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在2024年的今天，冠狀病毒這個名字已經成為了全球性的焦點。從SARS到MERS，再到如今的，冠狀病毒家族以其強大的變異能力和廣泛的宿主范圍，不斷挑戰(zhàn)著人類的健康防線。然而，由于缺乏有效的感染模型，許多冠狀病毒的研究和疫苗開發(fā)工作進展緩慢。今天，小翌要介紹的是一項革命性的研究成果——定制化冠狀病毒受體（CVRs），它為冠狀病毒的研究打開了新的大門。
冠狀病毒的挑戰(zhàn)
冠狀病毒以其多樣的受體和復雜的感染機制，給科學家們帶來了巨大的挑戰(zhàn)。傳統的研究方法依賴于已知的受體和感染模型，但對于那些尚未明確受體的冠狀病毒，這種方法顯得力不從心。此外，冠狀病毒的快速變異能力使得研究和防控工作更加困難。
定制化冠狀病毒受體的誕生
在這一背景下，2024年10月30日，武漢大學生命科學學院嚴歡團隊的劉鵬等人在《Nature》（IF：50.5）雜志上發(fā)表了一項突破性研究——“Design of customized coronavirus receptors"。這項研究提出了一種全新的策略，通過工程化手段設計出能夠模擬天然受體功能的定制化冠狀病毒受體（CVRs）。該研究證明了CVR策略在建立天然受體非依賴性感染模型方面的潛力，為研究缺乏已知易感靶細胞的病毒提供了一種工具。
定制化受體的設計原理
CVRs的設計基于“樂高積木"的模塊化設計思路，通過構建人工受體框架（ARSs）和特定的病毒結合域（VBDs），實現了對冠狀病毒的特異性識別和結合。這種設計不僅能夠模擬天然受體的功能，還能夠根據需要進行調整和優(yōu)化，以適應不同的研究和應用場景。
圖1.CVRs的模塊化設計策略示意圖及其技術潛在應用（圖片來自原文）
關鍵因素的發(fā)現
研究團隊通過一系列實驗，確定了CVRs功能性模仿天然受體的關鍵因素。首先，研究者們創(chuàng)建了四個hACE2嵌合蛋白，用微蛋白LCB1或LCB3逐步替換ACE2的頭部到頸部域，通過真實的SARS-CoV-2感染實驗，證明這些嵌合蛋白有效地支持病毒感染，且促進偽病毒進入的能力會隨著ACE2的縮短而逐漸減弱（如圖2 d所示）。通過實驗確定了影響CVRs功能性的關鍵因素，包括VBD與病毒刺突蛋白的結合親和力、CVRs在細胞表面的表達水平、以及CVRs誘導病毒刺突蛋白構象變化的能力。
圖2.解析ACE2序列對其病毒受體功能的重要性（圖片來自原文）
接著，研究員利用22種已知的SARS-CoV-2中和抗體，這些抗體覆蓋了一系列中和表位，將它們轉換成基于scFv（單鏈可變片段）的病毒結合域（VBDs），從而構建了44個CVRs。除了76E1納米抗體（它識別的表位在受體結合后才會暴露）之外，所有CVRs在系統中都表現出良好的表達，并且能夠有效地結合到SARS-CoV-2的刺突蛋白三聚體上（如圖3所示）。
圖3.結合表位對受體功能的影響（圖片來自原文）
之后，研究者們通過S2L20-CVR（定制化冠狀病毒受體）來促進SARS-CoV-2（嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2）的進入，并且證明這種進入是通過刺突蛋白的N末端域（NTD）介導的。強調了CVRs設計中功能性表位的重要性，揭示了由N末端域靶向的S2L20-CVR促進的細胞進入機制，并揭示了這些表位與病毒進入和膜融合過程之間的關系。通過這些發(fā)現，研究人員能夠更好地理解CVRs如何促進病毒感染，并為進一步優(yōu)化CVRs設計提供了重要的信息。
實驗驗證
研究者們成功地為來自6個不同亞屬的12種冠狀病毒設計了具有功能性的CVRs，其中大多數冠狀病毒缺乏已知受體。研究人員通過生物層干涉法（BLI）測定，確定了所選納米抗體與12種冠狀病毒抗原的結合動力學（如圖4所示）。
圖4.納米抗體與固定化病毒抗原結合的結合動力學（圖片來自原文）
為了評估CVR對多輪病毒繁殖的支持，研究者們用HKU3或HKU5刺突蛋白替換VSV-G基因，創(chuàng)建了具有傳播能力的重組水皰性口炎病毒（pcVSVs）。如圖5所示，實驗結果表明，即使在沒有VSV-G的情況下，CVRs表達的細胞依舊可以支持病毒的進入和傳播（c-d），支持病毒的持續(xù)復制和釋放（e-f）。這些CVRs能夠有效支持病毒的傳播和復制，證明了CVRs策略在建立不依賴于天然受體的感染模型中的潛力。
圖5.CVRs在支持多種冠狀病毒復制和擴增方面的能力（圖片來自原文）
最后，研究人員使用CVRs表達細胞成功分離和培養(yǎng)了難以培養(yǎng)的真實冠狀病毒，例如RsHuB2019A，這是一種不依賴ACE2的蝙蝠沙貝科病毒。實驗結果表明，CVRs表達的細胞可以支持真實冠狀病毒的擴增。這些數據為CVRs在冠狀病毒研究和潛在的抗病毒策略中的應用提供了有力的證據。
CVRs的應用前景
病毒學研究的新工具
疫苗開發(fā)的新途徑
通過CVRs，研究人員可以在沒有天然受體的情況下，評估疫苗候選物對病毒的中和能力。這不僅加快了疫苗篩選的速度，還提高了疫苗開發(fā)的成功率。
CVRs還可以用于篩選和評估抗病毒-藥物，特別是對于那些難以在傳統細胞模型中研究的冠狀病毒。通過CVRs，研究人員可以更準確地評估藥物的抗病毒效果，為臨床治療提供科學依據。
定制化冠狀病毒受體（CVRs）的研究成果，為我們打開了一扇通往冠狀病毒研究新世界的大門。它不僅提供了研究這些神秘病毒的新工具，便于更深入地理解冠狀病毒的感染機制，還能加速疫苗和抗病毒-藥物的開發(fā)，同時為全球公共衛(wèi)生安全提供了新的保障，并為未來可能出現的冠狀病毒疫情提供了研究基礎。隨著科學研究的不斷深入，我們有理由相信，CVRs將在未來的冠狀病毒防控中發(fā)揮越來越重要的作用。
翌圣助力產品
在該研究中，研究人員選擇了翌圣Hieff Clone®系列克隆試劑盒用于構建表達載體，包括所有表達I型跨膜CVRs的質粒構建。
（截圖來自原文）
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