一种关键氨基酸的变化可能是使病毒拥有强大传染性的根本原因
作者 Ewen Callaway 翻译 Alfred
doi: /10.1038/d41586-021-02275-2
当全世界都在努力于防控具有超强传染性的新冠德尔塔毒株时，科学家们也竞相去揭开这一现象的生物学基础。
大量研究都强调了病毒体内氨基酸都变化，而这种变化可能就是当今德尔塔毒株如此迅速传播的原因。诸多流行病学研究指出，德尔塔毒株的传播能力较在英国发现的阿尔法毒株至少提升了40%。
“德尔塔毒株的关键特征是它的传播能力似乎会提升到下一个等级，”德克萨斯大学加尔维斯顿分校的病毒学家Pei-Yong Shi说，“我们认为阿尔法毒株已经够遭了，而且具有极强的传染性。然而它却强大的多。”
Shi的团队和其他小组已经锁定了一种造成新冠病毒刺突蛋白变化的关键氨基酸的改变—一种负责识别和入侵细胞的病毒分子。这种被称为P681R的变化将脯氨酸残基转化为精氨酸,它位于刺突蛋白中一个被广泛研究的区域,称为弗林蛋白酶
当新冠病毒首次在中国被发现时，这一串短链氨基酸就已经为研究人员敲响了警钟，因为这与流感等其他高传染性病毒有关，不过并没有在其他沙伯病毒（sarbecoviruses，与新冠相似的冠状病毒家族）中被发现。“这个小小的突起会伸出来并附着在你脸上，”纽约伊萨卡康奈尔大学的病毒学家Gary Whittaker说。
译文： 为了穿透细胞，新冠病毒刺突蛋白必须被宿主蛋白切割两次。在引起严重急性呼吸综合征(SARS)的SARS病毒中，这两个切口都是在病毒锁定细胞后发生的。但对于S新冠病毒，呋喃切割位点的存在意味着宿主酶(包括一种叫呋喃的酶)可以在新形成的病毒颗粒从受感染的细胞中出现时进行第一次切割。这些预先激活的病毒粒子可以比需要两次切割的粒子更有效地感染细胞，Whittaker说。
Delta并不是第一个获得改变弗林蛋白酶裂解位点突变的新冠病毒变种 阿尔法变种和德尔塔在相同的位置有不同的氨基酸变化，但现有证据表明，这种突变对德尔塔的影响更加深远。
在一项8月13日的研究报道中，Shi的研究小组发现，相较于在阿尔法毒株中，峰值蛋白质在德尔塔毒株中更有效地减少，结合5月伦敦帝国理工学院病毒学家Wendy Barclay和她的团队将早期的德尔塔毒株与当今病毒的比较结果报告，两组人的后续实验表明，P681R的变化在很大程度上是更有效地修剪尖峰的原因。“从机制上来说，这真的很有意义。”Shi
研究人员也开始将P681R和德尔塔的凶猛传染性联系起来。Shi的团队发现，在培养的人呼吸道上皮细胞中，感染相同数量的德尔塔和阿尔法病毒颗粒，德尔塔迅速击败阿尔法变种，模仿了全球流行病学模式。但当研究人员消除了P681R的变化后，德尔塔毒株的优势就消失了。
这种突变还可能加速新冠病毒在细胞间的传播。东京大学病病学家Kei Sato领导的一个小组发现，携带P681R变化的尖峰蛋白与未感染细胞的细胞膜融合，这是感染的关键步骤，其融合速度几乎是不携带变化的尖峰蛋白的三倍。
“我认为病毒在数量和速度上都取得了成功，”Whittaker说。“它已经成为一种更有效的病毒。它通过人体和细胞的速度快得多。”
尽管越来越多的证据表明P681R突变是德尔塔毒株的一个关键特征，但研究人员强调，它不太可能是导致该变体快速传播的唯一突变。德尔塔毒株携带了许多其他突变到刺突蛋白，以及其他研究较少的蛋白质，这可能是重要的。“简单地说，这只是681种变化中的一种。我认为这是一切的总和，”纽约市西奈山伊坎医学院的病毒学家Teresa Aydillo-Gomez说。
总的来说，流行病学和遗传背景也可能在德尔塔病毒的崛起中发挥了作用。德尔塔的兄弟姐妹之一是一种名为Kappa的变异，和德尔塔一样，最初是在印度发现的，携带许多相同的突变，包括P681R，但它的影响没有德尔塔的破坏性那么大。在8月17日发布的一份预印本中，由马萨诸塞州波士顿哈佛医学院结构生物学家陈冰领导的一个小组报告说，Kappa的刺突蛋白裂解频率较低。与德尔塔的蛋白4相比，它与细胞膜的融合效率要低得多。研究人员表示。
乌干达的研究人员在一种变体中发现了P681R变化，这种变体于初在该国广泛传播，但它从未像德尔塔那样迅速传播，尽管它在基于细胞的实验室研究中显示了许多相同的特性。Whittaker的团队将P681R突变插入来自疫情开始时在中国武汉传播的冠状病毒的刺突蛋白中，并没有发现其传染性增加。“这需要不止一次的突变才能产生影响。”他补充说
Whittaker和其他科学家表示，不管它在德尔塔病毒的主导地位中扮演了什么角色，这种突变突显了了解冠状病毒呋喃裂解位点变化的重要性。Whittaker并不认为P681R是引起关注的最后一个弗林蛋白酶裂解位点突变。“我在等着看接下来会发生什么。”
参考文献
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