自2019年底新冠病毒(SARS-CoV-2)爆发以来,全球公共卫生面临了严峻挑战。该病毒通过其刺突蛋白(S蛋白)与宿主细胞的ACE2(血管紧张素转换酶2)受体结合,从而实现感染。这一过程涉及复杂的膜融合机制,从ACE2受体的初步结合到S1亚单位的脱落,最终形成六螺旋束(6-HB)结构,促进病毒与宿主细胞膜的融合。
然而,S蛋白在ACE2结合与S1脱落之间所处的早期融合中间态(E-FIC)的结构和功能特性尚未明确,这一知识盲点在抗病毒药物开发中显得尤为关键。对此,复旦大学邢立晓研究小组在《Cell》期刊上发表的研究“Early Fusion Intermediate of ACE2-Using Coronavirus Spike Acting as an Antiviral Target”对ACE2依赖性冠状病毒S蛋白的早期融合中间态进行了系统解析,揭示了其作为抗病毒靶点的潜力,为新的抗病毒策略的开发提供了重要依据。
研究团队采用低温电子显微镜(Cryo-EM)技术,成功解析了ACE2诱导下S蛋白早期融合中间态(E-FIC-S-ACE2复合物)的结构,发现S蛋白在ACE2诱导下形成独特构象,暴露出在膜融合中起关键作用的HR1结构域,显示出其作为潜在抗病毒靶点的可能性。HR1的暴露为未来设计融合抑制剂提供了重要的结构基础。
基于这一发现,研究小组设计了一种靶向HR1的蛋白分子ALSE,旨在特异性阻断病毒的融合过程。体外实验显示,ALSE对ACE2依赖性冠状病毒具有显著的抑制作用,而对非ACE2依赖性病毒则毫无影响,展现出其高特异性。这一发现进一步表明,E-FIC是新冠病毒感染过程中的独特靶点,而ALSE能够通过靶向HR1有效阻止病毒入侵。
研究还利用荧光聚焦实验验证了ALSE对真实冠状病毒的抑制和病毒颗粒灭活能力,显示出其可能的广谱抗病毒效果。此外,通过分析S2亚单位切割位点对ACE2诱导的HR1构象变化的影响,研究揭示了S蛋白融合构象转换的动态分子机制,确认了S2’位点切割是HR1暴露与膜融合的关键步骤。
尽管本研究取得了重要突破,但仍存在局限性,例如使用的S蛋白构建缺乏跨膜区域,限制了对完整融合过程的模拟。此外,高分辨率E-FIC-PG复合物的结构尚未获得,缺乏非人灵长类模型的验证,未来需要进一步优化实验设计。
ACE2作为一种广泛表达于人类肺、肾、心脏等组织的膜结合型金属蛋白酶,主要通过转化血管紧张素II(AngII)为血管紧张素1-7(Ang1-7)来调节生理过程。在冠状病毒感染中,ACE2通过与S蛋白的受体结合域(RBD)相互作用,参与病毒的细胞入侵过程,成为疫苗与抗病毒药物开发的关键靶点。
近年来,针对ACE2的研究主要集中在以下方向:中和抗体的开发、小分子抑制剂筛选、融合抑制剂的设计以及ACE2调控疗法的探索。然而,ACE2的双重角色(作为病毒受体和生理调节因子)使得其靶向药物设计需平衡抗病毒效果与潜在的生理副作用。
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