今日《细胞》揭示新冠病毒入侵细胞的关键

值得注意的是，这篇文章虽然已经得到了同行评议，并已被《细胞》接受，但还没有完成最终的校对工作，因此文中可能存在一些细节上的错误。《细胞》表示，之所以提前把这篇文章发表出来，是为了尽早让更多人看到其中的信息。点击文末“阅读原文/Read more”，即可访问该论文的在线版本。

让我们言归正传。新冠疫情爆发以来，科学家们做出了大量的研究工作，也揭示了新型冠状病毒在序列上与SARS病毒的相似性。因此，也有一些科学家们猜测，这些序列上的相似性，可能代表这两种冠状病毒入侵细胞的过程也很类似。

具体来看，冠状病毒的S蛋白是入侵细胞的“攻城锤”。其中，S1亚基能与细胞表面的受体结合，让病毒与细胞相连。同时，在蛋白酶的作用下，S蛋白的特定位点会被切开，促进病毒包膜与细胞膜的融合，从而让病毒进入细胞。

从过去的经验看，SARS病毒结合的是细胞表面的ACE2受体，而入侵细胞也需要一种叫做TMPRSS2的蛋白酶的作用。而考虑到新型冠状病毒与SARS病毒序列的相似性，很多人也猜测新冠病毒利用的同样是ACE2受体。事实上，最近的一些研究也提供了大量证据来支持这一说法，譬如新冠病毒的S蛋白与ACE2受体有很高的亲和力，两者结合的冷冻电镜结构也得到了解析。

▲相关阅读：今日《科学》：科学家揭示新冠病毒S蛋白高清结构，有望助力疫苗和诊疗技术开发（图片来源：Jason McLellan/Univ。 of Texas at Austin）

那么新型冠状病毒和SARS病毒，是否是使用同样的受体入侵细胞呢？研究人员们先做了一个很快的实验，用这两种病毒去感染一系列细胞。结果表明，这两种病毒能感染的细胞类型几乎完全一致，也暗示它们可能采用了类似的细胞受体。而后续的序列比对也发现，SARS病毒与ACE2受体结合的几个关键氨基酸，在新型冠状病毒中同样保守存在。而另一些不结合ACE2的冠状病毒，其受体结合域里的关键氨基酸，则没有出现在新冠病毒里。这些结果也支持新冠病毒能结合ACE2受体的观点。

接下来，则是一个关键的实验。研究人员们使用了一种特殊的细胞系，叫做BHK-21。通常情况下，它对SARS病毒和新型冠状病毒不敏感，这两种病毒也无法有效入侵BHK-21细胞。随后，科学家们分别在BHK-21细胞里表达了ACE2受体、DPP4受体（MERS病毒使用的受体）、以及APN（另外一种不严重的冠状病毒结合的受体）。结果表明，只有在表达ACE2受体的情况下，新型冠状病毒和SARS病毒才能有效入侵BHK-21细胞。此外，抑制ACE2的血清，也能够抑制新型冠状病毒和SARS病毒入侵BHK-21细胞。这些结果有力地表明，ACE2受体正是新型冠状病毒入侵细胞所需结合的受体。

▲只有表达ACE2受体后，新冠病毒和SARS病毒才能入侵这些细胞（图片来源：参考资料[1]）

研究人员们的下一个问题，则是新冠病毒是否也像SARS病毒一样，使用类似的蛋白酶，来切开S蛋白，从而入侵细胞。对SARS病毒而言，CatB/L和TMPRSS2两种蛋白酶都可以起到协助病毒入侵的作用，而后者的作用更为关键。

在研究中，科学家们使用了一种不表达TMPRSS2的特殊细胞系，以单独评估CatB/L的作用。他们发现当抑制CatB/L的活性后，新冠病毒和SARS病毒都失去了入侵细胞的能力，表明CatB/L这种蛋白酶在新冠病毒入侵细胞的过程中也有着作用。

另一方面，研究人员们也评估了TMPRSS2这种蛋白酶的作用。他们发现一种叫做camostat mesylate的蛋白酶抑制剂可以有效抑制TMPRSS2的活性，并部分抑制新冠病毒入侵细胞。而如果将camostat mesylate与一种叫做E-64d的CatB/L抑制剂联用，可以完全抑制入侵细胞的过程。综合以上这些结果，研究人员们认为新冠病毒和SARS病毒一样，入侵细胞时，也同样需要CatB/L和TMPRSS2两种蛋白酶。

▲一些蛋白酶抑制剂能够在细胞实验中抑制新冠病毒进入细胞（图片来源：参考资料[1]）

研究人员们在论文的讨论环节里指出，能够抑制TMPRSS2活性的camostat mesylate已经在日本获批上市。尽管它被用于完全无关的适应症，但本研究里的一些发现依旧表明，它可能具有抗病毒的潜力，是一个潜在的治疗思路。我们期待科学家们在这个方向上继续探索，早日检验这一可行性。