基于s蛋白的新冠疫苗研发「Cell深度解读|为什么新冠疫苗开发要从S蛋白开始」

新冠病毒在肆虐了中国之后，从3月开始席卷全球，中国以外的确证病例也开始疯狂增长。据统计，全球感染人数超70万。

病毒是一类无细胞结构的简单生物，它只能依靠寄生在别的人或动物体内来维持生命。（就是这么小的生物，引起了这么大的动荡，生物真奇妙）病毒借由感染的机制，利用宿主的细胞系统进行自我复制¹，抗生素对病毒是没有任何作用的²。

病毒感染能够引发免疫反应，产生的抗体可以识别这个病毒的样子。病愈后，当这个病毒再来攻击的时候，就可以自动产生抗体来干掉它。

所以有小机灵鬼就说了，那还治疗干什么，大家都得一次，然后用免疫系统来对抗这个病毒不就好了。在此之前英国也提出的“群体免疫”的说法， 那为啥现在又更改策略，开始居家隔离呢？因为这个大概要几百年，并且还得保证得了病能活下来。

在临床治疗中，有多种病毒抑制药物被采纳，但疫苗的诞生才是赢得这场战役最重要的标志，而现在没有任何疫苗被批准投入使用³。

疫苗作为抗原在注射之后不致病，但可以产生抗体，从而使接种疫苗的人或动物能够终生对相应的病毒免疫。对于一个抗原而言，并不是它身上的任何部位都能够成为探测器的靶点。所以研发疫苗过程中一个很重要的步骤就是去确定抗原上能够成为靶子的部位，同时尽可能寻找对不同人群都起作用的那些靶点。

日前David Veesler团队在Cell期刊上刊登了 “Structure, function and antigenicity of the SARS-CoV-2 spike glycoprotein” 有望为疫苗开发铺平道路。他们就新型冠状病毒SARS-CoV-2 S蛋白的结构、功能和抗原性展开了研究。

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:3D_medical_animation_corona_virus

核酸和蛋白质外壳就是病毒最重要的组成部分，核酸负责繁殖后代的遗传物质，蛋白质外壳负责保护遗传物质。冠状病毒因为其外壳像一顶皇冠而得名，研究发现这些皇冠一样的刺突就是刺突糖蛋白（Spike Glycoprotein，以下简称 S 蛋白），是结合人体细胞上相应受体的罪魁祸首。因此它是感染后中和抗体（nAbs）的主要目标，也是治疗和疫苗设计的重点。

S蛋白非常明白协同合作的重要性，在S蛋白中包含两个功能亚基--负责和宿主细胞受体结合的S1亚基，负责病毒膜和细胞膜的融合S2亚基。冠状病毒进入易感细胞是一个复杂的过程，需要S蛋白的受体结合和蛋白水解过程协同作用以促进病毒-细胞融合。

Veesler团队通过瞬转得到SARS-CoV-S，SARS-CoV-2 S 及hACE2，使用鼠白血病病毒（murine leukemia virus，MLV）做成假性系统进行实验，确认了hACE2是SARS-CoV-2的功能性受体。

图1：A：说明SARS-CoV-2-S蛋白可以顺利侵入细胞；B：说明hACE2就是S蛋白侵入的受体。

也就是说新冠病毒上面的“小尖尖”S蛋白是钥匙，人体内的hACE2就是那把正好可以被S蛋白打开的锁！

考虑到SARS-CoV(SARS病毒)和本次SARS-CoV-2(新冠病毒)有高度相似性，他们进一步比较这2种病毒和人体内hACE2的亲和力，看看到底哪个开锁能力更强。

图2：利用生物层干涉法结合分析法来分析hACE2与SARS-CoV的S蛋白结构域B，SARS-CoV-2的

结果发现，新冠病毒与hACE2亲和力与2002年的SARS病毒亲和力相当。

Veesler团队通过冷冻电镜单颗粒分析对SARS-CoV-2 S蛋白结构进行解析。他们设计了具有消除弗林蛋白酶(furin)S1/S2裂解位点的预融合稳定的胞外域三聚体构建体，两个连续的脯氨酸稳定突变，和一个C端折叠的三聚体。

图3：在关闭和部分打开的情况下， S蛋白结构的区别

研究发现SARS-CoV-2 S胞外域是一个160Å长的三聚体，具有三角形横截面，与SARS-CoV S蛋白结构类似。SARS-CoV-2 S蛋白的S1/S2亚基边界存在着弗林蛋白酶切割位点，会在生物合成过程中被切割掉，这一新特征使该病毒不同于其他的冠状病毒。SARS-CoV-2 S 结构域B的开放是病毒与宿主细胞表面上的ACE2相互作用并导致S2位点裂解，引发构象变化，膜融合和病毒进入细胞的必需条件。

分析观察SARS-CoV S 和SARS-CoV-2 S蛋白中的融合肽的序列及构象，可以推断出来，针对融合肽设计的抗体可能可以交叉反应并中和这两种冠状病毒。

图4：SARS-CoV-2 S结构的两个正交视图，其中深蓝色球体为聚糖。

在SARS-CoV-2 S和SARS-CoV S 中S1亚基中，有13个聚糖，其中9个聚糖都是被保护的，而S2亚基9个聚糖均是被保护的。所以可以对不同的病毒的抗体融合机制进行对比，为研究新冠病毒的抗原性提供了思路。

最后他们使用SARS-CoV S对小鼠进行免疫，得到的多克隆抗体去抑制SARS-CoV-2 S和SARS-CoV S进入靶细胞的能力。

图5：在使用VeroE6细胞进行测试血清的作用

结果显示，血清完全抑制了SARS-Cov S-MLV的侵入，而SARS-CoV-2 S-MLV的侵入率降低到了原来的10%左右。

他们的研究结果提供了一个S蛋白结构框架，并提供了可能的抗原表位，为疫苗设计工作提供了很好的思路。

我们一直在努力

金斯瑞为Veesler团队提供SARS-CoV-2 SB 定制化基因合成，助力新冠相关研发。

据统计，每20篇新冠相关发布的文献中就有1篇使用了我们的服务。我们努力，只为让研发更快，更容易！

目前新冠相关质粒均有现货，定制相关新冠相关基因质粒，全部都有快速服务，让我们一起攻克难关！

Reference:

2.Antiviral Drugs. 2007-09-11.

3.关于印发新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第七版）的通知. 中华人民共和国国家卫生健康委办公厅. [2020-03-13].

4.Walls, Alexandra C., et al. "Structure, function, and antigenicity of the SARS-CoV-2 spike glycoprotein." Cell(2020).