在歐洲，由SARS-CoV-2冠狀病毒在2020年引發的大流行現在已基本得到控制。但為什麼這種病毒能夠如此有效地傳播，仍然不清楚。由伍茲堡Julius Maximilian大學（JMU）的Simone Backes博士、Gerti Beliu博士和Markus Sauer教授領導的一個研究小組現在在《Angewandte Chemie》上發表的一篇文章中表明，需要重新考慮之前的一些假設。

帶有穗狀蛋白（青色）的冠狀病毒（圓形顆粒）感染攜帶零星ACE-2受體（粉色）的宿主細胞。膜融合併釋放病毒成分（紫色）後。(紫色）被釋放出來。

例如，病毒不會用幾種表面蛋白同時與要感染的細胞的幾種受體結合。這個假設以前一直是解釋病毒如何增加感染性的一種嘗試。與單個受體的結合也不會導致隨後更多的受體與病毒的對接。維爾茨堡研究小組現在提供了證據，證明單一病毒與單一受體結合，為高效感染打開了大門。

SARS-CoV-2在其表面平均攜帶20 – 40個尖峰蛋白。通過這些，它與目標細胞膜上的ACE2受體結合，例如在人類的鼻子和喉嚨。當這些受體被抗體阻斷時，該細胞就不能再被感染。Sauer解釋說：”這表明，病毒與ACE2受體的結合是感染的決定性步驟。”

到目前為止，使ACE2受體及其與病毒尖峰蛋白的相互作用在顯微鏡下可見還不可能。因此，很多事情都有待推測–例如病毒是否與多個尖峰的受體結合以促進進入細胞。

也有人認為，受體是以成對或三組的形式存在於膜中，而，這樣它們可以更有效地與三聚體的尖峰蛋白結合。或者說，它們只是在與一個尖峰蛋白結合後才結合成這樣的群體。這兩種情況都強烈依賴於膜中ACE2受體的密度。

超分辨率顯微鏡使問題變得清晰

維爾茨堡的研究人員希望闡明這一謎團： 他們用染料標記了抗體，以使受體可見並可計數。為此，他們使用了作為SARS-CoV感染模型系統的各種細胞系，以及Markus Sauer研究小組開發的單分子敏感超分辨率顯微鏡方法dSTORM。

結果發現，例如經常被用作SARS-CoV-2感染模型的Vero細胞，每平方微米的細胞膜上只有一到兩個ACE2受體。”這是非常少的，”Sauer補充說：”在其他膜受體中，這個數字往往在30到80之間。”

“相鄰的ACE2受體之間的平均距離約為500納米。”Backes說：”因此，它比一個病毒顆粒大得多，後者的測量值只有100納米。她補充說，因此，一個具有多個尖峰蛋白的病毒粒子能夠同時與多個受體結合的想法是非常不可能的。”

ACE2受體總是單一的

下面是一個公開的問題： 受體是否也以成對或三組的形式存在於膜中？”不，它們只在那裡單一出現。”魯道夫-維爾喬夫中心（Rudolf Virchow Centre）的研究小組組長Beliu說：”即使有病毒尖峰蛋白與它們結合，也會保持這種狀態。對於感染來說，如果單個尖峰蛋白與單個受體結合就足夠了。”

通過這些結果，JMU團隊能夠推翻許多關於病毒顆粒與多個ACE2受體相互作用的原始假設。它還表明，正如預期的那樣，ACE2表達較高的宿主細胞更容易被感染。然而，膜的脂質成分和其他因素也影響感染效率。

下一步要做什麼？

JMU團隊希望盡可能多地收集關于冠狀病毒的細胞進入機制的詳細知識，以便更好地了解感染過程。這最終可能有助於更好地預防和開發出更好的抗COVID-19的藥物。接下來，維爾茨堡的研究人員希望用高分辨率的光片顯微鏡來分析進入機制。