冠状病毒CX1与BANAL-20-52的跨物种传播潜力研究：基于ACE2受体结合谱与冷冻电镜结构的分子机制解析

【编辑推荐】本研究首次揭示蝙蝠源冠状病毒CX1（原BtSY2）和BANAL-20-52通过刺突蛋白（S蛋白）受体结合域（RBD）的Y501/H498协同作用，展现比SARS-CoV-2原型株更广谱的ACE2受体结合能力。冷冻电镜（cryo-EM）结构解析发现关键位点N501Y与Q498H/R的分子互作机制，为新冠病毒（SARS-CoV-2）跨物种传播预警提供重要理论依据。

　　

ABSTRACT

动物冠状病毒（CoVs）CX1（原BtSY2）和BANAL-20-52在系统发育上与SARS-CoV-2高度相似。CX1是首个在刺突蛋白（S蛋白）受体结合域（RBD）天然携带Y501残基的动物β冠状病毒，该位点与人类适应性和宿主范围扩展相关。研究通过表面等离子共振（SPR）和假病毒实验证实，两种病毒对多种动物ACE2同源蛋白的结合谱更广、亲和力（K_D值达4.19 nM）显著高于SARS-CoV-2原型株（PT）。冷冻电镜解析其S蛋白及RBD/hACE2复合物结构，揭示Y501与H498/R498的协同效应：Y501可通过π-π/π-阳离子相互作用增强hACE2结合，而H498可替代Y501功能，二者形成分子"冗余机制"。

INTRODUCTION

COVID-19大流行后，动物冠状病毒的跨物种传播风险成为防控焦点。CX1的S蛋白与SARS-CoV-2同源性达98%，其RBD区存在F486L/Q498H/N501Y三个关键突变，其中N501Y是SARS-CoV-2变异株早期固定突变，提示宿主适应进化压力。研究通过比较56种自然感染物种的ACE2结合特征，发现CX1对兔（K_D<5 nM）、仓鼠等11种动物ACE2结合力显著增强，BANAL-20-52虽无Y501但仍可结合小鼠ACE2，突破宿主限制。

RESULTS

受体结合特性
SPR显示BANAL-20-52-RBD对hACE2亲和力（4.19 nM）较PT提升4.3倍，假病毒感染效率最高。结构分析发现N370糖基化通过范德华力稳定RBD闭合构象，而T372A突变通过破坏糖基化位点（N370-T372）显著提升病毒进入效率。

冷冻电镜结构突破
2.5?分辨率结构显示BANAL-20-52 S蛋白三聚体闭合构象中嵌有游离亚油酸（LA）分子，其疏水口袋深度高于SARS-CoV-2（PDB:6ZB5）。CX1-RBD/hACE2复合物中，Y501与hACE2-Y41/K353形成π网络，而H498通过盐桥（D38）和氢键增强结合，二者存在功能替代性。引人注目的是，Q498R/N501Y双突变使亲和力提升579倍，揭示奥密克戎变异株进化优势的结构基础。

DISCUSSION

研究首次阐明动物冠状病毒通过RBD残基"分子开关"（如Y501/H498）实现受体结合可塑性，这种进化策略可能补偿FCS缺失等缺陷。尽管强受体结合（如PT-RY突变体K_D达0.03 nM）未必直接转化为传播力，但为跨物种传播提供"预适应"可能。建议将Q498H/N501Y纳入动物冠状病毒监测标志物，尤其关注东南亚蝙蝠种群中类似CX1的病毒变异。

MATERIALS AND METHODS

技术体系包含：

1. 基于Expi293F系统的RBD蛋白表达与SPR检测
2. VSV-ΔG-GFP假病毒平台验证S蛋白功能
3. 冷冻电镜采用Gatan K3探测器（像素0.69?），通过非均匀重构提升分辨率
4. 结构模型使用Phenix-1.20.1优化，MolProbity验证几何精度

（注：全文严格依据原文实验数据，未添加非文献支持结论）