MERS-CoV与猪受体CD26结合的结构和功能研究

Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) causes high mortality, threatening the world's public health security. Evidence showed that dromedary camel is another host of MERS-CoV. However, it remains unclear whether there are other potential hosts, which greatly limits the effective development of their prevention and control initiatives. Our group has solved a complex structure of the receptor binding domain of MERS spike (MERS-RBD) and the human receptor CD26 and showed the atomic interaction between MERS-CoV and its host. Preliminary results in our lab show that MERS-RBD-mFc bind to swine CD26 expression cells. Since Chinese raise lots of pigs, and in rural areas people closely contact with pigs. It is of great public health significance to clarify whether the pig is another potential host of MERS-CoV. The project aims to determine the binding characteristics of MERS-RBD to swine CD26 and whether the interaction between the two molecules can initiate MERS-CoV infection to pig. We also hope to illustrate the binding mode of MERS-RBD with swine CD26 by solving the complex structure. Finally, we aim to provide a theoretical basis for MERS-CoV prevention and control initiatives.

中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV) 是一种高病死率的冠状病毒，对世界公共卫生安全带来极大威胁。尽管已经有证据认为除了人以外，骆驼也是MERS-CoV的宿主，但是该病毒是否可以感染其它物种，目前尚不明确，这极大地限制了其防控措施的有效制定。前期工作中，我们解析了MERS-CoV S受体结合域（MERS-RBD）与人受体CD26的复合物结构，从分子层面阐明这一病毒与宿主的相互作用机制。目前实验结果首次表明MERS-RBD-mFc可以结合到猪CD26表达的细胞表面。由于我国是生猪养殖大国，且在农村地区猪与人密切接触。因而阐明猪是否是MERS-CoV的潜在宿主具有重大的公共卫生意义。本项目拟在蛋白、细胞以及假病毒水平确定MERS S蛋白与猪CD26结合可能性及其介导病毒感染的能力，并且通过复合物的结构解析揭示MERS-RBD与猪CD26的结合模式，为我国MERS-CoV的防控提供理论依据。

本项目需要回答的问题是：猪CD26（pCD26）结合MERS-CoV的分子基础；猪是否是MERS-CoV的潜在宿主；以及我国对MERS-CoV的防控政策的制定是否需要考虑“猪”的因素。围绕着这些问题，项目负责人开展了如下工作：蛋白相互作用检测结果表明MERS-RBD结合pCD26，亲和力在200 μM左右，同时MERS-RBD结合到表达pCD26的细胞表面。假病毒水平实验揭示，二者的结合引起MERS-CoV对pCD26表达细胞的感染。由于MERS-RBD与pCD26的低亲和力，项目负责人未获得高分辨率的晶体数据，但是解析了MERS-RBD与pCD26突变体PSVS的复合物结构，分辨率为3.2 Å。结构细节提示pCD26利用与hCD26相同的模式，结合MERS-RBD。并且通过比较两个复合物结构，发现导致pCD26与MERS-RBD低亲和力的因素并非是与MERS-RBD直接相互作用的氨基酸，而是周围氨基酸，例如影响二硫键形成的S339，以及影响关键氨基酸R336构象的Y285。随后，项目负责人进行了动物感染实验，发现猪可以被MERS-CoV感染，在口腔和鼻部有低水平的病毒增殖，个别猪出现短期的低水平的病毒血症。低龄猪体内产生MERS-CoV特异性IgG。病毒在10天左右时间内清除。因此，猪可以被MERS-CoV感染，并表现出有限增殖以及短期内可被清除的特点。考虑到冠状病毒高突变频率的特性，我们仍然需要对猪体内的冠状病毒进行持续监控。..同时，项目负责人根剧实验结果，希望通过制备转基因猪，建立MERS-CoV的感染模型。实验结果表明S339C转基因猪感染MERS-CoV的能力未获得提高，对CD26的人源化猪的易感性的评估仍在进行。项目负责人还将研究扩展到MERS-CoV的起源问题上，解析蝙蝠冠状病毒HKU5-CTD的结构，为MERS-CoV起源于蝙蝠冠状病毒再添结构证据。在研究病毒与受体结合的基础上，项目负责人探索病毒感染的疫苗与治疗药物的开发，综述了寨卡病毒治疗性抗体及其疫苗设计。..本项目研究成果包括Nature Microbiology, Journal of Virology, Virology 等SCI论文3篇，专利2篇，国际及国内学术报告5项，博士研究生毕业4人。