暨南大学等研究团队发现新冠病毒流行早期出现的V367F突变可显著增强病毒对人ACE2受体的亲和力从而增强感染性

近日，美国微生物学会官方期刊《Journal of Virology》在线正式发表了暨南大学张其威、张弓教授等研究人员关于新冠病毒的研究报告：《V367F mutation in SARS-CoV-2 spike RBD emerging during the early transmission phase enhances viral infectivity through increased human ACE2 receptor binding affinity》。该项研究利用分子动力学模拟、表面等离子共振（SPR）、酶联免疫吸附、假病毒感染等实验方法，证实了新冠肺炎疫情暴发早期，病毒刺突Spike蛋白受体结合域（RBD）出现的V367F突变，可以显著增强病毒对人ACE2受体的亲和力从而增强感染性。由于1月下旬该突变体已在香港和法国发现，该研究结论提出预警：V367F以及今后出现的其它突变可能会引起新冠疫情在全球的加速爆发。这项研究成果最早于2020年3月17日公布于预印本平台bioRxiv，已被引用近百次。

在新冠疫情爆发之初，人们普遍认为新冠病毒是一种获得感染人类能力的跨种传播的病毒。因此，在早期跨种传播到人类时，其决定病毒感染性和免疫逃逸能力的关键区域RBD尤为重要。在病毒传播早期出现的某些RBD突变是否改变了病毒对受体的亲和力和感染性，引起了全世界研究人员的兴趣。本项研究从2019年12月- 2020年3月新冠病毒传播早期收集到的并最终完成测序的SARS-CoV-2 32123个基因组中，鉴定出了302个RBD突变体，归属为96种突变型。对这些突变型开展了分子动力学模拟(MDS)分析，发现三种突变型对人ACE2受体的亲和力显著增强，其中的一种V367F突变体从2020年1月至今在香港、法国、英国、冰岛、荷兰、美国、大洋洲等地持续流行。V367F突变引起RBD -βsheet支架结构的稳定性增强从而导致病毒感染细胞能力的增强；酶联免疫吸附试验、表面等离子共振和假病毒试验进一步验证了预测结果（图1）。随后，Bloom团队研究人员发现该突变也可增加RBD蛋白的表达量(Cell 2020)，有利于病毒的生存和传播。

  图1：酶联免疫吸附试验、表面等离子体共振和假病毒试验验证V367F突变型可增强病毒对人ACE2受体的亲和力和对细胞的感染性。

通过计算分析还发现，与新冠病毒基因组同源性最高的云南蝙蝠冠状病毒RATG13与人ACE2受体亲和力很低，难以直接感染人类；而广东发现的穿山甲冠状病毒对人ACE2受体的亲和力显著提升，但KD值相比新冠病毒仍有较大差距（图2B，2C）。随后，高福院士团队在《Cell》上发表论文，对蝙蝠冠状病毒RATG13与人受体ACE2的亲和力大小通过表面等离子共振技术、细胞流式技术以及假病毒感染等实验也验证了本研究先前的发现（Cell 2021）。

  图2：蝙蝠冠状病毒RATG13、穿山甲冠状病毒以及4种突变型新冠病毒RBD与人ACE2受体的分子动力学模拟与结合自由能比较。

通过基因组进化分析，本研究发现，早期出现的V367F突变株在后续的持续流行过程中，可能与其他新冠病毒株发生了重组，例如早期出现的V367F突变株与后续出现的导致传染性增强的D614G突变株之间可能出现了基因组的重组，形成了双突变株（图3）。后续研究还发现，虽然目前V367F突变株处于低水平的流行，但观测到V367F突变株与后续欧洲流行的B.1.1.7突变株，南非B.1.351突变株,北美B.1.429突变株，巴西P.1突变株以及印度B.1.617突变株等多种传染性增强或者发生免疫逃逸的新冠突变株之间可能都发生了重组，暗示新冠病毒流行株之间易于发生基因组重组，可以通过多重增强型突变来增强病毒的感染性或者逃逸宿主免疫。

  图3：V367F突变株的基因组进化树-进化分支的跨越暗示V367F突变株与其他新冠病毒株之间可能发生了基因组重组。

暨南大学病原微生物研究院/广东省病毒学重点实验室的张其威教授、暨南大学生命科学技术学院的张弓教授为论文的共同通讯作者；南方医科大学公共卫生学院博士生欧俊贤、暨南大学生命科学技术学院博士生周仲华为论文共同第一作者。陆路和吴建国教授对该研究也提供了重要帮助。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金的支持。