2019 新型冠狀病毒蔓延，相關研究也迅速出爐[1]。1 月 21 日，科學家發表了新型冠狀病毒的蛋白模型[2]——這些數據說明了什麼？2019 新冠病毒與非典病毒有何異同？

本文作者來自英國帝國理工學院，博士生期間的課題同樣圍繞於病毒蛋白模型，且所用技術與這次研究相同。對於這次的研究數據，她提出了自己的解讀（以下僅代表作者個人觀點）。

2019 新型冠狀病毒（2019-nCov），與之前的非典病毒（SARS）、中東呼吸綜合症冠狀病毒（MERS）都屬於冠狀病毒。目前，已知能夠感染人類的冠狀病毒有 7 種，上述 3 種可以引起致命的呼吸系統疾病，剩下的 4 種則是人類感冒的常見病原體。

什麼是冠狀病毒？

冠狀病毒是一類 RNA 病毒的總稱，這類病毒的遺傳物質為 RNA。之所以叫做“冠狀病毒”，是因為在電子顯微鏡下，病毒邊緣上的突起——刺突蛋白(S)看上去就像皇冠一樣。

冠狀病毒的結構：刺突蛋白(S)與HE蛋白是進攻武器，幫助病毒進入人體細胞；膜是防禦武器，幫助病毒存活更久

這個“刺”，是病毒進入人體細胞強有力的武器，它可以跟人體細胞表面一種叫做 ACE2 的受體結合，病毒藉機進入到細胞中去——簡單來說，ACE2 受體是鎖，刺突蛋白(S)是鑰匙；通過這把可以匹配的鑰匙，病毒才能夠進入細胞。病毒進入了細胞之後，就會現出 RNA 病毒的真身。RNA病毒自己生不出小病毒，但它可以讓宿主細胞像一個工廠一樣，按照病毒 RNA 遺傳信息的指示，源源不斷地複製出更多的新病毒。

上面所說的受體 ACE2，叫做血管緊張素轉化酶，廣泛存在於人體各組織，但在肺毛細血管中的活性最高。所以，身體的各個組織都有可能先被病毒感染，但絕大部分初期症狀都體現在呼吸系統。

如果能夠成功截斷“開鎖”的過程，從理論上來說，就能有效地將一大波病毒拒於細胞的門外，讓它們從一開始就不能感染我們。因此，這把鑰匙——刺突蛋白(S)是很多學者研究的方向，也是抗擊冠狀病毒的方案之一。

新型冠狀病毒和非典病毒都有自己的刺突蛋白(S)，這兩個蛋白有些相似，卻又不完全一樣。最近發表的這篇論文[2]，比較了兩個病毒的刺突蛋白(S)，概括來說有以下三點：

1）從氨基酸序列來說，新型冠狀病毒跟非典病毒有 76.47% 的相似率。

2）從 3D 空間來說，模擬出來的新型冠狀病毒跟非典病毒的 3D 結構非常相似。

3）從與人類受體結合的能力來說，非典病毒更容易與人類受體結合。

這些數據是什麼意思？

1.氨基酸序列

根據論文公佈的數據，新型冠狀病毒與非典病毒，在氨基酸序列上有 76.47% 的相似率。

個人覺得，對於不同蛋白來說，76.47% 的相似率還是比較高的。比如，我研究的艾滋病毒輔助蛋白 Vpu，單鏈一共只有 81 個氨基酸，在不同的蛋白亞型裡，也會有十來個不同的氨基酸。以 MERS 為例，MERS 的刺突蛋白(S) 有 1353 個氨基酸，可變幾率也會更大。而不同的蛋白質，區別可能也會更大。

但重點是，氨基酸變了，不一定會影響蛋白質的整體功能。這就好比，做菜的時候要放白砂糖，但如果不小心放成了冰糖，也許口感有那麼一點區別，但反正都是甜的；當然，如果放成了鹽，那區別就大了——氨基酸鏈也是如此，氨基酸的改變，可能是白砂糖和冰糖的區別，也可能是糖和鹽的區別。

相比之下，氨基酸排列引起了可能的結構變化，繼而導致了功能變化，後兩者才是我們更看重的。

蛋白質的一級結構是一串氨基酸 | National Human Genome Research Institute

2.3D 空間結構

關於論文裡討論的 3D 結構，可以簡單理解為，模擬出來的這兩個刺突蛋白(S)，在空間距離上的差異有多少米，也就是它們的空間結構有多相似。結果發現，它們差了 1.45Å，也就是 0.000000000145 米。你沒看錯，1 Å =1^-10 米。再考慮到這個刺突蛋白(S) 的普遍長寬，一般為長<=30 nm, 寬<=5 nm（1nm = 1^-9米）[4]，這樣的差異是非常小的。

因為，蛋白質不是靜止不動的。在實際情況下，蛋白質會蹦來蹦去，扭來扭去，好比一根彈簧。蹦一下，這個 1.45 Å 的差距就沒了。所以，這兩個蛋白質的 3D 空間結構是非常相似的。

蛋白模型：紅色表示ACE2受體蛋白，棕色表示2019新型冠狀病毒刺突蛋白(S)，藍色表示SARS病毒刺突蛋白(S) |

3.蛋白質功能

空間結構近乎相同，那麼功能呢？沿用之前的“鑰匙和鎖”模型，這兩把長得差不多的鑰匙都能開鎖嗎？答案是——可以的，只不過非典病毒的這把鑰匙開得更順暢。

論文此處比較的是刺突蛋白(S) 與人體細胞受體 ACE2 的結合。新型冠狀病毒與受體的結合自由能是 -50.6kcal/mol，非典病毒是 -78.6kcal/mol。結合自由能越低，病毒蛋白和人類受體結合時釋放的能量就越多，結合也就越穩定。因此，相比之下，非典病毒與 ACE2 受體的結合更穩定。

但是，這並不代表新型冠狀病毒與ACE2受體結合得不好，只能說非典病毒更好。論文指出，一般來說，結合能量為 -10kcal/mol 時，就該認為結合得不錯。

這說明了什麼？

新型冠狀病毒與人類受體結合得不錯，但沒非典病毒那麼好——從這個信息，我們可以試著推論出這次病毒的幾個特點。

1.入侵能力

非典病毒的結合率更好，意味著就單個病毒而言，非典病毒更容易進入人體，人體也就更容易被感染。因此，有學者認為，2019 新型冠狀病毒的傳染性沒有非典病毒強，我也同意這個說法。

2.傳染性

然而，正是因為相比於非典，這次的病毒沒有那麼容易進入細胞、造成破壞，所以人類感染初期的症狀也就不那麼明顯。這樣一來，受感者不會警覺，可能也會出現漏診、誤診的情況

當然，這只是病毒傳播的一個因素。病毒的致命率、生命週期、傳播渠道、在空氣中可以滯留多久、病毒量、在進入人體細胞後複製新病毒的速度等等，都能夠影響病毒的傳染力。

新型冠狀病毒的電鏡圖片 | 中國疾控中心

3.病毒對人體的影響

病毒對人體的影響，是由病毒本身以及人體免疫系統的反應共同決定的。

如果一個病毒的殺傷力很強，人體的免疫系統很弱，病毒一進來，就把人體細胞殺精光，那麼這個病毒對人體的影響肯定是很大的。但是，如果一個病毒本身的殺傷力不強，人體免疫系統的反應卻過於強烈，揮起寶刀一陣亂打，結果打的都是自己人，那麼人類正常的細胞也會被過激的免疫系統弄死——這種情況下，我們也說這個病毒對人體的影響很大。正常的免疫反應，應該是按部就班進行的，太快太慢都不行。

研究發現，非典病毒更傾向於“打倒”青年人，是因為青壯年的免疫系統比較好，更加靈敏、強烈，而非典病毒的結合能力強，更容易導致免疫系統的過激反應[5]。然而，這次的新型冠狀病毒結合能力雖不差，但卻沒有非典病毒那麼好，免疫系統的反應相對緩和一些。也就是說，比較強的免疫系統能有較多時間反應，從而作出正常的部署；但是，

從最近報道的病例來看，這次整個病症的週期比非典長；同時，根據《柳葉刀》的最新研究，中老年人也更容易感染這次的新型冠狀病毒——其實，更準確的說法應該是，單從新型冠狀病毒的結合能力來說，不論年老年少，免疫力弱的人都更容易中招。

不論年齡，免疫力弱的人都更容易中招 | Pixabay

從實際來看，初期弱弱的症狀、春運、春節家庭聚會，這些都給2019新型冠狀病毒帶來了很好的傳播機會。假期裡減少多人聚集，儘量在家隔離，開工之後也不要掉以輕心，做好防護，別急著呼朋喚友聚餐蹦迪——不給病毒傳播的途徑，這才是最穩妥的方法。

注：本文基於理論研究，並不能代表專家和一線醫生的觀點。僅供參考，如有錯誤，歡迎指正！

[1] New China virus: Sive questions scientists are asking, E. Callaway and D. Cyranoski, Nature News, 2020

[2] Evolution of the novel coronavirus from the ongoing Wuhan outbreak and modeling of its spike protein for risk of human transmission， X. Xu et. al., Science China Life Sciences, 2020

[3] Wikipedia: Coronavirus, scientificanimations.com, 2020

[4] Natural Protein Fibers, C. Viney, Encyclopedia of Materials: Science and Technology, 2001

[5] Severe immune response kills SARS victims, R. Walgate, New Scientist, 2003

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