近日，高致病性病毒與生物安全全國重點實驗室/武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/泰康生命醫(yī)學(xué)中心嚴(yán)歡團(tuán)隊在Nature Microbiology期刊發(fā)表了題為HKU25 clade MERS-related coronaviruses use ACE2 as a functional receptor的研究論文。該研究揭示了廣泛分布于歐亞大陸的HKU25相關(guān)MERS簇冠狀病毒（HKU25r-CoVs）能夠利用血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（ACE2）作為其功能性受體，而非過去所報道的MERS簇冠狀病毒受體二肽基肽酶4（DPP4）。嚴(yán)歡團(tuán)隊與華盛頓大學(xué)David Veesler團(tuán)隊合作，通過冷凍電鏡（cryo-EM）以及假病毒入侵等功能實驗，系統(tǒng)闡明了這類病毒在受體利用上的多樣性，揭示了其中部分病毒以類似HKU5的結(jié)合模式識別ACE2作為受體，其受體結(jié)合域（RBD）可能具有共同的進(jìn)化起源。這些發(fā)現(xiàn)顯示了MERS簇冠狀病毒受體使用的多樣性與復(fù)雜性，深化了我們對冠狀病毒受體的理解，為防范未來可能出現(xiàn)的流行病提供了科學(xué)依據(jù)。

HKU25相關(guān)冠狀病毒隸屬于Betacoronavirus cameli（MERSr-CoV），主要分布于亞歐大陸的多種蝙蝠宿主中。研究人員基于公共數(shù)據(jù)庫獲取了152條非冗余的MERSr-CoVs刺突蛋白序列進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育分析，選擇29個代表性毒株構(gòu)建了基于受體結(jié)合域（RBD）及全基因組的進(jìn)化樹。結(jié)果顯示，HKU25相關(guān)冠狀病毒RBD序列與MERS-CoV及HKU4等病毒差異顯著，但與HKU5相關(guān)冠狀病毒關(guān)系相近，氨基酸相似性達(dá)62–73% （圖1）。此外，在24個參與ACE2相互作用的HKU5-RBD殘基中，多達(dá)15個作用位點在HKU25相關(guān)冠狀病毒RBD中是保守的，表明HKU25相關(guān)冠狀病毒可能使用ACE2。值得注意的是，EjCoV-3等代表性毒株在S1區(qū)域顯示出重組跡象，提示重組事件可能驅(qū)動了MERS簇病毒受體偏好的轉(zhuǎn)變。

圖1 HKU25相關(guān)冠狀病毒的地理分布與序列分析

盡管過去人們曾報道HKU25相關(guān)冠狀病毒依賴DPP4作為細(xì)胞入侵受體，但這類病毒序列的多樣性及結(jié)構(gòu)證據(jù)的缺乏提示其可能使用其他受體。研究團(tuán)隊構(gòu)建了RBD-hFc融合蛋白及VSV假病毒系統(tǒng)，系統(tǒng)評估了來自59種蝙蝠和54種非蝙蝠哺乳動物的113個ACE2同源物的功能。實驗結(jié)果表明，多數(shù)HKU25病毒（如HsItaly2011和VsCoV-a7）結(jié)合ACE2而非DPP4，且對部分蝙蝠、偶蹄類和嚙齒類動物ACE2表現(xiàn)出高效識別能力（圖2）。其中，EjCoV-3顯示出廣泛的ACE2識別譜，能夠識別包括人類ACE2（hACE2）在內(nèi)的多種哺乳動物ACE2，而其他一些毒株似乎不能使用任何所測試的ACE2。這一發(fā)現(xiàn)與此前論文中關(guān)于該類病毒依賴DPP4的報道相悖，顯示了ACE2在多種MERS簇冠狀病毒受體使用中的多樣性與復(fù)雜性。

圖2：HKU25相關(guān)冠狀病毒的多物種ACE2識別譜

為闡明HKU25相關(guān)冠狀病毒識別ACE2的分子基礎(chǔ)，研究人員利用冷凍電鏡技術(shù)解析了HsItaly2011 RBD與大鼠ACE2、VsCoV-a7 RBD與大棕蝠（E.fus）ACE2的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)分析顯示，這些病毒以類似HKU5的結(jié)合模式識別ACE2，但其結(jié)合界面發(fā)生重塑，表現(xiàn)為插入-刪除（indel）突變類型及關(guān)鍵殘基的替換（圖3）。盡管HKU25相關(guān)冠狀病毒與HKU5識別ACE2的基本框架相似，它們幾乎無法識別HKU5宿主東亞家蝠（P.abr）的ACE2, 這表明相互作用界面已發(fā)生變化以適應(yīng)不同宿主的ACE2。

圖3：HKU25相關(guān)冠狀病毒RBD與大鼠或蝙蝠ACE2相互作用的復(fù)合體結(jié)構(gòu)

研究進(jìn)一步確定了HKU25相關(guān)冠狀病毒宿主趨向的決定因子。通過構(gòu)建嵌合ACE2及定點突變體，發(fā)現(xiàn)ACE2的第1–100和301–400區(qū)域是限制HKU25病毒結(jié)合的主要結(jié)構(gòu)域。通過精確定位發(fā)現(xiàn)hACE2的K26T/D30E雙突變可恢復(fù)部分HKU25相關(guān)冠狀病毒RBD蛋白的結(jié)合能力，而其他突變組合支持多種HKU25相關(guān)冠狀病毒RBD的結(jié)合。值得注意的是，糖基化位點如N90、N322和N329通常構(gòu)成物種特異性屏障，去除一般可增強病毒結(jié)合，而引入糖基化則大多產(chǎn)生抑制作用（圖4）。

圖4：ACE2糖基化影響HKU25相關(guān)冠狀病毒的種屬特異性識別

在抗病毒相關(guān)研究方面，研究結(jié)果提示HKU25相關(guān)冠狀病毒對廣譜中和抗體（如76E1）及靶向融合過程的多肽抑制劑（如EK1C4）敏感。此外，hACE2特異性抗體亦可有效阻斷假病毒的擴(kuò)增（圖5）。

圖5：廣譜中和抗體與多肽融合抑制劑可抑制HKU25相關(guān)冠狀病毒的假病毒入侵

綜上所述，該研究揭示了不同地理分布的MERS簇進(jìn)化分支可能獨立演化出不同的ACE2識別模式，加深了人們對冠狀病毒受體使用演化規(guī)律的理解，并凸顯ACE2在MERS簇冠狀病毒入侵與傳播中的重要地位，為未來新發(fā)傳染病的預(yù)測與防控提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。該成果是嚴(yán)歡團(tuán)隊在揭示NeoCoV （Nature, 2022），MOW15-22（Cell, 2025a），HKU5（Cell, 2025b；Cell, 2025c）等病毒受體使用的研究成果的基礎(chǔ)上在該研究方向上的又一重要進(jìn)展（圖6）。這些結(jié)果為疫苗設(shè)計與抗病毒策略開發(fā)提供了理論依據(jù)，并強調(diào)了進(jìn)一步加強蝙蝠源ACE2依賴的MERS簇病毒有關(guān)的前瞻性研究的重要性。

圖6: MERS簇冠狀病毒受體使用及其識別模式示意圖

武漢大學(xué)24級博士研究生劉晨和華盛頓大學(xué)的Young-Jun Park博士為該論文的共同第一作者；嚴(yán)歡教授和David Veesler教授為論文的共同通訊作者。

原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41564-025-02152-y