Nat Microbiol | 嚴歡團隊揭示HKU25相關MERS簇冠狀病毒的受體使用

近日，高致病性病毒與生物安全全國重點實驗室/武漢大學生命科學學院/泰康生命醫學中心嚴歡團隊在Nature Microbiology期刊發表了題為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MERS簇冠狀病毒（HKU25r-CoVs）能夠利用血管緊張素轉換酶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）。嚴歡團隊與華盛頓大學David Veesler團隊合作，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的結合模式識別ACE2作為受體，其受體結合域（RBD）可能具有共同的進化起源。這些發現顯示了MERS簇冠狀病毒受體使用的多樣性與復雜性，深化了我們對冠狀病毒受體的理解，為防范未來可能出現的流行病提供了科學依據。

HKU25相關冠狀病毒隸屬于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據庫獲取了152條非冗余的MERSr-CoVs刺突蛋白序列進行了系統發育分析，選擇29個代表性毒株構建了基于受體結合域（RBD）及全基因組的進化樹。結果顯示，HKU25相關冠狀病毒RBD序列與MERS-CoV及HKU4等病毒差異顯著，但與HKU5相關冠狀病毒關系相近，氨基酸相似性達62–73% （圖1）。此外，在24個參與ACE2相互作用的HKU5-RBD殘基中，多達15個作用位點在HKU25相關冠狀病毒RBD中是保守的，表明HKU25相關冠狀病毒可能使用ACE2。值得注意的是，EjCoV-3等代表性毒株在S1區域顯示出重組跡象，提示重組事件可能驅動了MERS簇病毒受體偏好的轉變。

圖1 HKU25相關冠狀病毒的地理分布與序列分析

盡管過去人們曾報道HKU25相關冠狀病毒依賴DPP4作為細胞入侵受體，但這類病毒序列的多樣性及結構證據的缺乏提示其可能使用其他受體。研究團隊構建了RBD-hFc融合蛋白及VSV假病毒系統，系統評估了來自59種蝙蝠和54種非蝙蝠哺乳動物的113個ACE2同源物的功能。實驗結果表明，多數HKU25病毒（如HsItaly2011和VsCoV-a7）結合ACE2而非DPP4，且對部分蝙蝠、偶蹄類和嚙齒類動物ACE2表現出高效識別能力（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。這一發現與此前論文中關于該類病毒依賴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雜性。

圖2：HKU25相關冠狀病毒的多物種ACE2識別譜

為闡明HKU25相關冠狀病毒識別ACE2的分子基礎，研究人員利用冷凍電鏡技術解析了HsItaly2011 RBD與大鼠ACE2、VsCoV-a7 RBD與大棕蝠（E.fus）ACE2的復合物結構。結構分析顯示，這些病毒以類似HKU5的結合模式識別ACE2，但其結合界面發生重塑，表現為插入-刪除（indel）突變類型及關鍵殘基的替換（圖3）。盡管HKU25相關冠狀病毒與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生變化以適應不同宿主的ACE2。

圖3：HKU25相關冠狀病毒RBD與大鼠或蝙蝠ACE2相互作用的復合體結構

研究進一步確定了HKU25相關冠狀病毒宿主趨向的決定因子。通過構建嵌合ACE2及定點突變體，發現ACE2的第1–100和301–400區域是限制HKU25病毒結合的主要結構域。通過精確定位發現hACE2的K26T/D30E雙突變可恢復部分HKU25相關冠狀病毒RBD蛋白的結合能力，而其他突變組合支持多種HKU25相關冠狀病毒RBD的結合。值得注意的是，糖基化位點如N90、N322和N329通常構成物種特異性屏障，去除一般可增強病毒結合，而引入糖基化則大多產生抑制作用（圖4）。

圖4：ACE2糖基化影響HKU25相關冠狀病毒的種屬特異性識別

在抗病毒相關研究方面，研究結果提示HKU25相關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，為未來新發傳染病的預測與防控提供了關鍵科學依據。該成果是嚴歡團隊在揭示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上在該研究方向上的又一重要進展（圖6）。這些結果為疫苗設計與抗病毒策略開發提供了理論依據，并強調了進一步加強蝙蝠源ACE2依賴的MERS簇病毒有關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24級博士研究生劉晨和華盛頓大學的Young-Jun Park博士為該論文的共同第一作者；嚴歡教授和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