新型冠狀病毒感染引發(fā)的肺炎疫情爆發(fā)后，武漢病毒研究所的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，新型冠狀病毒和2003年的SARS病毒一樣，也是通過識別ACE2蛋白進入人體細胞的，ACE2是“新冠病毒”侵入人體的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)，在SARS病毒和“新冠病毒”侵入人體的過程中，ACE2就像是“門把手”，病毒抓住它，從而打開了進入細胞的大門。

ACE2-B0AT1 復(fù)合物的冷凍電鏡密度圖

此前，曾有研究解析出ACE2的一個胞外結(jié)構(gòu)域與SARS病毒S蛋白形成的復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)。最近美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究團隊又展示了新冠病毒的S蛋白結(jié)構(gòu)。然而，ACE2到底在細胞膜上是以什么狀態(tài)存在？新冠病毒對比SARS病毒與ACE2結(jié)合有何異同？獲取ACE2的全長蛋白及其與S蛋白的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，將大大有助于解答上述疑問。

ACE2-B0AT1 復(fù)合物結(jié)構(gòu)圖

周強實驗室針對這個問題進行了攻堅。第一步，他們要獲取ACE2蛋白全長蛋白，但作為膜蛋白的ACE2本身很難在體外穩(wěn)定獲得。周強及博士后鄢仁鴻在文獻中發(fā)現(xiàn)ACE2與腸道內(nèi)的一個氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白B0AT1能夠形成復(fù)合物。根據(jù)他們過去的研究經(jīng)驗，這個復(fù)合物極有可能穩(wěn)定住ACE2。果然，他們通過共表達的方法獲得了ACE2與B0AT1優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的復(fù)合物，并利用西湖大學(xué)的冷凍電鏡平臺成功解析了其三維結(jié)構(gòu)，分辨率達到2.9埃，對于病毒識別至關(guān)重要的胞外結(jié)構(gòu)域分辨率為2.7埃。

ACE2-B0AT1 復(fù)合物和之前解析復(fù)合物（SARS-CoV的S蛋白與ACE2的PD結(jié)構(gòu)域的復(fù)合物）的比較，兩種復(fù)合物通過PD結(jié)構(gòu)域錨定在一起。

通過分析ACE2的全長蛋白結(jié)構(gòu)，周強實驗室發(fā)現(xiàn)ACE2以二聚體形式存在，同時具有開放和關(guān)閉兩種構(gòu)象變化，但兩種構(gòu)象均含有與冠狀病毒的相互識別界面。

這一研究發(fā)現(xiàn)為進一步解析全長ACE2和新冠病毒的S蛋白復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。而這個工作本身為理解新冠病毒侵染細胞提供了很多有趣的線索。

比如，ACE2的二聚體與新冠病毒S蛋白的三聚體是否可以發(fā)生更高層級的交聯(lián)，從而促進病毒與宿主細胞膜的融合或者內(nèi)吞？之前有研究表明ACE2的胞外區(qū)如果被切割，將會更有效地促進冠狀病毒的侵染，但是ACE2與B0AT1的復(fù)合物結(jié)構(gòu)顯示B0AT1的存在有可能阻礙蛋白酶靠近這個切割位點，這是否解釋了病毒侵染癥狀主要發(fā)生在沒有B0AT1的肺部？

這一系列通過結(jié)構(gòu)研究揭示的問題有待未來多學(xué)科探索。

“總體而言，ACE2全長結(jié)構(gòu)的解析，將有助于理解冠狀病毒進入靶細胞的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和功能特征，對發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化阻斷進入細胞的抑制劑有重要作用”，清華大學(xué)全球健康與傳染病研究中心主任張林琦教授說。

周強（右）和鄢仁鴻（左）

此文的第一作者為西湖大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后鄢仁鴻，通訊作者為西湖大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員周強。第一單位和通訊單位均為西湖大學(xué)浙江省結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究重點實驗室。本項工作得到了浙江省、杭州市相關(guān)部門及西湖區(qū)、西湖大學(xué)冷凍電鏡平臺和超算中心的大力支持。