欧洲蝙蝠MERS相关冠状病毒独立进化出ACE2受体的多重趋同利用机制

编辑推荐：为解决MERS相关冠状病毒(MERSr-CoVs)受体使用多样性的问题，研究人员发现两种欧洲蝙蝠冠状病毒MOW15-22和PnNL2018B通过全新结合模式利用ACE2受体，其结合位点距离已知冠状病毒识别区域>45 ?，揭示了ACE2利用的趋同进化现象，为冠状病毒跨种传播机制和防控策略提供新见解。

　　

冠状病毒的跨物种传播一直是全球公共卫生的重大挑战。中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)作为致死率高达36%的病原体，其自然宿主和进化路径尚未完全阐明。尽管已知单峰骆驼是中间宿主，但越来越多的证据表明，旧大陆蝙蝠(Vespertilionidae科)是MERS相关冠状病毒(MERSr-CoVs)的天然储存库。然而，此前发现的蝙蝠MERSr-CoVs与人类或骆驼MERS-CoV的全基因组相似性较低，且其受体使用模式存在显著差异。尤其引人注目的是，非洲蝙蝠冠状病毒NeoCoV及其近亲PDF-2180被证实使用血管紧张素转换酶2(ACE2)作为受体，而非MERS-CoV典型的二肽基肽酶4(DPP4)。这一发现颠覆了人们对β冠状病毒受体特异性的认知，并提示ACE2的利用可能在MERSr-CoVs中独立进化多次。

为系统探索MERSr-CoVs的受体使用多样性，武汉大学、华盛顿大学等机构的研究团队对两种欧洲蝙蝠(Pipistrellus nathusii)来源的MERSr-CoVs——MOW15-22和PnNL2018B——进行了深入研究。通过冷冻电镜结构解析、假病毒入侵实验和宿主受体筛选等技术手段，发现这两种病毒通过前所未有的结合模式利用ACE2，其结合界面与已知所有ACE2利用型冠状病毒的识别区域相距超过45 ?。这一重要成果发表于《Cell》，揭示了冠状病毒受体适应的惊人可塑性。

关键技术方法包括：1) 构建VSV假病毒系统评估105种哺乳动物ACE2同源物的受体功能；2) 冷冻电镜解析MOW15-22/PnNL2018B的RBD-ACE2复合物结构(分辨率达2.4-2.8 ?)；3) 设计可溶性ACE2突变体(P.nat.M2)实现高效病毒中和；4) 建立基于VSV的增殖型重组病毒(pcVSV-S)模型验证体内传播能力；5) 多物种ACE2结合谱分析揭示宿主特异性决定因素。

研究结果
两种MERSr-CoVs使用ACE2作为受体
通过假病毒入侵实验发现，MOW15-22和PnNL2018B能特异性结合Pipistrellus nathusii(P.nat)ACE2，但不能识别人ACE2(hACE2)或DPP4。生物层干涉仪(BLI)检测显示，二聚体P.nat ACE2与MOW15-22 RBD的结合亲和力(KD,app=12.8 nM)显著高于PnNL2018B(897 nM)，而单体形式亲和力更低(1.45 μM)。结构域分析表明，MOW15-22仅需RBD即可结合ACE2，而PnNL2018B还需SD1/SD2亚基辅助。

多物种ACE2趋向性特征
在105种哺乳动物ACE2筛选中，MOW15-22能有效利用3种蝙蝠(P.nat、P.dav、P.par)和少数非蝙蝠(如犬C.fam、狨猴C.jac)ACE2，而PnNL2018B仅高效识别宿主P.nat和L.bor ACE2。值得注意的是，两种Pteronotus蝙蝠ACE2(P.dav/P.par)被高效利用，而其他Pipistrellus属(P.pip/P.kuh)则否，表明宿主亲缘关系并非决定因素。

宿主ACE2趋向性决定因素
通过嵌合体交换实验锁定ACE2第401-450区域为关键决定域，其中N432糖基化(对应P.dav Y430)会阻碍病毒识别。将hACE2的Q287K/N432C/E589K突变后，可恢复对MOW15-22的结合能力，证实这些残基通过盐桥(D563_MOW15-22-K287_ACE2)和糖基化空间位阻调控结合。

MOW15-22/PnNL2018B与ACE2结合的结构基础
冷冻电镜结构显示，两种病毒RBD通过独特的双α螺旋延伸(含C506-C520二硫键)结合ACE2远端表位，与SARS-CoV-2/NL63/NeoCoV的识别区域相距>45 ?。MOW15-22 RBD与P.dav ACE2的界面面积达760 ?²，关键相互作用包括：K286_P.dav-D563_MOW15-22盐桥、Y430_P.dav-R571_M