科学家对抗严重急性呼吸综合征冠状病毒2

        2019年底至今，新型冠状病毒(2019-nCoV)大规模感染，对人民的生活造成极大的影响，科学家们也积极的了解病毒的特性, 传播途径并寻求治愈方式。新型冠状病毒正式命名为严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）,说明与SARS病毒为近亲, 而导致的疾病称COVID-19，CO代表冠状（Corona），VI代表病毒（virus），D代表疾病（disease）。COVID-19与历史上流行过的严重急性呼吸综合征(SARS)和中东呼吸综合征(MERS)同为冠状病毒引起，病毒感染人类需有特定的受体进行传播，了解病毒的结合受体与交互作用方式，将有助于严重急性呼吸综合征冠状病毒2的药物开发。

        与其他冠状病毒一样，严重急性呼吸综合征冠状病毒2的基因组编码了刺突蛋白(Spike protein: S)、包膜蛋白(Envelope protein: E)、膜蛋白(Membrane glycoprotein: M)和核衣壳蛋白(Nucleocapsid protein: N)等结构蛋白，组装后的病毒颗粒如(图一)。刺突蛋白介导与宿主的受体结合和膜融合。核衣壳蛋白是冠状病毒含量最丰富且通常是高度保守的蛋白，也是一种高免疫原性的磷蛋白，通常在诊断测定中用作标记。

(图一)

        冠状病毒的刺突蛋白是由三个高度糖基化的第一型膜蛋白—刺突蛋白所组成，刺突蛋白在N端含有一个信号肽(signal peptide)，该信号肽使得刺突蛋白在内质网异位时被切割为细胞外结构域、跨膜结构域和胞质尾端，刺突蛋白可以分为两个功能不同的亚单元，S1是可溶性受体结合域(Receptor binding domain: RBD)，负责识别并与细胞表面的受体结合，被认为是冠状病毒与宿主细胞结合的主要决定因素(图二)；S2是膜锚定域，是结构中的「茎」，含有与宿主细胞膜融合所需的其他基本元素，推测具有一个融合肽(fusion peptide: FP)、两个七肽重复(heptad repeat: HR)区域，和一个C端跨膜结构域(图二)。

(图二)

        冠状病毒能够利用不同的细胞表面分子、蛋白质或碳水化合物作为受体，目前已知会感染人类呼吸道的七种冠状病毒与其受体如(表一)所示。

(表一)

        氨基肽酶N (aminopeptidase: APN)，也称为CD13，被认为可能是β冠状病毒的一种广泛受体，但后来又发现HCoV-NL63可以像β冠状病毒SARS-CoV一样，利用血管紧张素转化酶2 (angiotensin-converting enzyme 2: ACE2)进入细胞，有些属的冠状病毒，能够利用细胞表面的碳水化合物(如唾液酸: sialic acid)进入，此外，钙依赖性凝集素 (lectin)，例如树突状细胞特异性细胞间黏附分子3整合素(dendritic cell-specific intercellular adhesion
molecule-3-grabbing nonintegrin: DC-SIGN)也可以作为受体。

        冠状病毒进入宿主细胞涉及两个步骤，包括病毒和细胞受体结合与后续的膜融合，病毒-受体相互作用和宿主蛋白酶对于激活膜融合至关重要。通过S1-受体相互作用触发的S2融合域构型变化，导致将FP插入靶标细胞的细胞膜，接着HR1和HR2域结合形成六螺旋束的融合核心，S2亚单元内不同结构域之间的合作，吸引了病毒包膜与靶标细胞紧密贴合，从而实现膜融合，将病毒基因组释放到宿主的细胞质中(图三)。病毒与受体结合后启动病毒进入宿主的步骤，这是冠状病毒控制向性特异性的第一种策略，刺突-受体相互作用是高度特异性的，在受体结合域或受体上的受体结合界面发生细微的氨基酸变化，都可能会破坏病毒-受体相互作用。

(图三)

        激活酶融合的蛋白酶也可能导致病毒的发病机理，猪呼吸道冠状病毒(PEDV)偏好在充满蛋白酶的猪肠上皮中复制。另外，在非洲绿猴肾上皮细胞(Vero)中表达跨膜蛋白酶丝氨酸2 (TMPRSS2)，可激活S融合蛋白来增强病毒进入，SARS-CoV的病患体内也被发现细胞中TMPRSS2的表达模型与肺上叶的感染相关，这表明胰蛋白酶和TMPRSS2可能是冠状病毒对宿主向性和诱发病程的决定因素(图三)，已有尚在审查中的实验数据指出，严重急性呼吸综合征冠状病毒2可能通过与SARS-CoV相同的宿主受体ACE2和细胞蛋白酶TMPRSS2进入人类呼吸道上皮细胞。

        细胞焦亡(pyroptosis)是程序性细胞死亡的一种新型炎症形式，当宿主感测到感染时，会导致炎性小体活化，以及成孔蛋白gasdermin D的裂解，并伴随着细胞肿胀和破裂，促进炎性细胞因子IL-1β和IL-18释放，最后导致细胞焦亡。宿主介导的感染感测，包括NLRP1、NLRP3、NLRC4、NAIP、AIM2和Pyrin等炎症传感器(炎性小体)，识别PAMPs (来自病原体)和DAMPs (如: β-淀粉样蛋白或重金属)后，引发一系列事件，最终导致炎症和细胞死亡(图四)。根据尚在审查中的实验数据指出，感染严重急性呼吸综合征冠状病毒2的患者血清中IL-1β升高，猜测严重急性呼吸综合征冠状病毒2可能会通过激活NLRP3炎性小体，引起细胞焦亡，并参与感染患者的发病机制，但仍需要更进一步证实。

(图四)

        冠状病毒的进入始于刺突蛋白与细胞表面靶标受体的结合，细胞膜融合后才将病毒遗传物质送入细胞(图五)，因此刺突蛋白和受体常被当作开发中和抗体或是疫苗的靶标，如能阻止冠状病毒表面的刺突蛋白与受感染细胞上的受体结合，就能够防止病毒进入细胞，可能的策略有外加刺突蛋白的受体结合域去与宿主受体结合，或是使用宿主受体的中和抗体，因此没有能用的宿主受体让病毒结合，也可以直接使用宿主受体的细胞外域作为诱饵与刺突蛋白结合，直接靶向冠状病毒病毒体如(图五)。

(图五)

        目前尚未有疫苗可用来预防冠状病毒感染，因严重急性呼吸综合征冠状病毒2有包膜，可以用70-75%酒精做为个人或家庭的消毒，也可以用稀释的漂白水做环境的消毒，从流行病学信息来看，严重急性呼吸综合征冠状病毒2藉由近距离飞沫、直接或间接接触感染者的口鼻分泌物传染，勤用酒精消毒以及用肥皂洗手，必要时佩戴外科口罩，尽量避免出入人潮拥挤、空气不流通的公共场所，避免接触野生动物与禽类，并避免食用生食或未煮熟的动物制品，将有助于防堵疫情。