2020年終巨獻：SARS-CoV-2重要研究成果解讀！
2020年對于每個人而言都是不平凡的一年，在應對SARS-CoV-2引起的COVID-19疫情上，全球科學家們都在努力研究，開發(fā)新型的預防性措施和治療手段，時至歲末，小編整理了2020年科學家們在SARS-CoV-2研究中取得的重要成果，分享給大家！
圖片來源：Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.03.045
【1】Cell：從結構和功能角度揭示SARS-CoV-2利用人ACE2進入細胞機制
doi：10.1016/j.cell.2020.03.045
新出現(xiàn)和重新出現(xiàn)的病毒是對全球公共衛(wèi)生的重大威脅。自2019年底以來，中國政府已在中國武漢市報告了一系列人類肺炎病例，這種疾病被命名為2019年冠狀病毒病（COVID-19）。這些病例表現(xiàn)出諸如發(fā)燒和呼吸困難之類的癥狀，并被診斷為病毒性肺炎。全基因組測序結果顯示病原體是一種新型冠狀病毒，初被世界衛(wèi)生組織（WHO）命名為2019-nCoV。隨后，國際病毒分類學委員會正式將這種病毒命名為SARS-CoV-2，不過許多病毒學家認為HCoV-19更合適。
在一項新的研究中，來自中國科學院等機構的研究人員利用免疫染色和流式細胞儀測定技術，首先鑒定出S1 CTD（SARS-CoV-2-CTD）是SARS-CoV-2中與hACE2受體相互作用的關鍵區(qū)域。他們隨后解析出SARS-CoV-2-CTD與hACE2結合在一起時的分辨率為2.5？的晶體結構，揭示了一種整體上與SARS-CoV RBD（下稱SARS-RBD）相類似的受體結合模式。但是，與SARS-RBD相比，SARS-CoV-2-CTD與hACE2形成更多的原子相互作用，這與顯示更高的受體結合親和力的數(shù)據(jù)相關。相關研究結果發(fā)表在Cell期刊上。
值得注意的是，一組單克隆抗體（mAb）以及針對SARS-S1/RBD的鼠多克隆抗血清無法與SARS-CoV-2 S蛋白結合，這表明SARS-CoV和SARS-CoV在抗原性上存在顯著差異，并且提示著先前開發(fā)的基于SARS-RBD的候選疫苗不太可能對SARS-CoV-2預防有任何臨床益處。
【2】Cell：從結構上揭示結合SARS-CoV-2刺突蛋白的人類抗體特征
doi：10.1016/j.cell.2020.06.025
在一項新的研究中，來自美國加州理工學院和洛克菲勒大學的研究人員描述了來自COVID-19康復者血漿的多克隆IgG和它們的Fab片段對冠狀病毒S蛋白的識別。他們發(fā)現(xiàn)這些血漿IgG可以識別SARS-CoV-2、SARS-CoV和MERS-CoV的S蛋白。相關研究結果發(fā)表在Cell期刊上。
相比于Fab片段，血漿IgG在靶向RBD表位、識別α冠狀病毒和β冠狀病毒以及親和力對結合/中和作用增強的貢獻方面有所不同。通過使用電子顯微鏡，這些研究人員研究了血漿多克隆抗體Fab片段的特異性，揭示了它們識別SARS-CoV-2 S蛋白表面上的S1A和RBD表位。此外，單克隆中和抗體Fab片段-刺突蛋白復合物的分辨率為3.4埃的低溫電鏡（cryo-EM）結構揭示了一個阻斷ACE2受體結合的表位。 基于這些結構的建模表明，IgG在冠狀病毒表面上進行S蛋白間交聯(lián)的潛力不同于Fab片段，而且IgG可能不會受到已識別的SARS-CoV-2 S蛋白突變的影響。
【3】Cell：揭示攜帶D614G突變的SARS-CoV-2成為在當今世界上傳播的主導毒株
doi：10.1016/j.cell.2020.06.043
在一項新的研究中，來自美國杜克大學人類疫苗研究所等機構的研究人員發(fā)現(xiàn)新型冠狀病毒SARS-CoV-2（一種導致COVID-19疾病的病毒）基因組中的一種突變提高了這種病毒感染人體細胞的能力，并幫助它成為在當今世界上傳播的主導毒株。相關研究結果發(fā)表在Cell期刊上。
這項研究發(fā)現(xiàn)在實驗室條件下，這種突變讓這種病毒在細胞培養(yǎng)物中更具感染力。這種突變被命名為“D614G”，使得從這種病毒表面突出的“刺突（spike）”糖蛋白（S蛋白）發(fā)生了微小但有效的變化，其中這種病毒利用S蛋白進入并感染人體細胞。這種攜帶D614G突變的SARS-CoV-2（下稱D614G變體）在首次出現(xiàn)后不久就迅速成為主導毒株，地理樣本顯示這種病毒群體的數(shù)量從初的病毒毒株到這種新的病毒毒株發(fā)生了重大轉變。
【4】Cell：剖析SARS-CoV-2刺突蛋白突變對病毒感染性和抗原性的影響
doi：10.1016/j.cell.2020.07.012
在一項新的研究中，在一項新的研究中，來自中國食品藥品檢定研究院、北京協(xié)和醫(yī)學院和清華大學的研究人員研究了SARS-CoV-2 S蛋白中發(fā)生氨基酸變化的天然變體以及在推定的N-連接糖基化位點上出現(xiàn)氨基酸變化的突變體（下稱糖基化突變體）的生物學意義。為了實現(xiàn)這一點，他們構建出106種在公共領域報道的S蛋白突變體或在推定的N-連接糖基化位點上出現(xiàn)氨基酸變化的突變體，并使用高通量的假型病毒（pseudotyped virus）系統(tǒng)來分析它們的感染性和對中和抗體的反應性。他們報道，一些天然變體和糖基化突變體經(jīng)進化后具有顯著的感染性和抗原性變化。相關研究結果發(fā)表在Cell期刊上。
通過使用SARS-CoV-2毒株Wuhan-1（GenBank：MN908947）作為模板，這些作者選取了三組天然變體和糖基化突變體來構建假型病毒。如圖1所示，A組代表了除受體結合結構域（RBD）區(qū)域之外的整個S基因（29種毒株）的所有高頻變體和與D614G的組合變體。B組包括在RBD中出現(xiàn)的變體（51種毒株）。雖然A組和B組中的8種單點突變，即Q239K、V341I、A435S、K458R、I472V、H519P、A831V和S943T本身并不存在，但發(fā)現(xiàn)它們與D614G組合出現(xiàn)。因此，還構建了針對這8種單點突變的假型病毒，以便與針對它們和D614G的雙位點組合突變構建的假型病毒進行比較。C組由在推定的糖基化位點（22個位點）中出現(xiàn)氨基酸變化的26種突變體組成，包括變體（N74K、N149H和T719A）和這些作者為分析對糖基化的影響而構建出的實驗性突變體。具體來說，針對所有22個位點（N到Q）在實驗室中構建出22種單點突變體；他們還進行了組合突變以移除RBD中的兩個糖基化位點?？偟膩碚f，他們已經(jīng)構建出106種假型病毒，即80種天然變體和26種糖基化突變體。
【5】Science：構建出更穩(wěn)定的SARS-CoV-2刺突蛋白，有助加快COVID-19疫苗開發(fā)
doi：10.1126/science.abd0826
針對快速開發(fā)數(shù)十億劑救命的COVID-19疫苗的需求，來自美國德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員在一項新的研究中成功地重新設計了新型冠狀病毒SARS-CoV-2的一種關鍵蛋白，這種改造可以使得全世界更快更穩(wěn)定地生產(chǎn)疫苗。相關研究結果發(fā)表在Science期刊上。
大多數(shù)冠狀病毒候選疫苗都會訓練人類免疫系統(tǒng)識別SARS-CoV-2病毒表面的一種關鍵蛋白，即刺突蛋白（S），以對抗感染。這些作者設計了這種蛋白的一種新版本，當在細胞中表達時，它產(chǎn)生的蛋白數(shù)量是早前已在多種COVID-19疫苗中使用的合成刺突蛋白的10倍。他們還與美國國家衛(wèi)生研究院的同事們一起設計了在目前進入美國臨床試驗的至少兩種COVID-19候選疫苗中發(fā)現(xiàn)的早期版本的刺突蛋白。
圖片來源：The Francis Crick Institute
【6】Nature：揭示SARS-CoV-2刺突蛋白結合人ACE2受體的結構機制
doi：10.1038/s41586-020-2772-0
在一項新的研究中，來自英國弗朗西斯-克里克研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)位于SARS-CoV-2冠狀病毒表面上的刺突蛋白（S蛋白）與人類病毒受體ACE2接觸時，可以采取至少十種不同的結構狀態(tài)。這種對感染機制的新見解為開發(fā)疫苗和治療方法奠定基礎。相關研究結果發(fā)表在Nature期刊上。
作為引起新冠肺炎（COVID-19）的冠狀病毒，SARS-CoV-2的表面覆蓋著S蛋白，這使得這種病毒能夠感染人體細胞。當S蛋白與細胞表面受體ACE2結合，并在隨后階段催化病毒基因組釋放到細胞中時，感染就開始了。然而，ACE2與SARS-CoV-2的S蛋白結合的確切性質(zhì)仍然未知。在首次對ACE2與S蛋白之間的結合機制進行整體考察的研究中，這些研究人員，對S蛋白與受體結合和感染的不同階段相關的10種不同結構進行了表征。他們首先孵育S蛋白和ACE2的混合物，然后通過在液態(tài)乙烷中快速冷凍，捕捉不同形式的S蛋白。他們使用低溫電鏡技術檢查這些蛋白樣品，獲得了數(shù)萬張不同結合階段的高分辨率圖像。
【7】The Lancet：新發(fā)現(xiàn)！382個核苷酸的缺失或會讓SARS-CoV-2的感染變得更加溫和！
doi：10.1016/S0140-6736(20)31757-8
近日，一項刊登在國際雜志The Lancet上的研究報告中，來自新加坡科技研究局（A*STAR）等機構的科學家們通過研究發(fā)現(xiàn)了讓SARS-CoV-2病毒變得溫和的基因突變。與地球上其它任何生物一樣，SARS-CoV-2易于趨向于自然遺傳多樣性，而這是因為突變所引起的，自SARS-CoV-2引發(fā)的COVID-19疫情席卷全球以來，人們一直擔心突變是否會使得該病毒變得而更具傳染性和致死性，然而本文研究中，研究人員卻發(fā)現(xiàn)了相反的結果；這項研究中，研究人員分析了一種讓SARS-CoV-2變得致病性較輕的一種特殊突變，其所引發(fā)宿主機體的免疫反應較低、感染程度較輕也感染者的臨床治療效果較好。
此前研究人員在SARS-CoV-2基因組中發(fā)現(xiàn)了多種突變，因為諸如此類遺傳突變會轉化為不同的特征，而這些特征會以不同的方式來影響病毒，因此研究人員非常感興趣研究這些突變及其所產(chǎn)生的效應；比如，免疫靶點或能被診斷測試所針對的病毒區(qū)域的突變或許會對人類宿主對抗病毒產(chǎn)生一些嚴重影響，而且基因突變還會病毒的傳播性和毒力，從而引發(fā)人們對更加危險菌株的擔憂。這項研究中，研究人員重點對一種特殊的基因突變進行研究，該突變是研究者通過對今年1月和2月之間在對新加坡病例中分離出的SARS-CoV-2的基因組進行常規(guī)測序時所發(fā)現(xiàn)的。
【8】Cell：對SARS-CoV-2刺突蛋白變體D614G的結構和功能分析
doi：10.1016/j.cell.2020.09.032
在一項新的研究中，來自美國馬薩諸塞大學醫(yī)學院等機構的研究人員發(fā)現(xiàn)D614G在人類肺細胞、結腸細胞以及在通過異位表達人類ACE2或來自各種哺乳動物（包括中華菊頭蝠和馬來亞穿山甲）的ACE2同源物而允許被病毒感染的細胞上，比它的祖先病毒更具感染力。相關研究結果發(fā)表在Cell期刊上。
D614G沒有改變S蛋白的合成、加工或整合到SARS-CoV-2病毒顆粒中，但由于較快的解離速度，D614G對ACE2的親和力降低。通過低溫電子顯微鏡對S蛋白三聚體的評估表明，D614G破壞了S蛋白的原聚體（protomer）之間的接觸，使得S蛋白的構象轉向能夠結合ACE2的狀態(tài)，這被認為是病毒顆粒與靶細胞膜融合的途徑。與這種更開放的構象相一致的是，靶向S蛋白受體結合結構域（RBD）的抗體的中和效力并沒有減弱。
【9】AJIC：重磅！首次發(fā)現(xiàn)波長222nm的紫外線或能有效殺滅SARS-CoV-2！
doi：10.1016/j.ajic.2020.08.022
近日，一項刊登在國際雜志American Journal of Infection Control上的研究報告中，來自廣島大學等機構的科學家們通過研究發(fā)現(xiàn)，利用波長為222 nm的紫外線（UVC，人類使用的安全范圍內(nèi)）或能有效殺滅SARS-CoV-2病毒。
截止到目前為止，其它涉及222 nm UVC（Far-UVC）的研究只證實了該波長的紫外線在清除季節(jié)性冠狀病毒上的潛力，當然這些冠狀病毒在結構上與SARS-CoV-2相似，但其并不會引發(fā)COVID-19，一納米相當于十億分之一米。體外研究中，研究者發(fā)現(xiàn)，以0.1 mW/cm2的光強度照射30秒222 nm的UVC或能殺滅99.7%的SARS-CoV-2。
【10】Science：全球200名科學家們通力合作揭示SARS-CoV-2、SARS-CoV-1和MERS-CoV冠狀病毒的共同弱點
doi：10.1126/science.abe9403
近日，一項刊登在國際雜志Science上的研究報告中，來自喬治亞州立大學等機構的科學家們通過研究發(fā)現(xiàn)，三種致命的冠狀病毒：SARS-CoV-2、SARS-CoV-1和MERS-CoV都有共同的弱點，比如會頻繁劫持細胞中的信號通路，這或許有望幫助研究人員尋找有效廣泛抑制冠狀病毒感染的潛在靶點和療法。
在過去20年里，全球面臨著三種致命性的冠狀病毒，即SARS-CoV-2、SARS-CoV-1和MERS-CoV，而SARS-CoV-2所誘發(fā)的COVID-19在全球引起了疾病的大流行，目前在全球已經(jīng)感染了3700多萬人，而且造成了100多萬人死亡。這項研究中，研究人員通過研究確認了冠狀病毒之間的共性，并解釋了多個共同的細胞過程和蛋白靶點，其或能作為新型靶點幫助開發(fā)當前和未來冠狀病毒感染大流行的治療性和干預性措施。
圖片來源：Shaun K. Olsen, PhD, laboratory at The University of Texas
Health Science Center at San Antonio
【11】Sci Adv：新發(fā)現(xiàn)！科學家識別出SARS-CoV-2的新型病毒“分子剪刀酶” 或有望作為開發(fā)新型靶向性療法的特殊靶點！
doi：10.1126/sciadv.abd4596
近日，一項刊登在國際雜志Science Advances上的研究報告中，來自德克薩斯大學健康科學中心等機構的科學家們通過研究提出了一種新型的COVID-19藥物設計思路，即通過阻斷病毒的關鍵“分子剪刀”，該剪刀是病毒用來進行復制并促進對人類免疫反應非常重要的蛋白失活的關鍵工具。
文章中，研究人員開發(fā)出了兩種能有效抑制病毒“分子剪刀”的特殊分子，病毒的“分子剪刀”即名為SARS-CoV-2-PLpro的特殊酶類，該酶類能通過感知并加工病毒和人類蛋白來促進病毒的感染過程，研究者Shaun K. Olsen博士指出，酶類SARS-CoV-2-PLpro能執(zhí)行一種“雙重打擊”任務，其會刺激并釋放對病毒復制非常必要的蛋白，同時還會抑制宿主機體中向免疫系統(tǒng)發(fā)送抵御感染信號的細胞因子和炎癥趨化因子等分子的功能。
【12】Science：大多數(shù)人對SARS-CoV-2產(chǎn)生強勁的抗體反應，而且這種抗體反應至少在5個月內(nèi)保持相對穩(wěn)定
doi：10.1126/science.abd7728
在一項新的研究中，來自美國西奈山伊坎醫(yī)學院的研究人員發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)感染輕度到中度COVID-19的人都會產(chǎn)生強大的抗體反應，這種抗體反應至少在5個月內(nèi)保持相對穩(wěn)定。此外，他們還發(fā)現(xiàn)這種抗體反應與人體中和（或者說殺滅）SARS-CoV-2（導致COVID-19疾病的冠狀病毒）的能力相關。相關研究結果發(fā)表在Science期刊上。
研究者表示，雖然有些報告說針對這種病毒的抗體很快就會消失，但是我們發(fā)現(xiàn)恰恰相反：90%以上輕度或中度患病的人都會產(chǎn)生足以中和這種病毒的抗體反應，而且這種抗體反應會維持多個月。發(fā)現(xiàn)針對SARS-CoV-2的抗體反應的穩(wěn)健性，包括它的持久性和中和作用，對于讓我們能夠有效地監(jiān)測社區(qū)的血清陽性率并確定保護我們免受再感染的抗體的持續(xù)時間和水平至關重要。這對有效的疫苗開發(fā)至關重要。
【13】Mol Cell：SARS-CoV-2病毒破壞宿主防御系統(tǒng)的機制
doi：10.1016/j.molcel.2020.10.034
新型冠狀病毒破壞宿主的其中一種方式是它可以阻斷細胞產(chǎn)生保護性蛋白質(zhì)的能力，而不會阻礙其自身的復制能力。如今，耶魯大學的一個多學科研究小組發(fā)現(xiàn)了導致SAV-CoV-2（一種導致COVID-19的病毒）如何通過阻止細胞蛋白（包括免疫分子）的產(chǎn)生來實現(xiàn)這一目標，并導致宿主嚴重疾病。相關結果發(fā)表在Molecular Cell雜志上。
研究者Yong Xiong說：“該病毒實質(zhì)上是對宿主細胞進行重編程，通過了解這一機制，我們有望設計出新的療法?！毕惹暗难芯恳驯砻鞑《镜鞍?Nsp1具有阻止細胞產(chǎn)生新蛋白的能力，但是尚不清楚NsP1在細胞中如何工作。通過先進的基因篩選和低溫電子顯微鏡（cryo-EM），耶魯團隊能夠證明Nsp1是SARS-CoV-2具致病性的病毒蛋白之一。在人類肺細胞中，它可以大大改變宿主細胞的基因表達，并從本質(zhì)上形成一個栓塞，阻止核糖體接收信使RNA編碼的新蛋白質(zhì)的遺傳指令。
【14】Cell：評估SARS-CoV-2刺突蛋白突變D614G對傳播性和致病性的影響
doi：10.1016/j.cell.2020.11.020
新型冠狀病毒SARS-CoV-2導致2019年冠狀病毒?。–OVID-19），如今正在全球肆虐。疫苗是控制大流行迫切需要的必要對策。目前還沒有針對SARS-CoV-2的人類疫苗，但大約有120種候選疫苗正在研發(fā)中。在一項新的研究中，來自英國卡迪夫大學等研究機構的研究人員評估了1月至6月間在英國收集的2.5萬多份SARS-CoV-2全基因組序列。與其他地方一樣，614G在英國3月下旬成為主導的變體，這種614G變體經(jīng)過多次獨立引入，大多來自曾在國際上旅行的人。他們還證實，614G與感染嚴重程度無關，并觀察到年輕患者更容易感染614G，且病毒載量更高。他們的結研究果支持這樣的一個觀點：614G是陽性選擇，很可能影響這種病毒的傳播性。相關研究結果發(fā)表在Cell期刊上。
研究者表示，即使有了這個龐大的數(shù)據(jù)集，我們幾乎已經(jīng)突破了識別這種影響存在的能力極限?！比绻麡颖玖枯^小，檢測如此微小的傳染性變化將更加困難。這項研究是迄今為止發(fā)表的一項關于新冠病毒的樣本數(shù)量大的研究。美國西北大學紀念醫(yī)院傳染病研究員Judd Hultquist（未參與這項研究）說，“很多研究團隊都在研究這種特定變體隨時間的增加。但是，讓這項新的研究真正令人興奮的是，他們已經(jīng)在一個小的人群范圍內(nèi)完成了所有的研究，所以所有的人都在英國境內(nèi)”，而不是積累來自世界各地的樣本，而后者會增加額外混雜因素的可能性。
【15】Nature：構建出SARS-CoV-2感染的人遠端肺類器官模型
doi：10.1038/s41586-020-3014-1
遠端肺（distal lung）包含終末細支氣管和促進氣體交換的肺泡。體外三維人體遠端肺培養(yǎng)系統(tǒng)將極大地促進對間質(zhì)性肺疾病、癌癥和SARS-CoV-2相關的COVID-19肺炎的病理研究。在一項新的研究中，來自美國斯坦福大學醫(yī)學院等研究機構的研究人員以成人肺泡上皮細胞II型（AT2）或KRT5+基底細胞為來源，培育出長期不含飼養(yǎng)細胞的化學限定性遠端肺祖細胞培養(yǎng)物：遠端肺類器官（organoid）。相關研究結果發(fā)表在Nature期刊上。
AT2細胞類器官表現(xiàn)出AT1轉分化潛能，而基底細胞類器官產(chǎn)生的管腔內(nèi)排列有分化的棒狀細胞（club cell）和纖毛細胞。對基底細胞類器官的KRT5+基底細胞進行單細胞分析揭示了一個獨特的ITGA6+ITGB4+有絲分裂細胞群體，它們的增殖可進一步產(chǎn)生一個TNFRSF12Ahi細胞亞群，這個細胞亞群含有大約10%的KRT5+基底細胞，簇集在終末細支氣管內(nèi)，并表現(xiàn)出豐富的克隆性類器官（clonogenic organoid）生長活性。
