。

该设计策略采取类似于「乐高积木」的模块化设计思路，将完整受体分解为「病毒结合域（VBD）」与「人工受体框架（ARS）」两部分分别进行设计与优化。通过截取天然受体的多种结构与功能模块并重组得到具有一定兼容性的 ARS，通过抗体改造、文库筛选、蛋白质从头设计等手段获得靶向特定表位的 VBD 作为特异性模块，最终通过分子嫁接生成候选受体（图 1）。

图 1 人工病毒受体（CVR）的模块化设计思路

严欢团队从新冠病毒受体 ACE2 出发，通过不断截短、替换 ACE2 序列，发现受体可以被完全替换为不含任何 ACE2 序列的人工受体分子，并通过一系列生化与分子生物学手段揭示了影响受体功能性的关键因素，开发了一套适用于冠状病毒的人工受体模块化设计方案（图 2）。在此基础上，研究人员通过对新冠病毒 Spike 蛋白的多种结合表位进行系统性测试，揭示了人工受体所识别的表位对受体功能性的重要影响，并阐明了其分子机制。值得一提的是，严欢团队发现一种结合新冠病毒 NTD 特定表位的人工受体（S2L20-CVR），意外地可以通过结合经典的 CTD 受体结合域（RBD）之外的区域发挥功能，通过与华盛顿大学 David Veesler 团队合作，揭示了这一特殊的功能性受体通过一种类似于「分子棘轮」的机制强制三个 CTD 结构域处于「开放」构像，进而发挥功能。这意味着 SARS 相关冠状病毒完全有能力利用 NTD 结合受体并实现有效入侵。此外，严欢团队发现，结合鼠肝炎冠状病毒（MHV）Spike 蛋白 CTD 结构域的人工受体也具有良好的受体功能性，这说明尽管 MHV 利用 NTD 识别其天然受体 CEACAM1a，其 CTD 仍然保有充当 RBD 的能力。这些发现表明冠状病毒 Spike 蛋白可以兼容多种方式激活其融合机器并介导病毒入侵。

图 2 冠状病毒定制化人工病毒受体示意图

严欢团队通过纳米抗体噬菌体文库淘选的手段获取了一系列特异性病毒识别模块，成功为来自 6 个不同亚属的 12 种冠状病毒设计了人工受体，其中多种病毒天然受体仍不明确（图 3）。团队基于外源表达人工受体的工程化细胞，利用病毒膜融合实验、假病毒入侵实验以及可扩增型 VSV 嵌合病毒感染实验等手段验证了受体功能性。通过与中科院武汉病毒研究所石正丽团队合作，CVR 感染模型成功实现了一些代表性冠状病毒（如 HKU5）的分离、拯救，并且可以高效支持受体尚不明确的冠状病毒 RsHuB2019A 的培养。这些工作为冠状病毒基础研究与抗病毒药物研发提供了具有重要价值的毒株与模型资源。

图 3 利用纳米抗体淘选技术为不同冠状病毒定制化功能性受体

综上，该研究通过模块化设计思路，开发出一套兼容性、可拓展的人工病毒受体设计策略，成功实现了多种冠状病毒功能性受体的定制化设计。尽管本研究以冠状病毒为主要研究对象，理论上该策略也可以为其他自然存在的病毒设计受体，但实现最佳受体功能的难度可能因病毒而异。通过为一些受体未明且缺乏感染模型的病毒设计人工受体，有望突破病毒学研究瓶颈，促进相关病毒感染致病机制的基础研究以及疫苗与抗病毒药物的开发（图 4）。

图 4 人工病毒受体的科学与应用价值

武汉大学病毒学国家重点实验室/生命科学学院严欢教授、中科院武汉病毒所石正丽研究员、华盛顿大学 David Veesler 教授为该论文的共同通讯作者。

值得关注的是，石正丽的通讯单位标注为：中国科学院武汉病毒研究所病毒学与生物安全重点实验室、广州国家试验室。目前已无法在中国科学院武汉病毒研究所官网查询到石正丽的名字；今年 7 月，广州国家实验室石正丽课题组的招聘启事中，石正丽的最新抬头为：广州国家实验室研究员，博士生导师，美国微生物科学院 Fellow。但石正丽是否正式离开工作了 30 多年的武汉病毒所，暂未得到官方确认。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08121-5

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4OTQ1MTQxNg==&mid=2652241961&idx=4&sn=b4ed2c477621452cb1117e2df68b3c27

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