蝙蝠SARS样冠状病毒适应宿主受体分子的进化机制及其跨种感染的风险的研究

Chinese horseshoe bats harbor genetically diverse SARS-like coronavirus (SL-CoV) and their major differences are located in the receptor binding domain of S proteins (S-RBD). Some of the SL-CoV can use receptor homologues of SARS coronavirus, angiotensin converting enzyme (ACE2). We hypothesize that 1) the diversity of S proteins of SL-CoVs may be due to the ACE2 polymorphorism of bats; 2) Different SL-CoVs have different ability of interspecies infection. To test the hypothesis, we will target the SL-CoV strains which use ACE2 as receptor and investigate the binding ability between the S-RBD and ACE2 of different origins and infectivity of SL-CoVs carrying different S proteins, by using techniques such as co-immunoprecipitation, binding affinity test and reverse-genetic infectious clones. The aim of this study is to understand host receptor adaptation and the risk of interspecies infection of bat SARS-like coronaviruses.

中华菊头蝠携带遗传多样的SARS样冠状病毒（SL-CoV），这些病毒的主要差别位于S蛋白受体结合区(S-RBD)。其中的一些病毒可以利用SARS病毒的同源受体：血管紧张素转化酶II（ACE2）感染人和蝙蝠细胞。我们推测SL-CoV S-RBD多样性的产生可能与中华菊头蝠种内ACE2多态性相关，即应对宿主细胞受体的压力选择所致；而且这些病毒利用人ACE2的效率有所不同，即跨种感染的能力和风险不同。针对上述2个科学假设，本研究将聚焦于中华菊头蝠携带的、能够利用ACE2为受体的SL-CoV，利用免疫共沉淀、表面等离子共振以及感染性克隆等技术和方法，研究其S-RBD与人和中华菊头蝠ACE2的结合力以及携带不同S蛋白的重组病毒利用不同ACE2的效率，目的是阐明蝙蝠SL-CoV的遗传多样性与ACE2多态性之间的关系，揭示SL-CoV适应宿主受体分子进化的分子机制，评估SL-CoV跨种感染的风险。

中华菊头蝠是严重急性呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV）的自然宿主，携带遗传多样的SARS相关冠状病毒。这些病毒的主要差别位于S蛋白受体结合区（S-RBD），其中一部分病毒可以利用SARS-CoV的受体血管紧张素转移酶II（ACE2）入侵细胞。为了解析蝙蝠SARSr-CoV遗传多样性的产生机制，评估蝙蝠SARSr-CoV的跨种感染风险，本课题聚焦于中华菊头蝠携带的能够利用ACE2受体的SARSr-CoV，开展了病毒适应宿主受体分子的进化机制研究。本研究发现中华菊头蝠不同种群个体的 ACE2 基因具有多态性。细胞感染实验结果表明这些多态性的中华菊头蝠 ACE2 对携带不同 S 蛋白的蝙蝠SARSr-CoV具有不同的敏感性。蛋白相互作用实验结果显示，这种ACE2利用效率的差异是由不同 RBD 蛋白与 ACE2 蛋白之间亲和力的差异引起的。结构复合物模拟结果表明SARSr-CoV S蛋白与ACE2分子直接相互作用的某些关键氨基酸位点的变化是导致它们之间亲和力差异的主要原因。通过选择压力分析，我们发现S蛋白和ACE2接触界面的多个关键氨基酸位点处于正选择压力状态下，暗示在中华菊头蝠携带SARr-CoV的历史长河中，SARSr-CoV的S 蛋白与中华菊头蝠 ACE2受到来自对方的选择压力，处于一种长期的协同进化关系。这种类似军备竞赛的动态平衡可能是导致蝙蝠 SARSr-CoV的S 基因具有高度遗传多样性的原因之一。本研究为认识蝙蝠SARSr-CoV的进化规律和溢出风险提供了新的见解，研究结果说明，为了预防未来可能出现的由SARSr-CoV引起的传染病暴发，有必要对蝙蝠携带的SARSr-CoV进行持续的监测。