《细胞》：让新冠病毒感染力强9倍的突变终于搞清楚了！科学家发现，D614G突变会使新冠病毒S蛋白“打开怀抱”，更容易结合ACE2
新冠病毒出世至今，所有人都非常关注的一个问题是，它会不会不断进化得更厉害？
不久之前，科学家注意到新冠病毒中的一个特殊的突变D614G，有该突变的毒株不仅迅速成为了目前流行的主流毒株，美国两家顶级研究机构更是证实，这种突变会使新冠病毒的感染能力暴增到未突变毒株的9倍。
那么这种突变到底给新冠带来了怎样的新能力，这是否又会影响到目前的疫苗研发呢？
9月15日，《细胞》杂志发表了一项新研究[1]，科学家们通过冷冻电镜揭示了新冠病毒D614G突变S蛋白的结构，发现D614G其实反而降低了S蛋白与ACE2的亲和力，但是突变之后的S蛋白表现出了更加开放的构象，更容易与ACE2结合。该论文的研究团队来自Broad研究所、赛默飞世尔科技、再生元制药。
那句歌词怎么唱的来着，D614G突变这是让S蛋白大门常打开，开放怀抱等ACE2呀~
D614G突变使得S蛋白开放构象占比升高，更容易与ACE2结合
自从新冠病毒出现，科学家们就一直在关注它的进化。根据GISAID截至6月25日的数据，我们已经发现了12379个单核苷酸多态性（SNPs），其中6077个只在数据库中出现过1次，亮相频繁的SNP则只有4个。
其中一个就是编码了S蛋白D614G突变的A23403G。
这种突变最早在2020年1月底出现。由于疫情早期缺乏测序数据，现在A23403G的地理起源已经不可考证，更值得我们关注的，D614G毒株以一种坐火箭般的速度占领了人类世界。目前报告的所有数据中，D614G突变占比74%，近期测得的数据更是显示它已经传遍全球。
D614G突变毒株迅速占领主流
D614G如此大的威力，无疑得益于它更强的感染能力。
研究者用假病毒感染了不同的人类细胞，测得数据显示，D614G突变毒株感染Calu-3人肺上皮细胞的能力增强了6倍，感染Caco-2结肠上皮细胞能力提高了4倍，而对表达外源ACE2和TMPRSS2的HEK-293细胞核SupT1细胞，D614G突变毒株的感染能力更是增长到了未突变毒株的9倍，与之前的研究数据一致。
研究者还用其他哺乳动物细胞进行了测试，比如中华菊头蝠、马来亚穿山甲、家猫、狗，结果显示D614G突变同样可以增加感染性，说明它的作用不是特异针对人类的。
针对各种人类细胞，D614G都提升了新冠病毒的感染能力
但是，实验数据显示，D614G的存在并不影响到S蛋白的生产、加工以及组装成病毒颗粒。显然它的作用发挥在病毒进入靶细胞期间。
那么是D614G使S蛋白结合ACE2的能力增强了？
好像也不是这么回事。
研究者发现，在25℃下，D614G突变S蛋白与ACE2结合速率其实和未突变的差别不大，但是二者的分离速度却快了4倍，从结果来说，D614G突变S蛋白与ACE2的亲和力反而是降低了5.7倍；在37℃下，D614G突变S蛋白与ACE2的结合进一步降低，解离更快，二者亲和力再次下降到之前的1/5。
D614G使S蛋白结合ACE2的亲和力不升反降
那就说不通了啊！
研究者决定动用大杀器，低温冷冻电镜（cryo-EM）来彻彻底底地看一看，D614G到底带来了什么改变。
这里我们先来了解一下关键的D614G到底在哪里。
S蛋白在自然情况下结合成三聚体，我们可以把它们看作三片花瓣，S蛋白与ACE2结合的关键区域RBD则位于花心。这三片花瓣其实可以独立地展开或闭合。根据此前的研究，想要结合ACE2，开放构象是必须的，因为在封闭构象下，RBD是不能完全暴露的。
S蛋白由S1、S2两个亚基组成，D614G位于S1上。
S蛋白的三个原聚体可以独立闭合或展开
通过冷冻电镜，研究者们发现，原来D614的位置正好在两个原聚体的交界处，它的侧链会与相邻原聚体的T859侧链形成一个氢键。也就是说本来的D614就像个门闩，把两个原聚体叉在一起了，而D614G突变就刚好把门闩松了，造成“大门常打开”的局面。
当研究者把D614G的S1亚基与正常封闭构象的S1对比，发现NTD和INT两个原聚体分别向外移动了6 Å和4 Å；与开放构象对比，NTD原聚体也向外移动了3 Å，显然，“花朵开放了”。
进一步研究的发现就更有趣了。
研究者对D614G突变S蛋白的构象和未突变S蛋白的构象进行了分类，发现未突变蛋白基本只有两种构象，全封闭构象和一瓣打开的开放构象；而D614G突变蛋白能够分类成四种构象，从全封闭构象到三瓣“花瓣”全部打开全开放构象。
再看比例，D614G突变中仅有5%的S蛋白是全封闭构象，36%有一个原聚体展开，39%两个原聚体展开，20%则是全开放构象。
怪不得D614G突变会增强新冠病毒的感染力呢！
D614G突变会使得S蛋白中开放构象比例增加
这就得问一句了，D614G如此厉害，会不会耽误我们新药的研发啊！
幸运的是，研究者们测试了四种针对S蛋白RBD的全人源单克隆抗体，发现这些已经进入临床研究的单抗对D614G和未突变蛋白的中和效力是相似的，也就是说D614G很大可能性并不会影响当前的疫苗研发。
参考资料：
[1]https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)31229-0#%20
本文作者 | 代丝雨