引起COVID-19的SARS-CoV-2病毒会导致严重的急性呼吸道综合征，这或许就与2019年出现的已知会引起轻度季节性感冒的其它冠状病毒形成了对比，同时还提出了一个问题，即为何一种冠状病毒对人类所产生的影响要比另外一种更为严重，近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“TMPRSS2 is a functional receptor for human coronavirus HKU1”的研究报告中，来自巴斯德研究所等机构的科学家们通过研究提供了部分答案，同时识别出了季节性冠状病毒HKU1进入人类细胞中的通道。 HKU1所结合的受体与SARS-CoV-2不同，这或许能部分解释两种冠状病毒严重程度的差异，受体能作为一种有用的方法来帮助阐明冠状病毒的传播和病理学特征，其能作为病毒进化监测工作的一部分。目前已知能感染人类的冠状病毒有7种，其中4种通常被认为致病性较为轻微，包括HKU1, 229E, NL63和OC43，另外三种具有较强的致病性，包括SARS-CoV-1, Mers-CoV和SARS-CoV-2。早在2005年，研究人员首次从来自香港的一名患有严重肺炎的老人身上分离到了HKU1，与SARS-CoV-2一样，HKU1主要会感染机体的上呼吸道细胞，然而，其很少会感染肺部的支气管和肺泡，HKU1病毒会引起感冒和其它轻微的呼吸道症状。同时患者也可能会出现并发症，包括严重的呼吸道感染，特别是在幼儿、老年人和免疫功能低下的个体中，据估计，有70%的儿童会在6岁之前发生感染，目前全球共有75%-95%的人群暴露过HKU1，这或许与其它季节性人类冠状病毒相当。 在细胞水平上，冠状病毒的刺突蛋白当与受体结合后会被切割或分裂成两半，这种分裂现象对于病毒的融合、进入和增殖至关重要，一些冠状病毒（比如SARS-CoV-2和NL63）能使用ACE2受体来作为进入细胞的门户，到目前为止，HKU1和OC43是唯一具有未知受体的冠状病毒。这项研究中，研究人员通过联合研究识别出了TMPRSS2酶类或能作为HKU1进入细胞的受体，一旦结合作用发生，TMPRSS2就会诱发HKU1与细胞发生融合，从而导致病毒感染，通过使用多种技术组合在体外和细胞培养物中进行试验，研究人员发现，TMPRSS2受体与HKU1刺突具有较高的亲和力，而SARS-CoV-2则不是这种情况。 研究者Olivier Schwartz说道，一旦识别出了病毒的受体，我们就有可能更加准确地表征靶细胞，同时也能更深入地了解病毒的进入、增殖机制以及感染的病理生理学特征；本文研究还揭示了冠状病毒所采用的多种进化策略，其能使用TMPRSS2与靶向细胞结合或诱发病毒与靶向细胞的融合以及病毒的进入。这些人类致病性病毒能使用不同的受体来影响其致病的严重程度，受体的水平在呼吸道细胞中也有所不同，从而就会影响细胞对感染和病毒传播的敏感性；一旦知晓病毒进入细胞的途径，研究人员就有可能通过开发靶向性疗法并评估未来任何新出现的冠状病毒所构成的毒力风险来更加有效地对抗感染。 与此同时，研究人员还开发并且揭示了一种纳米抗体，其能通过结合TMPRSS2受体来抑制HKU1的感染，这些制剂因其存在的潜在治疗性活性目前已经获得了相应的专利。综上，本文研究结果揭示了冠状病毒的多种进化策略，其或能利用TMPRSS2来直接结合靶向细胞或引导刺突进行病毒的膜融合及进入靶向细胞。 原始出处： Saunders, N., Fernandez, I., Planchais, C. et al. TMPRSS2 is a functional receptor for human coronavirus HKU1. Nature (2023). doi：10.1038/s41586-023-06761-7

近日，中国科学院微生物研究所高福研究团队与王奇慧研究团队 在Science Bulletin发表题为“Classification of five SARS-CoV-2 serotypes based on RBD antigenicities” 的研究论文，对新冠病毒的变异株进行了血清分型，为未来针对新冠病毒的多价广谱疫苗和抗体的设计提供了依据，为新冠病毒的预防和治疗提供了重要科学基础。 　　大量研究数据表明，随着时间推移，新冠病毒变异株之间的血清交叉中和越来越弱，表明其抗原性正在不断分化，可能已进化出多种血清型。病毒的血清型是设计广谱疫苗和抗体的关键依据，在HPV疫苗等多价疫苗的研究中发挥了重要作用。对新冠病毒进行血清分型一方面可以快速归类新变异株以评估其免疫逃逸能力，另一方面可以用于设计广谱的多价疫苗和抗体，达到广谱的预防和治疗效果。 　　研究者基于前期开发的mRNA疫苗设计与评估平台，以小鼠血清交叉中和的方法系统研究了23种具有代表性的新冠病毒毒株的RBD抗原性，并根据抗原性的相似性划分了5种血清型。其中，I型包含了Omicron出现之前的所有变异株，且根据抗原性特点可以进一步分为Ia和Ib两个亚型。II-V型则涵盖了处于不同进化阶段的多种Omicron亚型，包括BA.1，BA.2，BA.5和XBB等。基于不同血清型的抗原性数据（图1），即可方便的选取具有代表性的毒株作为抗原设计多价广谱疫苗和抗体，也可以对新型变异株进行归类以快速评估其免疫逃逸能力。 　　中国科学院微生物研究所与山西农业大学联合培养的博士生胡世雄、微生物所与云南大学联合培养硕士生吴春丽、北京大学博士生吴鑫凯为论文共同第一作者，微生物所高福院士、王奇慧研究员、杜沛副研究员，以及北京大学陆剑教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院等相关项目的经费支持。 　　论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927323006837

日前，中国科学院微生物研究所毕玉海研究团队和上海交通大学医学院附属瑞金医院王计秋团队合作构建hACE2糖尿病小鼠、肥胖小鼠模型，研究SARS-CoV-2对两种模型的感染致病特征，探索SARS-CoV-2对糖尿病患者的可能感染致病机制及抗凝治疗（肝素）的治疗效果，研究成果在线发表于《Zoological Research》（Anti-infection effects of heparin on SARS-CoV-2 in a diabetic mouse model）。该研究提示了低分子肝素和胰岛素联合用药在抗SARS-CoV-2感染糖尿病小鼠过程中发挥保护作用，为具有糖尿病基础病的新冠肺炎患者的治疗提供了科学依据。 　　糖尿病和肥胖患者在感染新型冠状病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2）后往往出现更为严重的临床症状，且预后较差。研究团队利用K18-hACE2转基因（hACE2Tg）小鼠模型（可感染新冠病毒），结合基因修饰、高脂饲料诱导方法分别构建了糖尿病小鼠（hACE2-Lepr-/-）及高脂饮食（HFD）诱导肥胖小鼠（hACE2-HFD）模型。在ABSL-3实验室，通过滴鼻感染SARS-CoV-2病毒，发现hACE2Tg小鼠在正常饮食、高脂诱导肥胖条件下对 SARS-CoV-2的易感性相似。但是与hACE2-Lepr+/+小鼠相比，hACE2-Lepr-/-小鼠表现出更严重的肺损伤，包括炎症因子、缺氧诱导因子1α（hypoxia-inducible factor-1α, HIF-1α）表达增加，细胞凋亡增强。 　　研究人员以hACE2-Lepr-/-作为动物感染模型，对hACE2-Lepr-/-小鼠在鼻内感染SARS-CoV-2病毒之前，先经皮下注射低剂量（1 mg/kg）和高剂量（5 mg/kg）的低分子肝素 （low-molecular-weight heparin, LMWH），每日持续给药直至小鼠安乐死。结果发现，高剂量LMWH与胰岛素联合治疗后可有效减少糖尿病小鼠的疾病进展和严重程度，减轻肺部病理变化和炎症反应。可见，较高剂量的LMWH联合胰岛素可能是治疗患有糖尿病的新冠感染患者的一种有价值的治疗方法。 　　中国科学院微生物研究所助理研究员张宁、上海交通大学医学院附属瑞金医院博士研究生章钟允、中国疾病预防控制中心实验动物中心研究员卢选成为该论文的共同第一作者。中国科学院微生物研究所毕玉海研究员及上海交通大学医学院附属瑞金医院王计秋教授为该论文通讯作者。高福院士、宁光院士、刘文军研究员参与指导相关工作的开展。本研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（XDB29010102）、国家自然科学基金（91957124、32041010）、国家病原微生物资源库（NPRC-32）和中国科学院青年创新促进会（Y2021034）等项目资助。 　　原文链接：https://www.zoores.ac.cn/article/doi/10.24272/j.issn.2095-8137.2023.108

近日，荷兰伊拉斯姆斯大学医学中心潘秋卫团队在 Nature Microbiology 上发表了题为：Mpox virus infection and drug treatment modelled in human skin organoids 的研究论文。   该研究构建了人诱导多能干细胞（hiPSC）来源的皮肤类器官，该皮肤类器官易受猴痘病毒感染，并支持传染性猴痘病毒的产生。该研究进一步发现了猴痘病毒感染会重塑宿主细胞转录组，并触发大量病毒转录本表达。该研究还发现，FDA批准的天花治疗药物Tecovirimat（正痘病毒VP37包膜蛋白的抑制剂）能够抑制传染性猴痘病毒的产生，并防止感染导致的宿主转录组重塑。   总的来说，该研究建立了人类皮肤类器官作为研究猴痘病毒感染、绘制病毒-宿主相互作用和测试治疗药物的稳健实验模型。 潘秋卫，2004年本科毕业于西北民族大学，2007年硕士毕业于浙江理工大学。2012年博士毕业于荷兰伊拉斯姆斯大学医学中心，不久后在伊拉斯姆斯大学医学中心建立了自己的实验室。他的团队致力于病毒感染的转化研究，重点是戊型肝炎病毒、轮状病毒和诺如病毒。同时，他还建立了主要由肝炎病毒感染引起的肝癌的研究课题，旨在促进对病毒与宿主相互作用的理解，开发新的抗病毒疗法，并更好地了解肝炎病毒如何引起肝癌。   人诱导多能干细胞（hiPSC）来源的皮肤类器官能够重现人体皮肤的关键物理和生理特征。这些3D培养的类器官显示出一种多层结构，具有倒置的配置，这意味着，与活体皮肤相比，皮肤类器官的真皮与外部环境接触，而表皮则朝向类器官的中心。它们还具有多个皮肤附件，例如毛囊和皮脂腺。   而最近开发的利用气-液界面（ALI）培养系统，使皮肤类器官成熟的方式更接近于人类皮肤生理。在这个系统中，皮肤类器官被解剖，然后在胶原涂层的Transwell上生长，这样真皮层与培养基接触，而表皮暴露在空气中。   在这项研究中，研究团队探讨了人诱导多能干细胞（hiPSC）来源的皮肤类器官是否可能提供一个稳健的模型系统，用于研究猴痘病毒在皮肤中的发病机制和测试抗病毒药物。   研究团队发现，hiPSC来源的皮肤类器官支持猴痘病毒的有效感染，感染导致了大量猴痘病毒转录本的表达，并影响了宿主转录组。使用FDA批准的天花治疗药物Tecovirimat（正痘病毒VP37包膜蛋白的抑制剂），能够抑制感染性猴痘病毒颗粒的产生，显示了该皮肤类器官模型系统在研究病毒-宿主相互作用和测试抗病毒药物方面的潜力。  

在一项新的研究中，来自荷兰乌特勒支大学的研究人员发现了冠状病毒刺突蛋白被激活后进入宿主细胞的复杂机制。他们利用功能强大的显微镜和计算机模拟，揭示了一种微小的糖分子---称为唾液酸聚糖（sialoglycan）---如何与人类冠状病毒刺突蛋白结合，并触发入侵宿主细胞所需的成分暴露。这些发现从根本上揭示了冠状病毒逃避宿主免疫系统并引发感染的复杂机制。相关研究结果于2023年10月4日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Sialoglycan binding triggers spike opening in a human coronavirus”。 冠状病毒刺突蛋白在病毒附着和进入我们的细胞中起着至关重要的作用。深入了解这些蛋白非常重要，因为它们是物种间传播的关键因素，也是中和抗体的主要靶标。 为了侵入宿主细胞并传递病毒基因组，冠状病毒刺突蛋白必须从封闭状态切换到开放状态。这就暴露了它的一个受体结合结构域，然后它就抓住了进入宿主细胞所需的蛋白受体。对于最臭名昭著的冠状病毒，即导致 SARS、MERS 和 COVID-19 的冠状病毒，刺突蛋白可以在这两种状态之间自由切换。然而，其他人类和动物冠状病毒的刺突蛋白只能在封闭状态下被观察到。 这使人们想到，大多数冠状病毒刺突蛋白可能不会在两种状态之间随意切换，而是可能有特定的生物线索触发它们开放。论文共同通讯作者、乌特勒支大学兽医学院病毒学系的Daniel Hurdiss说，“冠状病毒的附着可能比目前所了解的更为复杂。” 为了研究这个长期存在的难题，Hurdiss和另一名论文共同通讯作者、乌特勒支大学兽医学院病毒学系的Raoul de Groot重点研究了人类冠状病毒HKU1的刺突蛋白。据估计，四种常见的感冒冠状病毒（HKU1、OC43、NL63 和 229E）共同导致每年 15% 至 30% 的呼吸道感染。 以前的研究已表明HKU1刺突蛋白主要依赖于与特定糖分子的结合，但其原因仍然不明。在这项新的研究中，这些作者发现这种糖分子结合会诱导刺突蛋白进入开放状态，并暴露出它的受体结合结构域，这是后续的细胞进入步骤所必需的。因此，他们发现了一种迄今为止科学界尚不知晓的生物分子机制。 Hurdiss 说，“这是一种微调的糖分子开关。从这些病毒的角度来看，这是一种巧妙的方法，可以将自己的致命弱点---受体结合结构域---隐藏起来，直到最合适的时机出现。我们的发现为冠状病毒的附着描绘了一幅更为复杂的图景，两种受体的使用有可能成为它们的免疫逃逸的一种手段。” 一连串构象变化 论文第一作者、乌得勒支大学理学院的Matti Pronker就像把电影胶片从一个个画面拼接起来一样，对HKU1刺突蛋白的每种构象进行建模，并推断出这种糖分子结合诱发的一系列事件。他们与乌特勒支大学兽医系的Robert Creutznacher和Biognos AB公司的计算化学家Martin Frank合作，解释了一个微小的糖分子如何在这种相对巨大的大分子复合物中引起一连串的构象变化。 Pronker 说，“这就像蝴蝶效应。”De Groot说，“看到由糖分子结合引起的微小和局部构象变化如何引发更大的结构域运动并最终导致刺突蛋白进入开放状态，这很有意思。多年来对冠状病毒与糖分子相互作用的研究在这项新的研究中达到了顶峰。” “我们的研究结果表明，冠状病毒可能依赖于多种受体的使用，与基于糖或蛋白质的启动受体（priming receptor）结合作为激活刺突蛋白以完成后续的细胞附着和进入步骤的生物线索。我们将继续研究冠状病毒如何与宿主细胞结合并进入宿主细胞。这类研究对于了解病毒-宿主相互作用、人畜共患病的传播以及开发有效的对策都非常重要。” 参考资料： 1. Matti F. Pronker et al. Sialoglycan binding triggers spike opening in a human coronavirus. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06599-z. 2. Revealing the ‘sweet secrets’ of coronavirus cell entry https://www.uu.nl/en/news/revealing-the-sweet-secrets-of-coronavirus-cell-entry