麻省理工學院的研究人員發現了SARS-CoV-2 E 通道的開放結構，補充了他們先前對其封閉狀態的發現。這項研究有助於開發阻斷通道的抗病毒藥物，減輕COVID-19 的發炎反應。

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此通道可轉運質子和鈣離子，誘導受感染細胞發動發炎反應，從而破壞組織並導致COVID-19 的症狀。

麻省理工學院的化學家現在發現了這種通道”開放”狀態的結構，它允許離子通過。這個結構與同一實驗室在2020 年報告的”關閉”狀態結構相結合，可以幫助科學家弄清楚是什麼觸發了通道的打開和關閉。這些結構還能引導研究人員開發出阻斷該通道並有助於預防發炎的抗病毒藥物。

麻省理工學院的化學家發現，作為離子通道的SARS-CoV-2 E 蛋白在關閉狀態時底部有一個寬闊的開口，而在打開狀態時開口較窄。圖片來源：研究人員、麻省理工學院新聞和iStock 提供

研究進展

E通道是一個抗病毒藥物標靶。麻省理工學院化學教授、該研究的資深作者洪梅（Mei Hong）說：”如果你能阻止通道向細胞質輸送鈣，那麼你就有辦法減少病毒的細胞毒性作用。”

麻省理工學院博士後若昂-梅德羅斯-席爾瓦（Joao Medeiros-Silva）是這項研究的第一作者，研究報告最近發表在《科學進展》（Science Advances）雜誌上。麻省理工學院博士後奧雷利奧-德雷格尼（Aurelio Dregni）和段普（Pu Duan）以及研究生諾亞-索姆伯格（Noah Somberg）也是這篇論文的作者。

洪在研究嵌入細胞膜的蛋白質結構方面有著豐富的經驗，因此當2020年COVID-19大流行開始時，她把注意力轉向了冠狀病毒E通道。

當SARS-CoV-2感染細胞時，E通道會嵌入環繞細胞器（ER-Golgi intermediate compartment，ERGIC）的膜內。ERGIC 內部有高濃度的質子和鈣離子，E 通道將其轉運出ERGIC，進入細胞質。質子和鈣離子的流入會形成被稱為發炎體的多蛋白複合物，誘發發炎。

揭示原子級結構

為了研究離子通道等膜嵌入蛋白，洪開發了利用核磁共振（NMR）光譜揭示這些蛋白原子級結構的技術。在先前的工作中，她的實驗室利用這些技術發現了一種被稱為M2質子通道的流感蛋白的結構，這種蛋白質與冠狀病毒E蛋白一樣，由多個螺旋蛋白束組成。

在流感大流行初期，洪的實驗室利用核磁共振分析了冠狀病毒E 通道在中性pH 值下的結構。結果結構於2020年公佈，由五個螺旋緊緊捆綁在一起，似乎是通道的閉合狀態。

洪說：”到2020年，我們已經掌握了所有核磁共振技術，可以解決膜中這種α-螺旋束的結構問題，因此我們能夠在大約六個月內解決封閉的E結構問題。”

確定封閉結構後，研究人員就著手確定通道開放狀態的結構。為了誘導通道形成開放構象，研究人員將其暴露在酸性更強、鈣離子水平更高的環境中。他們發現，在這些條件下，通道的頂部開口（即延伸到ERGIC的部分）變得更寬，並被水分子包裹。這種水塗層使通道更容易讓離子進入。孔口還含有親水性側鏈的胺基酸，這些側鏈懸掛在通道上，有助於吸引帶正電荷的離子。

通道動力學與藥物開發

研究人員還發現，封閉通道的頂部開口很窄，底部開口較寬，而開放狀態則相反：頂部較寬，底部較窄。底部開口還含有親水性氨基酸，有助於吸引離子通過通道中間狹窄的”疏水門”，使離子最終進入細胞質。

在疏水門附近，研究人員還發現了一條緊密的”帶子”，它由三份苯丙胺酸組成，苯丙胺酸是一種帶有芳香族側鏈的氨基酸。根據這些苯丙胺酸的排列方式，側鏈既可以伸入通道阻塞通道，也可以打開通道讓離子通過。這三個間隔規則的苯丙胺酸殘基的側鏈構像在調節封閉和開放狀態方​​面起著重要作用。

未來研究方向：抗病毒療法的潛力

先前的研究表明，當SARS-CoV-2病毒發生變異，不再產生E通道時，病毒產生的發炎會大大減少，對宿主細胞造成的損害也會降低。

目前，洪正在與加州大學舊金山分校的合作者一起開發能與E 通道結合併阻止離子通過E 通道的分子，希望研發出能減輕SARS-CoV-2 所產生發炎的抗病毒藥物。

她的實驗室還計劃研究SARS-CoV-2 的後續變體中的突變如何影響E 通道的結構和功能。在Omicron變體中，孔開口處的一個親水性或極性氨基酸突變為一種稱為異亮氨酸的疏水性氨基酸。

洪說：”Omicron的E變體是我們下一步要研究的內容。我們可以製作一個突變體，看看極性網絡的破壞如何改變這種蛋白質的結構和動態方面。”