新冠病毒如何進入人體？近日，國內外多家實驗室試圖從近原子層面破解謎團。當地時間2月19日，清華大學生命學院王新泉課題組和醫學院張林琦課題組在生命科學預印本網站BioRxiv（未經同行評議）發表論文，利用X射線衍射技術，解析了新冠病毒表面刺突蛋白受體結合區（RBD）與人受體血管緊張素轉化酶2（ACE2）複合物的晶體結構。

該團隊獲得的複合物結構分辨率為2.45埃，是截至目前多家實驗室中獲得的最高分辨率。研究團隊準確定位出新冠病毒RBD和受體ACE2的相互作用位點。

病毒要進入人體細胞，必須找到人體細胞上相應的受體蛋白。因此受體就好比是一把“鎖”，得有相應的“鑰匙”才能打開，而後病毒才能進入細胞內部。新冠病毒針對ACE2受體的“鑰匙”就是刺突蛋白，即S蛋白。

這項最新的研究發現，新冠病毒在關鍵的受體結合氨基酸位點與SARS病毒大同小異。基於深入的對比分析，研究團隊還發現了一些可能造成新冠病毒與SARS病毒傳播差異的氨基酸位點，以及導致針對SARS病毒的抗體不能夠有效抑制新冠病毒感染的氨基酸位點。

王新泉與張林琦實驗室在新發與再發病毒感染的分子機制、中和抗體篩选和鑑定、疫苗開發等領域開展合作近10年。此前曾進行中東呼吸道綜合徵冠狀病毒（MERS-CoV）抗體MERS-4抗病毒機制的研究，他們合作取得了一系列國際前沿性的研究成果。

具體來說，研究團隊利用昆蟲細胞體系表達和純化了新冠病毒RBD和人ACE2胞外結構域，成功生長出新冠病毒RBD-ACE2複合物的晶體（晶體生長條件：100 mM MES, pH 6.5, 10 % PEG5000mme, 12% 1-propanol）。此後，他們採用X射線晶體學，利用中國科學院上海光源（SSRF）BL17U線站收集了分辨率為2.45埃的衍射數據，並解析了這一複合物的三維空間結構。

與ACE2結合的2019-nCoV RBD的總體結構：ACE2為綠色，2019-nCoV RBD核心為青色，RBM為紅色，2019-nCoV RBD中的二硫鍵顯示為棒狀並用黃色箭頭指示，負責結合的ACE2的N末端螺旋被標記

值得一提的是，此前美國德克薩斯大學奧斯汀分校Jason S. McLellan研究組在《科學》（Science）雜誌正式發表論文，他們利用冷凍電鏡技術率先解析了2019-nCoV表面S蛋白的近原子結構。

但是，已有的模型中RBD的分辨率不完全，特別是對於與ACE2直接產生相互作用的受體結合模體（RBM）。研究團隊認為，對2019-CoV RBD和ACE2之間相互作用的計算機建模已經確定了一些可能參與實際相互作用的氨基酸殘基，但作用的過程與細節仍然難以捉摸。

研究團隊此次結構解析得出，2019-nCoV RBD / ACE2和SARS-CoV RBD / ACE2界面在掩埋表面積，相互作用殘基數和親水相互作用網絡方面都具有實質上的相似性，但在表面靜電勢上存在一些差異。

儘管這兩種病毒處於乙型冠狀病毒屬的不同遺傳譜系中，但研究者認為，這種結構和序列上的相似性有力地證明，2019-nCoV和SARS-CoV的RBD存在著趨同進化，從而提高它們與相同的ACE2受體的結合親和力。

團隊還認為，既然結構具有相似性，那麼ACE2與2019-nCoV和SARS-CoV的RBD之間的結合親和力也在先前報導的相同範圍內（約為10-60 nM）。

而針對近日McLellan研究組得出的“新冠病毒S蛋白與ACE2的親和力，是SARS病毒S蛋白與ACE2之間親和力10至20倍”的結論，作者們認為，這可能是由於分析中使用的蛋白質不同，或其他一些未知原因。

事實上，作者們認為，僅考慮結合的親和力強弱不太能解釋2019-nCoV異常強的傳染性。其他因素，例如2019-nCoV刺突蛋白S1/S2邊界處特有的“ RRAR”弗林蛋白酶切位點，可能在促使其人與人之間快速傳播上起著更重要的作用。

值得一提的是，中和抗體被視為免疫系統對抗病毒感染的策略之一。據此前的研究，2019-nCoV可以被馬的抗SARS-CoV血清和來自恢復期SARS患者的血清交叉中和，這也進一步強調了2019-nCoV與SARS-CoV RBDs的結構相似性。

然而，論文提到，迄今為止，針對SARS-CoV的抗體(m396, S230, 80R和CR3014)還沒有顯示出對2019-nCoV S蛋白或RBD有理想的交叉結合和中和活性。

唯一的例外是SARS-CoV特異性人類單克隆抗體CR3022，該抗體可以與2019-nCoV RBD有效結合。不過，目前尚不確定CR3022在SARS-CoV或2019-nCoV RBDs上的確切抗原表位。

在不能與2019-nCoV RBD結合的3種抗體中，研究團隊通過對SARS-CoV RBD-Fab複合物的高分辨晶體結構解析了其中2種（m396和80R）的表位。通過將這些表位殘基映射到SARS-CoV RBD序列和2019-nCoV RBD序列，研究團隊發現，和SARS-CoV相比，2019-nCoV RBD上抗體m396的21個抗原表位有7個殘基改變，抗體80R的24個抗原表位則有15個殘基改變。

SARS-CoV中和抗體抗原表位映射：黑點表示m396的表位殘基；紅點表示80R的表位殘基。

論文提到，這可能為m396和80R對2019-nCoV沒有顯示交叉反應提供了結構基礎。然而，2019-nCoV RBD和SARS-nCoV RBD之間確實存在氨基酸保守性，甚至在更多變的RBM中也存在(上圖)。

研究團隊認為，這項研究為治療性抗體藥物開發以及疫苗的設計奠定了堅實的基礎。張林琦表示，現在疫苗研發的關鍵靶點就是針對新冠病毒的“鑰匙”展開的，病毒如何進入細胞這一步非常關鍵。這些研究將有利於科學家篩選能夠阻止病毒與人體結合的抗體或小分子藥物。兩個團隊下一步的工作重點是基於結構設計篩選能夠阻止RBD與ACE2結合的抗體或者小分子藥物。

但他們同樣強調，這是一個相對漫長的過程，因為迄今為止能夠有效抑制新冠病毒的特異性抗體和藥物都還在篩选和驗證過程中，這需要更多科學家不斷的努力。

值得一提的是，此前的2月17日，西湖大學周強教授團隊在全球範圍內率先報導了ACE2全長蛋白的高分辨電鏡結構（2.9埃），2月19日，該團隊進一步解析出ACE2全長蛋白與新冠病毒S蛋白RBD的複合物電鏡結構（3.5埃）。此外，中科院微生物研究所齊建勳團隊也解析了新冠病毒RBD與ACE2複合物的晶體結構（2.5埃）。

上述提及的國內三個獨立團隊都選擇在第一時間將其複合物的原子坐標向全社會公佈，以提高它們的利用率。