SARS-CoV2的S蛋白

SARS-CoV2的S蛋白

SARS-CoV2属于核糖病毒属，巢状病毒目，冠状病毒亚目，冠状病毒科，原冠状病毒亚科，β冠状病毒属。

SARS-CoV2有四个结构蛋白：S蛋白、包膜蛋白、膜蛋白和核衣壳蛋白。八个辅助蛋白：PRF3a、ORF3b、ORF6、ORF7a、ORF7b、ORF8a、ORF8b10。

SARS-CoV2一共有11个基因：ORF1ab、ORF2、ORF3a、ORF4、ORF5、ORF6、ORF7a、ORF7b、ORF8、ORF9、ORF10。其中ORF2编码S蛋白，ORF4编码包膜蛋白，ORF5编码膜蛋白，ORF9编码核衣壳蛋白。

冠状病毒有长约30Kb的RNA，由核衣壳包裹，形成由脂膜保护的螺旋核衣壳，病毒的蛋白，像S蛋白，膜蛋白，包膜蛋白都镶嵌在脂膜中。

一、包膜蛋白

冠状病毒的包膜蛋白是一个长度在76-109个氨基酸的下跨膜蛋白质，主要有一个短的氮末端氨基酸，一个α螺旋跨膜区域和一个羧基末端区。包膜蛋白在冠状病毒中以低拷贝的形式存在，但是在病毒感染细胞时，细胞内大量积累包膜蛋白，并且主要分布在宿主细胞的内质网和高尔基体之间，说明包膜蛋白主要参与病毒的出芽，形态发生和运输过程中，在细胞声明后期中发挥着巨大的作用。

膜蛋白

SARS病毒的膜蛋白是由ORF5基因编码，在病毒的组装中起着重要的作用，膜蛋白还可以诱导宿主细胞凋亡，和核衣壳蛋白相互作用，包裹病毒的RNA。

核衣壳蛋白

SARS的核衣壳蛋白是直接和病毒RNA结合的结构蛋白，SARS-CoV2的核衣壳蛋白可以拮抗体内产生抗病毒的RNAi反应，抑制细胞周期蛋白酶的活性，组织细胞进入细胞周期，以维持病毒在宿主细胞内的复制效率。SARS-CoV和SARS-CoV2的核衣壳蛋白具有极高的同源性。

S蛋白

S蛋白包含两个功能亚单位，S1负责和宿主细胞受体结合。S1亚基包含两个结构域，称为氮末端结构域(NTD)和碳末端结构域(CTD) 。S2负责膜融合在很多冠状病毒中，S蛋白的S1和S2亚基的边界并不清晰的区分，两者保持着非共价结合。S1亚单位主要有受体结合域，有助于膜锚定，识别受体。S2作用于膜融合区，负责融合状态的稳定。

SARS-CoV2 的S蛋白是裸露出来的，能够介导病毒进入宿主细胞，并且是中和抗体的识别目标，因此也是治疗感染和设计疫苗的主要关注点。S蛋白被氮连接的聚糖修饰，这对于S蛋白的正确折叠以及调节宿主细胞蛋白酶的活性和中和反应很重要。

SARS-CoV2和2003年爆发的SARS病毒结合人细胞ACE2的能力相似，都属于比较容易结合的病毒，因此，SARS-CoV2在人群中广泛的传播。另外SARS-CoV2的S蛋白的S1/S2结合位点有一个富林切割位点，这也是SARS-CoV2和其他冠状病毒的区别点。

SARS-CoV2的S蛋白和SARS的主要区别在于SARS-CoV2的S1和S2的边界处存在4个氨基酸（PRRA）的插入。对SARS-CoV2的S蛋白进行冷冻电镜分析表明：SARS-CoV2的S蛋白结构是一个160埃米的三聚体，横截面是三角形，和SARS相似。两者的S2蛋白有88%的同源性，因此，产生的抗体可能会对这两种病毒产生交叉反应。SARS-CoV2的S蛋白有22个氮连接的糖基化序列，SARS中有23个，在SARS-CoV2的氮链接糖基化序列中，有20个糖基化和SARS中保守。

SARS-CoV2的S蛋白除了能够结合细胞受体之外，宿主细胞酶切割S1/S2位点还是调节病毒向性和致病性的因素，通过S1亚基的除去，来允许S2蛋白的构像发生变化，进而导致宿主和病毒细胞膜的融合。

研究S蛋白的意义

用于疫苗的研制和抗体的筛选。S蛋白由于其主要作用在于介导病毒和宿主细胞的相互识别，诱导病毒进入宿主细胞，是病毒感染细胞的第一步。因此S蛋白是设计疫苗和筛选抗体的完美目标靶点。有人对SARS-CoV和MERS-CoV的研究也证实，针对S蛋白设计的疫苗可以有效地阻断病毒和宿主的结合，或者产生的抗体可以有效中和病毒感染。SARS-CoV2 的S蛋白在病毒侵入宿主细胞时发挥作用，所以针对S蛋白所设计的疫苗应该诱导抗体阻止病毒和宿主细胞的融合。

疫苗设计的难点

抗体依赖的增强反应（ADE现象）是指抗体的存在可能会使得病毒和宿主细胞的结合能力增强，或者增加病毒毒力的现象，是疫苗生产过程中的一个重大的阻碍。ADE现象又可以分为疫苗过敏反应（VAH）和内源性ADE现象。ADE现象发生的情况：疫苗诱导机体产生抗体，这些抗体可能和病毒结合，但是不会中和病毒。并且在临床上已经发现了SARS-CoV2 S蛋白的突变株。另外，SARS-CoV2和SARS-CoV之间S蛋白存在差异，这些差异也有可能会导致ADE现象。ADE 需要一个初始免疫事件，因此又称致敏反应，在登革热病毒中，有3种情况：（1）第一次感染登革热病毒；（2）少量抗体被动的传播给婴儿；（3）疫苗接种量不够，导致不完全保护免疫。因为SARS病毒感染的目标细胞不是骨髓细胞，理论上不会产生细胞因子风暴引起炎症反应，导致细胞组织的大范围损伤。VAH可能和机体产生非保护性抗体有关。