FCoV-23冠状病毒刺突蛋白结构域缺失增强融合性与入侵动力学的机制研究

本研究揭示了高致病性重组冠状病毒FCoV-23的刺突蛋白（Spike, S）结构域0（D0）缺失对其致病性的关键影响。研究人员通过冷冻电镜（cryo-EM）解析了FCoV-23两种刺突蛋白异构体的结构，发现D0缺失显著增强了病毒的膜融合能力和细胞入侵效率，可能促进其从温和型向致死型的生物型转换。研究还阐明了FCoV-23利用多种氨基肽酶N（APN）同源物作为受体的分子机制，并鉴定出一种可交叉抑制病毒入侵的α冠状病毒单克隆抗体。这些发现为针对这种高致病性病毒的疫苗和 therapeutics开发奠定了基础。

　　

近年来，冠状病毒的跨物种传播和重组能力对全球公共卫生构成严峻挑战。2023年在地中海岛国塞浦路斯暴发的猫传染性腹膜炎（FIP）疫情，其元凶被鉴定为一种新型高致病性重组冠状病毒FCoV-23。这种病毒在临床样本中表现出惊人的进化特征——超过90%的病例出现了刺突蛋白结构域0（D0）的缺失，暗示这一变异可能与病毒毒力增强密切相关。

华盛顿大学（University of Washington）和康奈尔大学（Cornell University）的研究团队在《Nature》发表的重要研究，首次揭示了FCoV-23刺突蛋白的结构与功能特征。研究人员通过冷冻电镜（cryo-EM）解析了包含D0的"长型"（S-long）和缺失D0的"短型"（S-short）两种刺突蛋白的三维结构，发现D0缺失能显著提升病毒的膜融合活性和细胞入侵效率。更重要的是，该研究阐明了FCoV-23利用多种动物源性的氨基肽酶N（APN）作为受体的分子机制，并发现一种能交叉中和α冠状病毒的单克隆抗体1AF10，为防控这类高致病性病毒提供了新的干预策略。

研究团队运用多项关键技术：冷冻电镜解析刺突蛋白及其与受体复合物的结构（分辨率达2.3-2.7?）；假病毒系统评估不同刺突蛋白变体的入侵效率；膜融合实验定量分析D0缺失对病毒融合动力学的影响；生物层干涉技术（BLI）测定蛋白-受体相互作用亲和力；以及从临床样本中分离鉴定的FCoV-23病毒株。

FCoV-23 S糖蛋白结构特征

通过冷冻电镜解析发现，FCoV-23刺突蛋白采用典型的α冠状病毒方形结构构象，与犬冠状病毒CCoV-HuPn-2018高度相似（RMSD 0.89?）。结构系统发育分析显示其受体结合域（RBD）与猪呼吸道冠状病毒（PRCV）、猪传染性胃肠炎病毒（TGEV）等具有保守的APN结合基序，但与人冠状病毒HCoV-229E等差异显著。

APN是FCoV-23的入侵受体

生物层干涉实验证实FCoV-23 RBD与猫（FcAPN）、犬（CfAPN）等APN同源物高亲和力结合（K_d,app分别为11nM和1.3nM）。关键发现是人类APN因N739位糖基化缺失而无法支持病毒入侵，而引入该糖基（R741T突变）可使人类细胞获得易感性，揭示了跨物种传播的潜在分子障碍。

D0缺失增强病毒致病性

最引人注目的发现是，临床流行的D0缺失变异体（S-short）表现出：

1. 膜融合活性提升3-4倍（P<0.01）

2. 细胞入侵速度加快1.7-3.9倍

3. 在猫巨噬细胞（Fcwf-CU）和犬成纤维细胞（A-72）中的感染效率分别提高4倍和780倍

   这些发现为解释FCoV-23在自然感染中普遍出现D0缺失的现象提供了实验依据。

交叉中和抗体的发现

研究鉴定出靶向PRCV/TGEV的单克隆抗体1AF10能有效中和FCoV-23（IC₅₀≈10nM），但人冠状病毒HCoV-229E免疫血清对FCoV-23的中和作用微弱，揭示了α冠状病毒间复杂的抗原关系。

这项研究的重要意义在于：

1. 首次阐明FCoV-23高致病性的结构基础，特别是D0缺失的生物学效应

2. 揭示了APN受体利用的种间差异机制，为预测病毒跨物种传播风险提供依据

3. 发现具有交叉保护潜力的单克隆抗体，为广谱抗冠状病毒药物开发指明方向

4. 建立的假病毒系统和结构模型为后续疫苗设计提供了重要工具

随着冠状病毒不断重组进化，FCoV-23为代表的动物源性冠状病毒对人类健康的潜在威胁不容忽视。该研究不仅为防控猫传染性腹膜炎提供了科学依据，也为应对未来可能出现的人兽共患冠状病毒疫情积累了宝贵知识。冷冻电镜与功能研究的完美结合，再次彰显了结构生物学在传染病防控中的重要作用。