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SARS与2019-nCoV-2相似点与差异

由新型冠状病毒(2019-nCoV-2)引起的肺炎(COVID-19)疫情已在全球范围内造成了巨大的影响。此次疫情让人联想到2003年由SARS病毒引起的疫情,通过2019-nCoV-2与SARS病毒相似点与差异的分析,对于疫情的防控与治疗能够起到积极的作用。本文主要对2019-nCoV-2与SARS的相似点与差异做一介绍。

SARS与2019-nCoV-2相似点

SARS与2019-nCoV-2同属于人感染性冠状病毒,呈圆形,为单股正链RNA病毒。结构上具有相似性,都分为两大组成部分:复制酶编码区和结构蛋白编码区。复制酶编码区主要表达编码两个大基因,ORF1a和ORF1b,它们编码16个非结构蛋白(nsp1-nsp16),在整个冠状病毒中高度保守结构蛋白编码区主要编码冠状病毒四个结构蛋白:刺突糖蛋白(Spike Protein,S),是受体结合位点;包膜糖蛋白(Envelope Protein,E),帮助病毒进入宿主细胞;膜糖蛋白(Membrane glycoprotein,M),负责营养物质的跨膜运输、新生病毒的出芽释放;核衣壳蛋白(Nucleocapsid protein,N),保护RNA的稳定性(见下图)。

冠状病毒基因

尽管2019-nCoV的S蛋白相较于SARS-CoV有4个氨基酸的变异,但这两种病毒在结构上以及进入人体分子反应通路的机制上都非常类似,通过S蛋白的S1亚基与ACE2结合,促使病毒进入宿主细胞,随后暴露病毒RNA,翻译出病毒RNA复制酶,形成RNA复制酶-转录酶复合物。这种复合物通过复制和转录来形成RNA负链,在转录过程中,通过不连续转录产生7-9个RNA的子集,包括编码所有结构蛋白的RNA,翻译成病毒的结构蛋白。细胞质中的RNA和结构蛋白组装成新的病毒颗粒,经胞吐作用从被感染的细胞中释放出来,以感染新的细胞。

SARS病毒生命周期

SARS病毒生命周期

SARS与2019-nCoV都需要对患者隔离,全民防护;无特效治疗方法,均为对症治疗。从它们引发的症状来看,这两种病毒均会引起发热和呼吸道症状。

SARS与2019-nCoV-2之间的差异

遗传学差异(基因组/氨基酸水平)

2月7日发表在《细胞宿主与微生物》(Cell Host&Microbe)上的一项研究中, 研究人员注释了三个2019-nCoV基因组,并分析了2019-nCoV基因组与严重急性呼吸综合征(SARS)冠状病毒基因组相比的差异。

2019-nCoV 基因组注释拥有14个ORFs(开放阅读框),编码27种蛋白质。从全基因组水平来看,2019-nCoV与SARS-CoV具有79.5%的序列相似性,而与蝙蝠中的一些类SARS冠状病毒的相似性较高,超过90%。现有研究结果表明2019-nCoV原始宿主可能是蝙蝠,但病毒从蝙蝠传到人,这之间存在更多中间宿主,如SARS病毒的中间宿主是果子狸,MERS病毒的中间宿主是骆驼。

在氨基酸水平上,2019-nCoV与SARS-CoV非常相似,但也存在一些显著差异。例如,8a蛋白存在于SARS冠状病毒中,而在2019-nCoV中不存在;8b蛋白在SARS-CoV中是84个氨基酸,但在2019-nCoV中较长,为121个氨基酸;3b蛋白在SARS-CoV中为154个氨基酸,但在2019-nCoV中较短,只有22个氨基酸。造成该项差异的可能解释为:冠状病毒之间的结构蛋白都是高度保守的,而辅助蛋白通常是每个特定冠状病毒所特有的。

SARS和2019-nCoV基因上的差异

结合受体方面的差异

美国德克萨斯大学及国家过敏和传染研究所联合研究,利用冷冻电镜技术解析了2019-nCoV S蛋白的结构,并进一步利用表面等离子共振技术(SPR)分析了S蛋白与宿主细胞受体ACE2之间的亲和力,发现S蛋白与ACE2的亲和力是SARS-CoV 10-20倍(ACE2/2019-nCoV:KD为14.7 nM,ACE2/SARS-CoV:KD为325.8nM)。与SARS-CoV相比,2019-nCoV蛋白结构之间最大的差异是其各自“向下”构象中RBD位置之间的构象差异:处于“向下”构象的2019-nCoV中的RBD角度更靠近三聚体的中心部位;而SARS-CoV的RBD则与相邻原聚体的N末端域(NTD)紧贴着。

SARS及2019-nCoV与ACE2的亲和力测定

清华大学生命学院王新泉课题组和医学院张林琦课题组紧密合作,解析了2019-nCoV表面刺突糖蛋白受体结合区RBD与人受体ACE2蛋白复合物的晶体结构,准确定位出新冠病毒RBD和受体ACE2的相互作用位点。在该研究中,对ACE2与2019-nCoV、ACE2与 SARS-CoV RBD之间的结合亲和力测试也落在先前报道的相同范围内(〜10-60 nM),但这与最近报告的ACE2和2019-nCoV亲和力相较于ACE2/SARS-CoV增加了10-20倍的结果有所不同,可能是由于分析过程中使用的蛋白不同或其他一些未知原因所致。

SARS、2019-nCoV对比

  SARS 2019-nCoV
种属 Β-B冠状病毒 Β冠状病毒属
传染源及传播途径 中华菊头蝠及果子狸,空气飞沫传播 野生动物,可能为某种菊头蝠,存在人传人、医护人员感染。
受体 ACE2 ACE2
症状 发烧、畏寒,3-7天后出现咳嗽甚至呼吸困难,可能伴有低氧血症 发热发力、咳嗽、呼吸困难

参考文献:

1. Aiping Wu, Yousong Peng, Baoying Huang, et al. Genome Composition and Divergence of the Novel Coronavirus (2019-nCoV) Originating in China[J]. Cell Host & Microbe, 2020.

2. Wrapp D, Nianshuang W, Corbett K S. et al. Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation[J]. Nature, 2020.

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