前几天，中国国家疾控中心等研究机构联合发表的近九千例新冠肺炎（COVID-19）确诊病例和疑似病例数据显示，新冠肺炎的基本传染数R0则高达3.77[1]。
显然，单从传染能力上来说，这次的新型冠状病毒（SARS-CoV-2）要比SARS病毒（R0：0.85-3）强的多。
既然新型冠状病毒与SARS病毒都是依赖病毒表面的S蛋白与细胞表面的血管紧张素转换酶2（ACE2）结合，才得以进入细胞，那新型冠状病毒的传染性为什么比SARS病毒强呢？
▲ 新冠病毒图（图源：NIAID-RML）
美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Jason S. McLellan团队，今天在预印版平台bioRxiv上发表研究论文[2]，给了我们一个可能的解释。
McLellan团队的研究人员利用冷冻电镜技术解析了新型冠状病毒的S蛋白结构，还利用表面等离子共振技术（SPR）分析了S蛋白与ACE2的亲和力。
他们发现，ACE2蛋白与新型冠状病毒的亲和力竟是SARS病毒的10到20倍，而不是之前的比SARS病毒弱。这也解释了为什么新冠病毒的传染性如此之强。
德克萨斯大学奥斯汀分校的Daniel Wrapp和王年爽博士，是本论文的并列第一作者。
▲ 从左到右：Daniel Wrapp，Jason McLellan和王年爽（图源：mclellanlab.org）
在新冠肺炎疫情爆发之后没多久，中国科学院上海巴斯德研究所[3]和武汉病毒研究所[4]的科学家先后分别发现：新型冠状病毒和SARS病毒一样，也是通过利用S蛋白结合人体细胞表面的ACE2蛋白进入细胞的，只不过二者的S蛋白同源性比较低，只有76.47%。
上海巴斯德研究所的科学家还通过计算机模型，评估了新型冠状病毒和SARS病毒的S蛋白与人类ACE2分子相互作用的能力。结果发现，虽然新型冠状病毒的S蛋白与ACE2之间的作用力低于SARS病毒，但是仍然非常强大。
1月底，国家疾控中心团队在《新英格兰医学杂志》上发表研究论文，基于425名患者流行病学数据，他们得出新冠肺炎的R0值2.2[5]，与前面的研究结果基本相吻合。
不过，随着疫情的蔓延，新冠肺炎表现出的传染性明显强于SARS。本周二，中国团队基于更大规模的数据评估的R0值3.77，基本明确了新冠肺炎的传染性强于SARS。
▲ 新冠病毒图（图源：NIAID-RML）
McLellan是研究病毒的专家，在MERS和埃博拉等病毒的结构方面做了很多非常重要的工作。
在McLellan团队的研究人员看来，新型冠状病毒感染人体细胞的关键在于S蛋白与ACE2蛋白的结合，搞清楚新型冠状病毒S蛋白的结构，以及它与ACE2之间的相互作用，或许就能搞清楚为什么新冠肺炎的传染性比SARS强。
▲ McLellan
为了解析新型冠状病毒的S蛋白的结构，McLellan团队的研究人员首先根据已经公开的基因组序列，合成并纯化了新型冠状病毒S蛋白的膜外部分。然后用冷冻电镜给纯化的S蛋白拍了3207张照片，经过3D重建，获得了分辨率为3.5 Å的S蛋白三聚体结构。
▲ 新冠病毒S蛋白的结构
通过与SARS病毒的结构比较，研究人员发现新型冠状病毒的S蛋白与SARS病毒的在结构上存在差异，但是整体上看相似度很高。从S蛋白的三聚体来看，新型冠状病毒的三聚体更容易与细胞表面的ACE2蛋白结合。
▲ 新冠病毒和SARS病毒结构的比较
让McLellan和他的同事感到吃惊的是，通过表面等离子共振技术（SPR）分析得到的结果。新型冠状病毒S蛋白与ACE2的平衡解离常数KD是15 nM，而SARS病毒S蛋白与ACE2的平衡解离常数KD竟然达到了325.8 nM。
我们都知道，KD值越大说明解离越多，S蛋白与ACE2的亲和力越弱。经过计算，新型冠状病毒S蛋白与ACE2的亲和力，是SARS病毒S蛋白与ACE2之间亲和力10倍，甚至20倍。
基于此，研究人员认为，可能正是新型冠状病毒S蛋白与ACE2的高亲和力，让新冠肺炎在人与人之间传播变得容易。当然，还需要进一步研究确认这个结论。
▲ 新冠病毒（上）和SARS病毒（下）的S蛋白与ACE2的亲和力比较
总之，McLellan团队基于冷冻电镜，以较高的分辨率解析了新型冠状病毒S蛋白的结构，为后续疫苗和抗病毒药物的研发，提供了重要的结构生物学数据支撑。
还有个好消息是，据McLellan实验室透露，针对S蛋白的新冠肺炎疫苗，已经由本研究的参与者，美国国立卫生研究院疫苗研发中心的Barney Graham团队展开测试。
期待好消息传来。
参考资料：
[1].https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.02.10.20021675v1
[2].https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.02.11.944462v1
[3].http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-020-1637-5?slug=abstract
[4].https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.01.22.914952v2
[5].Li Q, Guan X, Wu P, et al. Early Transmission Dynamics in Wuhan, China, of Novel Coronavirus–Infected Pneumonia [J]. New England Journal of Medicine, 2020.
