拉力促进新冠病毒入侵的机制研究

目的2019年暴发的新冠病毒引起的新冠肺炎蔓延至全球。至今已造成上亿人的感染,百万人死亡。新冠病毒严重影响了人类的健康,乃至日常出行、工作、生活等方方面面。新冠病毒借助其表面的突刺蛋白(刺突)与人体细胞表面的血管紧张素转换酶2(angiotensin-converting enzyme 2,ACE2)相互作用,并最终实现病毒入侵人体细胞。普遍认为,新冠入侵可分为4个主要阶段:ACE2识别刺突;刺突顶端S1与底部S2结构域解离;暴露出的S2插入人体细胞膜;细胞膜与病毒衣壳的融合实现入侵。方法通过单分子实验及分子动力学计算的手段,进一步证明p N量级拉力可以增强刺突与ACE2相互作用,即加强ACE2识别刺突的能力,同时拉力还可促进刺突的S1与S2结构域解离。结果和结论本研究证明了对新冠入侵4个关键步骤的前两者都具有重要意义,并且力增强刺突-ACE2的效果并不存在于非典病毒的刺突蛋白中。然而病毒入侵过程,刺突与ACE2受力情况尚不清晰。通过能量方法,建立了理论模型定量计算病毒入侵过程中,刺突-ACE2受力变化规律。根据该模型,在接触区域的中心刺突-ACE2键施加压缩力,而边缘的键则承受0~30 p N范围内的拉力。结合单分子实验,证明机械力促进了SARS-Co V-2刺突对ACE2的识别,并加速了后续的尖刺构象改变。该结论为新冠传播更为广泛提供了一种可能的解释。