石正麗新研究:需持續(xù)監(jiān)控蝙蝠 中華菊頭蝠是SARS病毒的宿主
蝙蝠SARS相關(guān)冠狀病毒與人類和果子貍的SARS-CoVs有96%的核苷酸序列相似度,其中可變區(qū)最多的是刺突蛋白(S)和輔助蛋白ORF3和ORF8。此外,研究者已經(jīng)確定了不同蝙蝠SARS相關(guān)冠狀病毒基因組中能找到SARS-CoV的所有基因構(gòu)建基塊,這表明SARS病毒的祖先是通過蝙蝠SARS相關(guān)冠狀病毒基因組的重組而來,其起源于蝙蝠。
病毒感染的第一步是識別細(xì)胞受體,這也是必不可少的步驟。冠狀病毒的進(jìn)入是由病毒刺突蛋白(Spike,S)和細(xì)胞表面受體之間的特異性相互作用介導(dǎo),然后病毒與宿主膜之間發(fā)生融合。冠狀病毒刺突蛋白在功能上分為兩個亞基:細(xì)胞附著亞基(S1)和膜融合亞基(S2)。 S1區(qū)域包含N端結(jié)構(gòu)域(NTD)和C端結(jié)構(gòu)域(CTD);兩者均可用于冠狀病毒受體結(jié)合(RBD)。
對于SARS-CoV,其S1-CTD作為RBD與細(xì)胞的受體即血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(ACE2)結(jié)合。冷凍電鏡和晶體結(jié)構(gòu)分析,確定了SARS病毒的S-RBD與人ACE2之間界面中的一些關(guān)鍵殘基。
根據(jù)S蛋白的大小,蝙蝠SARS相關(guān)冠狀病毒可以分為兩個不同的進(jìn)化枝。進(jìn)化枝1包含病毒具有與SARS病毒大小相同的刺突蛋白。而由于5、12或13個氨基酸缺失,屬于進(jìn)化枝2的病毒其刺突蛋白則比SARS病毒的小。
盡管RBD有所不同,所有進(jìn)化枝1毒株都可以使用ACE2進(jìn)入細(xì)胞,而進(jìn)化枝2毒株則由于上述缺失無法直接進(jìn)入。這些結(jié)果表明,就基因組相似性和ACE2的使用而言,進(jìn)化枝1的成員很可能是SARS病毒的直接來源。
ACE2在功能上分為兩個結(jié)構(gòu)域:N末端結(jié)構(gòu)域參與SARS-CoV結(jié)合,C末端結(jié)構(gòu)域參與心功能的調(diào)節(jié)。先前的結(jié)果表明,不同來源的ACE2的C末端結(jié)構(gòu)域相對保守,而N末端結(jié)構(gòu)域在物種間顯示出更多的多樣性。此前已證明SARS病毒可以利用水鼠耳蝠的ACE2和中華菊頭蝠的ACE2。RBD結(jié)合位點中的微小突變,可將ACE2從對SARS-CoV結(jié)合不易感轉(zhuǎn)變?yōu)橐赘。由于屬于進(jìn)化枝1的所有SARS相關(guān)冠狀病毒都可從中華菊頭蝠體內(nèi)提取出來,而且也都可以利用ACE2,因此研究者提出問題:中華菊頭蝠ACE2中的變異是否可能有導(dǎo)致了蝙蝠SARS相關(guān)冠狀病毒的多樣性。
研究團(tuán)隊研究了中華菊頭蝠ACE2基因的多態(tài)性,并通過分子進(jìn)化分析,蛋白質(zhì)親和力測定和病毒感染測定相結(jié)合,評估了它們對不同蝙蝠SARS相關(guān)冠狀病毒刺突蛋白的敏感性和結(jié)合親和力。
結(jié)果表明,SARS相關(guān)冠狀病毒的刺突蛋白多樣性可能會受到中華菊頭蝠ACE2變體的自然選擇壓力; 在長期共存期間,SARSr-CoV刺突蛋白可能會被中華菊頭蝠的ACE2選擇,以維持自身遺傳多樣性并適合中華菊頭蝠的種群。
ACE2基因在中華菊頭蝠種群中表現(xiàn)出高度多態(tài)性
根據(jù)蝙蝠SARS相關(guān)冠狀病毒的流行情況以及樣品組織的可用性和質(zhì)量,研究者使用來自三個。ê,廣東和云南)的樣品進(jìn)行ACE2擴(kuò)增。
除了團(tuán)隊先前測序過的蝙蝠ACE2(分別從湖北,廣西和云南收集的樣本ID 832、411和3357)和其他蝙蝠ACE2(GenBank登記號ACT66275,這是從香港收集的樣本)外,研究者從21只中華菊頭蝠蝠個體中獲得了ACE2基因序列:湖北有5個,廣東有9個,云南有7個。這些蝙蝠ACE2序列在其物種內(nèi)顯示98-100%的氨基酸同一性,與人ACE2的顯示80-81%的氨基酸同一性。
這些蝙蝠ACE2在N端區(qū)域觀察到了主要變化,包括一些先前已確定與SARS病毒的 S-RBD接觸的殘基。根據(jù)非同義SNP分析鑒定出8個殘基,包括24、27、31、34、35、38.41和42。這8個殘基的組合產(chǎn)生了8個等位基因,包括RIESEDYK,LIEFENYQ,RTESENYQ,RIKSEDYQ,QIKSEDYQ, RMTSEDYQ,EMKT KDHQ和EIKT EIKTKDHQ,分別命名為等位基因1-8。
除了先前研究(等位基因4、7和8)中的ACE2基因型數(shù)據(jù)外,研究者在中華菊頭蝠種群中還鑒定出5個新的等位基因。“等位基因2”在兩個省的樣本中有發(fā)現(xiàn),“等位基因4”在3個省中有發(fā)現(xiàn),而其他等位基因似乎在地理上受到限制?傊,在廣東發(fā)現(xiàn)了3個等位基因(4、6和8),云南發(fā)現(xiàn)了4個等位基因(1、2、4和7),在湖北發(fā)現(xiàn)了3個等位基因(2、4和5),在廣西和香港分別找到了1個等位基因。在發(fā)現(xiàn)SARS病毒直接祖先的云南一蝙蝠洞中,研究者發(fā)現(xiàn)了4個等位基因共存。
綜上所述,這些數(shù)據(jù)表明ACE2變異體已經(jīng)在不同地區(qū)的中華菊頭蝠種群中長期存在。與SARS病毒的S-RBD直接接觸的位點的取代,表明它們在SARS病毒的進(jìn)化和傳播過程中可能具有重要功能。