蝙蝠冠状病毒HKU5利用蝙蝠和貂ACE2作为入侵受体的机制研究及其跨种传播风险

研究人员针对蝙蝠冠状病毒HKU5的受体使用机制这一关键科学问题，通过构建57种哺乳动物ACE2/DPP4受体库，结合假病毒实验、冷冻电镜结构解析和功能验证，首次发现HKU5及其近缘病毒GD2013通过独特方式利用蝙蝠(P. abramus)ACE2和貂类(N. vison/M. erminea)ACE2入侵细胞，揭示了merbecovirus亚属冠状病毒受体使用的多样性，为跨种传播风险评估和广谱疫苗设计提供了重要依据。

　　

在冠状病毒不断引发全球公共卫生危机的背景下，蝙蝠作为多种高致病性冠状病毒的自然宿主备受关注。尽管中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)等已知病原体使用DPP4作为受体，但大量蝙蝠merbecovirus亚属冠状病毒的受体仍属未知，这严重阻碍了对其跨种传播风险的评估。特别是HKU5类冠状病毒，虽与MERS-CoV亲缘相近，却表现出独特的宿主限制性——能在人类细胞中复制但存在入侵屏障，其受体谜题成为领域内亟待解决的关键科学问题。

美国耶鲁大学医学院（Yale University School of Medicine）Craig B. Wilen团队联合美国国立卫生研究院疫苗研究中心等机构，通过系统性研究揭示了HKU5类冠状病毒利用ACE2受体的全新机制。研究人员首先构建了包含57种哺乳动物ACE2和31种DPP4受体的跨物种筛选平台，利用VSV假病毒系统发现HKU5能特异性识别日本家蝠(Pipistrellus abramus)ACE2和美国水貂(Neogale vison)ACE2，而无法使用人类ACE2或其他测试受体。这一发现通过全长HKU5病毒感染实验得到验证，表达P. abramus ACE2的Vero细胞在感染72小时后出现显著细胞病变效应，病毒滴度提升近4个数量级。

研究采用冷冻电镜技术解析了HKU5刺突蛋白受体结合域(RBD)与P. abramus ACE2复合物的高分辨率结构（4.2?），发现其结合模式与SARS-CoV-2、PDF-2180等ACE2利用型冠状病毒存在显著差异。结构分析显示，HKU5 RBD通过两个独特的作用区域与ACE2结合：Patch 1的五个酪氨酸残基(Y463^RBD/Y507^RBD/Y544^RBD/Y557^RBD/Y559^RBD)形成口袋包裹ACE2的R328^ACE2螺旋；Patch 2则通过β5-β7片段的氢键网络与ACE2中心区域相互作用。这种结合方式不依赖于PDF-2180/NeoCoV识别的337-342^ACE2糖基化位点，揭示了merbecovirus亚属内受体使用的进化多样性。

功能实验证实，P. abramus ACE2的P324Q/R328E/D329N组合突变可完全阻断HKU5入侵，而HKU5 RBD的Y507A^RBD和E510K^RBD单点突变即足以破坏受体结合。值得注意的是，筛选发现的白鼬(Mustela erminea)ACE2也能支持HKU5感染，结合水貂ACE2的敏感性，提示鼬科动物可能成为HKU5传播的中间宿主。这一预测在论文修订期间得到印证——中国水貂养殖场确实检测到HKU5病毒感染，凸显了研究的预见性价值。

在应用层面，研究评估了现有冠状病毒疫苗血清对HKU5的中和效果。MERS-CoV疫苗血清仅显示微弱中和活性，而SARS-CoV-2疫苗血清则完全无效，这为开发广谱merbecovirus疫苗提供了关键设计依据。

主要技术方法包括：1）构建57种ACE2和31种DPP4受体的哺乳动物表达库；2）VSV假病毒系统进行高通量受体筛选；3）冷冻电镜解析HKU5 RBD-ACE2复合物结构；4）结构指导的定点突变验证关键相互作用位点；5）全长HKU5病毒培养验证受体功能。

研究结果可归纳为：

1. 受体筛选：通过假病毒系统发现HKU5特异性利用P. abramus和N. vison ACE2，而无法使用人类ACE2或DPP4。
2. 结构基础：冷冻电镜揭示HKU5 RBD以独特构象结合ACE2，形成约1000?²的相互作用界面。
3. 宿主范围：除蝙蝠外，HKU5还能感染表达水貂和白鼬ACE2的细胞，提示鼬科动物可能成为自然宿主。
4. 疫苗启示：现有MERS-CoV和SARS-CoV-2疫苗对HKU5中和效果差，凸显需要新型泛merbecovirus疫苗。

该研究首次系统阐明了HKU5类冠状病毒的受体使用机制，不仅填补了merbecovirus亚属冠状病毒基础生物学的重要空白，更为风险评估提供了分子标志——当检测到Y507^RBD/E510^RBD等关键位点突变时，应警惕病毒获得跨种传播能力。论文发表于《Nature Communications》的发现为全球冠状病毒监测网络提供了新的检测靶点，对防范未来人兽共患病疫情具有重要指导意义。